النيتروجين عنصر كيميائي موجود في الطبيعة على شكل غاز ثنائي الذرة ، مما يعني أنه يتكون من ذرتين من النيتروجين مرتبطتين ببعضهما (N₂). رمزه في الجدول الدوري هو "N" ، وهو المكون الرئيسي للغلاف الجوي للأرض ، ويشكل حوالي 78٪ من تكوينه. هذا يجعله أكثر الغازات وفرة في هواءنا. كثير من الناس لا يعرفون ما خصائص النيتروجين.
لذلك ، سنخصص هذا المقال لنخبرك ما هي الخصائص الرئيسية للنيتروجين وخصائصه وأهميته.
الملامح الرئيسية
السمة الأساسية للنيتروجين هي عديم الرائحة وطابعه الخامل. في درجة حرارة الغرفة وظروف الضغط العادية ، يكون النيتروجين غازًا عديم اللون وعديم الطعم. هذا النقص في التفاعلية يجعلها ذات قيمة في العديد من التطبيقات الصناعية ، مثل تبريد وحفظ المواد الغذائية والمواد.
على الرغم من أن النيتروجين ضروري للحياة على الأرض ، إلا أن النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي في شكله الغازي لا يمكن استخدامه مباشرة من قبل الكائنات الحية. لكي تستفيد الكائنات الحية من هذا العنصر ، يجب أولاً تحويله إلى مركبات نيتروجينية قابلة للذوبان والاستيعاب. يحدث هذا بفضل عمليات مثل تثبيت النيتروجين ، حيث يمكن لأنواع معينة من البكتيريا والنباتات تحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى أشكال مفيدة ، مثل النترات والبروتينات.
من الناحية الصناعية ، يتم استخدام النيتروجين السائل في تطبيقات التبريد المختلفة ، مثل الحفظ بالتبريد للعينات البيولوجية والمواد الحساسة للحرارة. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر النيتروجين مكونًا رئيسيًا في تصنيع العديد من المواد الكيميائية ، بما في ذلك الأسمدة ، والتي تعتبر ضرورية لتحسين الإنتاجية الزراعية.
خصائص النيتروجين
الخصائص الفيزيائية للنيتروجين
النيتروجين غاز عديم الرائحة واللون والمذاق ويشكل 78٪ من الهواء الذي نتنفسه. وهو مادة غير معدنية غازية عند الضغط ودرجة الحرارة العادية. درجة انصهارها هي -210 درجة مئوية ونقطة غليانها هي -195,79 درجة مئوية. من ناحية أخرى ، تبلغ كثافتها 1,25046 كجم / م 3 وهي ليست موصلًا جيدًا للكهرباء أو الحرارة.
نظائر النيتروجين
نظائر النيتروجين المستقرة هي 14N و 15N ، الأول أكثر وفرة من الأخير. أيضًا ، يمكن العثور على نظائر مشعة أخرى مثل 12N و 13 N و 16 N و 17N.
الخصائص الذرية
- الوزن الذري: 14,0067 amu (وحدة الكتلة الذرية)
- العدد الذري: 7
- الرمز: N
- نصف القطر الذري: 56 م (بيكومتر)
- حالة الأكسدة: -3 ، +1 ، +2 ، +3 ، +4 ، +5
حالة تراكم النيتروجين
في الطبيعة ، يوجد النيتروجين في حالة غازية. لكن، تمكن البشر من تحويل هذه الحالة إلى سوائل ومواد صلبة من خلال التغيرات في درجة الحرارة والضغط. على الرغم من أن الاستخدام الأبرز هو في شكل سائل ، إلا أنه من الجدير بالذكر أنه يجب استخدام النيتروجين السائل فقط لأغراض محددة ومع الاحتياطات اللازمة. بسبب درجة حرارة السائل المنخفضة جدًا ، يمكن أن يتلف الجلد ويسبب حروقًا باردة.
كيف يتم الحصول عليها
يمكن الحصول على النيتروجين من مجموعة متنوعة من المصادر ، ولكن الطريقة الأكثر شيوعًا لإنتاجه بكميات كبيرة هي من خلال عملية التقطير الجزئي من الهواء. يحتوي الغلاف الجوي على تركيز كبير من النيتروجين في شكل غاز ثنائي الذرة (N₂) ، إلى جانب الأكسجين والأرجون والغازات الأخرى.
تبدأ عملية الحصول على النيتروجين بضغط هواء الغلاف الجوي. يتم تبريد الهواء المضغوط بواسطة نظام تبريد ، مما يسبب التكثيف وتكوين السائل. من خلال سلسلة من أبراج التقطير ، يخضع الهواء السائل للفصل الجزئي بناءً على نقاط غليانه.
لأن النيتروجين لديه نقطة غليان أقل من الأكسجين ومكونات الهواء الأخرى ، فإنه يتبخر في وقت أقرب ويتركز في الجزء العلوي من أبراج التقطير. وبالتالي ، يتم جمع النيتروجين الغازي وتخزينه للاستخدام الصناعي والتطبيقات المتخصصة.
بالإضافة إلى التقطير التجزيئي للهواء ، هناك طرق أخرى للحصول على النيتروجين بكميات أقل أو في ظل ظروف محددة. على سبيل المثال ، يمكن لبعض البكتيريا والنباتات إصلاح النيتروجين في الغلاف الجوي من خلال العمليات البيولوجية ، وهو أمر مفيد لتحسين خصوبة التربة والإنتاجية الزراعية.
وظائف النيتروجين في الطبيعة والبشر
يقدم النيتروجين مساهمة مهمة في البيئة: بدون هذا العنصر ، لن تكون الحياة على الأرض ممكنة. هذا العنصر هو جزء من البروتينات والأحماض النووية (DNA و RNA) ، لذلك فهو جزء من أساس الحياة.
على الرغم من وجود النيتروجين الغازي بكثرة في الغلاف الجوي للأرض ، إلا أن النباتات تجد صعوبة في امتصاصه بهذه الطريقة ، لذلك يستوعبونه على شكل أيونات أمونيوم أو نترات. لذلك ، تقوم بعض البكتيريا بتحويل النيتروجين إلى شكل يمكن أن تمتصه النباتات حتى تتمكن الحيوانات من تناول النباتات وامتصاص النيتروجين خلال هذه العملية.
بمعنى آخر ، لا تستطيع البكتيريا تحويل التربة إلى قاعدة خصبة للنباتات دون وجود النيتروجين. لذلك ، يُعتقد أن النيتروجين يتداخل مع دورة حياة النظم البيئية.
من بين وظائف النيتروجين للإنسان نجد ما يلي:
- كمادة حافظة في الأطعمة المعلبة لأن توقف الأكسدة.
- تحتوي المصابيح على النيتروجين ، والذي يتوفر بسهولة أكبر مما كان عليه عندما تم استخدام الأرجون في الماضي.
- يتم استخدامه في المتفجرات السائلة لمنع انفجارها.
- يتم استخدامه لصنع الأجزاء الإلكترونية مثل الترانزستورات أو الدوائر المتكاملة.
- يتم استخدامه في وقود الطائرات لأنه يساعد على منع مخاطر الحريق.
- نيتروجين سائل يساعد في الحفاظ على الدم والصفائح الدموية.
- إنه موجود في جميع الأدوية المستهلكة تقريبًا (يستخدم أكسيد النيتروز كمخدر).
- يتم استخدامه لصنع الفولاذ المقاوم للصدأ.
- يتم استخدامه في إنتاج الأسمدة.
كيف تؤثر على الجسم
اتضح أن هذا النيتروجين المعقد ليس مفيدًا للصحة. بعض وظائفها الرئيسية هي كما يلي:
- قلة إمداد الدم بالأكسجين.
- يبطئ وظيفة الغدة الدرقية.
- لا يسمح لفيتامين أ بالتثبيت بشكل صحيح في الجسم.
- يشجع على إنتاج مواد تسمى النيتروسامين ، والتي تسبب طفرات في الخلايا (السرطان).
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن خصائص النيتروجين وخصائصه.