تقریباً همه می دانند که گاز نیتروژن چیست ، نیتروژن، یک عنصر غیر فلزی از گروه پانزدهم جدول تناوبی عناصر است. این عنصر به صورت دو اتمی و گازی شکل،  بی رنگ، بی بو و بدون مزه در جو کره ی زمین است. عدد اتمی نیتروژن 7، وزن اتمی آن 14، دمای ذوب آن 86/209- درجه سلسیوس و نقطه جوش آن 8/195- درجه سلسیوس است. از ترکیب گاز نیتروژن و اکسیژن نیترواکسید ساخته می شود که جزو یکی از گازهای گلخانه ای است.  در این نوشته قصد داریم تاریخچه و کاربرد های گاز نیتروژن را بررسی کنیم  پس تا انتهای مطلب با ما همراه باشید.

تاریخچه گاز نیتروژن

نیتروژن فراوان‌ترین گاز در روی کره زمین است. نیتروژن از کلمه یونانی نامگذاری شده است. این گاز حدود چهار پنجم و 78 درصد از جو کره‌ی زمین را نیتروژن تشکیل داده است. در سال 1772شیمیدانی و پزشکی به نام دانیل رادفورد نیتروژن را کشف کرد. نیتروژن در چرخه طبیعت نقش مهمی دارد. ترکیبات نیتروژن در مواد آلی، غذاها، کودها و سموم وجود دارند. پیوند سه گانه قوی بین اتم‌ها در نیتروژن مولکولی، این ترکیب را محکم می‌کند و باعث می‌شود که به سختی از یکدیگر جدا شوند و وقتی این ترکیب شکسته شود، محصولات نهایی بسیار واکنش‌پذیر هستند. وجود نیتروژن در زمین اهمیت زیادی دارد اما مصرف  بیش از میزان لازم به محیط زیست آسیب می‌زند.

چرخه گاز نیتروژن

چرخه نیتروژن یک چرخه تکراری است که در طی آن نیتروژن در موجودات زنده و غیرزنده مثل خاک، آب، گیاهان، حیوانات و باکتری‌ها حرکت می‌کند. عنصر نیتروژن برای ادامه حیات در روی کره زمین نقش حیاتی دارد و زندگی موجودات زنده به آن بستگی دارد. بزرگ‌ترین مخزن نیتروژن در جو زمین قرار دارد که بیشتر به صورت گاز نیتروژن N2 یافت می‌شود. این گاز به صورت انواع خاصی از باکتری‌ها در خاک و ریشه گیاهان به اکوسیستم وارد می‌شوند و جز اصلی اسیدهای آمینه است که سازنده اصلی پروتئین‌ها هستند. البته حیوانات و گیاهان قادر به استفاده از نیتروژن آزاد در جو نیستند. تمام چرخه‌ی استفاده از نیتروژن وابسته به باکتری‌هایی است که آن را قابل مصرف برای موجودات زنده دیگر می‌کنند. گاز نیتروژن  با سایر عناصر ترکیب می‌شود تا موادی مانند آمونیاک، نیتریت یا نیترات را تولید کند.

تثبیت گاز نیتروژن

تثبیت نیتروژن یک فرآیند مهم در چرخه طبیعت است که از طریق انواع خاصی از باکتری‌ها و همچنین جلبک‌های سبز آبی انجام می‌شود. به این صورت که چرخه نیتروژن این مسیر را در بسیاری از اشکال شیمیایی مختلف به وسیله موجودات زنده  مثل میکروب ها دنبال می کنند. میکروب های خاصی می توانند نیتروژن گازی را از هوا دریافت کنند و آن را به آمونیاک تبدیل کنند. به غیر از آمونیاک فرایندهای دیگر مثل رعد و برق، پرتو فرابنفش در تثبیت نیتروژن جو تاثیرگذار هستند. ترکیبات تشکیل شده از فرآیند تثبیت نیتروژن به بافت گیاهان منتقل می‌شود. حیوانات و انسان‌ها از گیاهان تغذیه می‌کنند و ترکیبات نیتروژن را در قالب اوره و دیگر مواد زائد دفع می‌کنند. باکتری‌های نیتریت زدا دیگر بار به نیتروژن گازی دو اتمی تبدیل می‌شوند و به جو باز می‌گردند.

نقش حیاتی نیتروژن در طبیعت

نیتروژن نقش مهمی در تعادل محیط زیست به عهده دارد. برگ‌های گیاهان بدون نیتروژن زرد شده و رشد آن‌ها متوقف می‌شود. بدون کود نیتروژن ما یک سوم محصولات کشاورزی را از دست خواهیم داد. اگر گیاهان نیتروژن کافی نداشته باشند، قادر به تولید اسیدهای آمینه نیستند و بدون اسیدهای آمینه گیاهان پروتئین مورد نیاز برای رشد گیاهان را نمی توانند تولید کنند. همانطور که وجود نیتروژن بسیار مهم است اما نبود تعادل در مصرف نیتروژن نیز عواقب بدی دارد. ممکن است آب را آلوده کند و به آبزیان آسیب برساند. پس باید به اندازه مورد نیاز مصرف شود.

گاز نیتروژن و گازهای گلخانه‌ای

گاز نیتروژن و گازهای گلخانه‌ای

گاز نیتروژن و گازهای گلخانه‌ای

آیا می‌دانستید منبع قابل توجهی از گاز نیتروژن عامل تولید گازهای گلخانه‌ای است؟  براساس تحقیقات انجام شده در سال 2020 نیتروژن 7 درصد از کل گازهای گلخانه ای را در امریکا تشکیل می‌دهد و این گاز به طور گسترده براثر فعالیت های کشاورزِی، انسانی، مدیریت فاضلاب و فرایندهای صنعتی ساخته می‌شود. اکسیدنیتروژن در جو زمین به عنوان بخشی از چرخه نیتروژن زمین وجود دارد و دارای منابع طبیعی متنوعی است. این مولکول ها به طور متوسط 114 سال در جو زمین باقی می‌ماند یا براثر واکنش های شیمیایی از بین برود.

مهم‌ترین مزایا و کاربردهای نیتروژن در صنایع

نیتروژن در طیف گسترده‌ای از صنایع به کار می‌رود و دو سوم این گاز به صورت گاز تصفیه شده استفاده می شود زیرا این گاز واکنش پذیر نیست و یک سوم به صورت مایع فروخته می‌شود. از آنجا که گاز نیتروژن بی‌اثر است اغلب در جلوگیری از انفجار و خطر آتش‌سوزی به کار می‌رود. در ادامه به بیشترین کاربرد نیتروژن در صنایع مختلف اشاره خواهیم کرد.

  • صنایع غذایی
  • داروسازی
  • تولید فولاد ضدزنگ
  • پر کردن لاستیک ها
  • صنایع الکترونیکی

صنایع غذایی

یکی از کاربردهای نیتروژن در بسته بندی مواد غذایی است. از نیتروژن برای حفظ، تازگی و نگهداری مواد غذایی بسته بندی شده استفاده می‌شود.  نیتروژن به عنوان یک استاندارد صنعتی برای نگهداری مواد غیرشیمیایی به کار می رود.

داروسازی

داروسازی

داروسازی

نیتروژن به طور گسترده در صنعت داروسازی به کار می‌رود. در واقع نیتروژن در بیشتر داروهای آنتی بیوتیک وجود دارد. از آنتی بیوتیک به عنوان یک بی‌حس‌کننده استفاده می‌شود. نیتروژن هنچنین کاربردهای موثری در انجماد و حفظ و نگهداری اسپرم، تخمک، خون و نمونه‌های بیولوژیکی نیز به عهده دارد.

تولید فولاد ضدزنگ

نیتروژن در عملیات ریخته‌گری نیز بسیار کاربرد دارد و به عنوان گاز تصفیه شده در صنعت فولاد به کار می رود. از طرفی برای محافظت از فرآیندهای تکنولوژیکی در برابر اکسیداسیون استفاده می شود.

سیستم پر کردن لاستیک

نیتروژن در پر کردن لاستیک های اتومبیل های مسابقه و هواپیما به کار می رود و بسیاری از مشکلات ناشی از رطوبت و اکسیژن را کاهش می‌دهد. پر کردن لاستیک با گاز نیتروژن نسبت به اکسیژن مزیت دارد زیرا  احتمال انتقال نیتروژن از لاستیک کمتر از اکسیژن است و فشار لاستیک در طولانی مدت دوام بیشتری دارد.

صنایع الکترونیکی

یکی دیگر از کاربردهای نیتروژن در صنایع الکترونیکی است. به نوعی نیتروژن از گرم شدن سی پی یو جلوگیری می‌کنند و در سیستم های اطفای حریق آی تی استفاده می‌شود.

جمع بندی آخر

در این مقاله درباره گاز نیتروژن و تاثیر اکسید نیتروژن بر گازهای گلخانه‌ای، کاربردهای گسترده نیتروژن در صنایع مختلف برای جلوگیری از انفجار و آتش سوزی به ویژه صحبت کردیم. امیدواریم این مطلب اطلاعات کافی درباره گاز نیتروژن در اختیار شما قرار داده باشد.

منابع: kids.frontiersin ، air2gastech ، scied.ucar