معلومات شاملة عن غاز النيتروجين وأهميته

مقدمة عن النيتروجين

النيتروجين، المعروف بالرمز N ورقمه الذري 7، هو عنصر كيميائي غير فلزي. يتميز بكونه عديم اللون والرائحة والطعم، ويقع ضمن المجموعة الخامسة عشر في الجدول الدوري. يعتبر النيتروجين المكون الرئيسي للغلاف الجوي للأرض، حيث يشكل حوالي أربعة أخماسه. كما يحتل المرتبة السادسة من حيث الوفرة في الكون.

يُعد الغلاف الجوي المصدر الأساسي للنيتروجين المستخدم في التجارة والصناعة. بالإضافة إلى ذلك، يتواجد النيتروجين بكميات متفاوتة في الغلاف الجوي على شكل أملاح الأمونيوم، الأمونيا، حمض النيتريك، وأكاسيد النيتروجين. وقد تم اكتشاف النيتروجين الحر في بعض النيازك، وغازات البراكين والمناجم، وبعض الينابيع المعدنية، وكذلك في بعض النجوم والسدم والشمس.

الأهمية المتعددة للنيتروجين

النيتروجين ليس مجرد غاز خامل، بل يمتلك أدوارًا حيوية وهامة في مختلف جوانب الحياة، من العمليات البيولوجية إلى التطبيقات الصناعية المتنوعة.

وظيفة النيتروجين الحيوية في الكائنات الحية

يلعب النيتروجين دوراً محورياً في الكائنات الحية، فهو عنصر أساسي في تركيب الأحماض الأمينية التي بدورها تشكل البروتينات، وكذلك الأحماض النووية. كما يدخل في تركيب العديد من النواقل العصبية والقلويدات. يتم تدوير النيتروجين في الطبيعة من خلال ما يعرف بدورة النيتروجين، حيث تحصل النباتات والطحالب على النيتروجين على شكل نترات، بينما تحصل الحيوانات عليه من خلال استهلاك الكائنات الحية الأخرى.

تقوم ميكروبات التربة بتحويل مركبات النيتروجين إلى نترات قابلة للاستخدام، بينما تقوم البكتيريا المثبتة للنيتروجين بتجديد إمدادات النترات مباشرة من الغلاف الجوي.

استخدامات النيتروجين في الصناعة

للنيتروجين استخدامات صناعية متعددة، منها:

• تغليف المواد الغذائية: يُستخدم النيتروجين كبديل للأكسجين في تغليف المواد الغذائية، مما يطيل فترة صلاحيتها ويحميها من التلف أثناء النقل.
• لحام الإلكترونيات: يدخل النيتروجين في عمليات لحام الإلكترونيات الدقيقة.
• صناعة الفولاذ المقاوم للصدأ: يُستخدم النيتروجين كطلاء للفولاذ، مما يجعله أقوى وأكثر مقاومة للتآكل.
• معالجة السوائل الملوثة: يمكن استخدام النيتروجين لتخليص السوائل من المركبات العضوية المتطايرة قبل التخلص منها، مما يقلل من التلوث.
• صناعة المصابيح: يُستخدم النيتروجين كبديل أقل تكلفة للأرجون في المصابيح المتوهجة.
• إطفاء الحرائق في المناجم: يُستخدم النيتروجين لإخماد الحرائق في المناجم عن طريق إزاحة الأكسجين، ومنع الانفجارات في الأماكن الخطرة.
• نفخ الإطارات: يُستخدم النيتروجين في نفخ الإطارات، مما يقلل من الأكسدة ويحسن من ضغط الغاز المحتجز فيها، وبالتالي يطيل عمر الإطار.
• الصناعات البترولية: يُستخدم النيتروجين في التخلص من الغازات في الخزانات الكبيرة قبل تخزين النفط، وذلك لخموله وعدم تفاعله مع النفط.
• صناعة المواد المختلفة: يدخل النيتروجين في صناعة المطاط واللدائن.
• صناعة الأدوية: تحتاج شركات الأدوية إلى نيتروجين عالي الجودة لتخزين وتكوين المركبات الطبية.
• عزل المعدات الكهربائية: يُستخدم النيتروجين المجفف والمضغوط كعازل للمعدات ذات الجهد العالي، كما يستخدم لدفع السوائل عبر الأنابيب.
• صناعة الأسمدة: يعتبر النيتروجين أحد أهم مكونات الأسمدة المستخدمة لزيادة خصوبة التربة، ويستخدم في صناعة أنواع مختلفة من الأسمدة مثل الأمونيا واليوريا.
• صناعة المتفجرات: يدخل النيتروجين في صناعة مكونات المتفجرات مثل الديناميت، ويستخدم لتكوين مجموعة كبيرة من المركبات شديدة التفاعل وغير المستقرة مثل نترات الأمونيوم، وثلاثي يوديد النيتروجين، وحمض النيتريك، والنتروجليسيرين.

معلومات مثيرة عن النيتروجين

إليك بعض الحقائق والمعلومات الهامة المتعلقة بالنيتروجين:

• الوزن الذري للنيتروجين هو 14.0067.
• يكون النيتروجين في الحالة الغازية في درجة حرارة الغرفة.
• اكتشف النيتروجين الكيميائي والطبيب دانيال رذرفورد عام 1772.
• تبلغ درجة غليان النيتروجين -195.79 درجة سيليزية، بينما تبلغ درجة انصهاره -210 درجة سيليزية.
• يوجد ستة عشر نظيراً لعنصر النيتروجين، اثنان منها مستقران.
• يلعب النيتروجين دوراً في تشكيل ظاهرة الشفق القطبي.
• يُستخدم النيتروجين السائل كمبرد في تخزين الحيوانات المنوية والبويضات.
• يمكن إنتاج غاز النيتروجين عن طريق تسخين محلول مائي لنترات الأمونيوم.
• يشكل النيتروجين 95% من الغلاف الجوي لقمر تيتان، أكبر أقمار زحل.
• تم إنتاج النيتروجين على شكل كلوريد الأمونيوم من خلال تسخين مزيج البول والملح والفضلات الحيوانية في مصر القديمة.
• يعتبر التقطير التجزيئي للهواء المُسال الأساس في الإنتاج التجاري للنيتروجين.
• تشكل أكاسيد النيتروجين مجموعة من الغازات والمركبات المكونة من الأكسجين والنيتروجين، ويعدّ أكسيد النيتريك، وثاني أكسيد النيتروجين أكثرها خطورةً، وشيوعاً، وتنبعث أكاسيد النيتروجين من العديد من المصادر كحرق الفحم، وعوادم السيارات، ووقود الديزل، والغاز الطبيعي، وغير ذلك، كما لها العديد من الأضرار كتشكيل الضباب الدخاني، وتكوين الأمطار الحمضية، والتأثير على صحة الإنسان كالتسبب في تهيج الجهاز التنفسي، والجلد، والعيون، وقد يشكل التعرض لمستويات عالية جداً من هذه الأكاسيد خطورةً كبيرة على صحة الإنسان كالتشنجات، والطفرات الجينية، وتزايد سرعة النبض، وقد تصل إلى الموت.

المراجع

• R. Sanderson (2018-11-23),”Nitrogen”, www.britannica.com
• “Nitrogen”, www.rsc.org
• “Nitrogen”, WWW.pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
• “WHAT IS A NITROGEN GENERATOR USED FOR—THE MANY INDUSTRIAL APPLICATIONS OF NITROGEN GAS”, www.onsitegas.com
• “What Is Nitrogen Gas Used For?”, www.nigen.com, 2018-3-20
• “Interesting facts about nitrogen element”, ww.worldofchemicals.com
• Agata Blaszczak-Boxe (2017-9-27),”Facts About Nitrogen”, www.livescience.com
• “Nitrogen Oxides”, www.toxtown.nlm.nih.gov