محتويات
- ما هو النيتروجين
- مصادر عنصر النيتروجين في الطبيعة
- أين يوجد النيتروجين في الطبيعة
- النيتروجين والحياة
- استخدامات غاز النيتروجين
- خصائص عنصر النيتروجين
ما هو النيتروجين
النيتروجين هو عبارة عن عنصر كيميائي يرمز له بالرمز (N) وله عدد ذري ويكون (7)، يكون عنصر من عناصر الدورة الثانية وعلى رأس المجموعة 15 في الجدول الدوري ويتم تصنيف النيتروجين ضمن اللافلزات، وهو غاز ثنائي الذرة، ليس له لون ولا طعم ولا رائحة في الحالة الصلبة والسائلة والغازية.
يدخل عنصر النيتروجين في تركيب درب التبانة، و المجموعة الشمسية، ويشكل نسبة 78% من الغلاف الجوي للأرض، ويعتبر عنصر النيتروجين من أكثر العناصر الكيميائية النقية المتوفرة في القشرة الأرضية.
و دورة النيتروجين في الطبيعة تدخل -بصورة عضوية- في تركيب جميع الأنسجة الحية، ويمثل النيتروجين الكثير من المركبات الهامة في الصناعة مثل الأمونيا وحمض النتريك والسيانيد، ويستخدم أيضاً في صناعة الأسمدة.[1]
مصادر عنصر النيتروجين في الطبيعة
يمثل غاز النيتروجين أكبر نسبة في الغازات التي تكون الغلاف الجوي للأرض، حيث أن حجمه في الهواء الجاف يبلغ 78.08%، ويبلغ وزنه في الهواء الجاف 75.53%، وهناك العديد من مصادر النيتروجين للنبات وفي الطبيعة أيضاً.
- ويتوافر النيتروجين في الطبيعة في القشرة الأرضية في المعادن التي تحتوي على النيتروجين وتكون على شكل أملاح مثل نترات البوتاسيوم كـ ملح بيتر ونترات الصوديوم كـ ملح تشيلي وكلوريد الأمونيوم كـ ملح النشادر، وتكون كل هذه الأملاح منحلة، لذلك يكون من النادر وجود أي ترسبات معدنية منها.[2]
- يعتبر النيتروجين عنصر شائع الانتشار في الكون، حيث يكون ترتيبه السابع من حيث وفرة العناصر الكيميائية ونقائها بالنسبة لكتلتها في درب التبانة.
- ينشأ عنصر النيتروجين في الكون وذلك نتيجة تفاعلات الانصهار النجمي من خلال عنصر الهيدروجين وعنصر الكربون في المستعرات الأعظمية.
- وينشأ عنصر النيتروجين في النجوم من خلال دورة اكتشفت آثار من النيتروجين الجزيئي ومركبات النيتروجين في الوسط بين النجمي وذلك بواسطة المقراب الفضائي.
- ويدخل أيضاً النيتروجين الجزيئي في تركيب الغلاف الجوي لقمر تيتان الذي يدور في فلك كوكب زحل.
- يدخل عنصر النيتروجين في تركيب جميع المتعضيات الحية، فهو يعتبر مكون أساسي للبروتينات والأحماض النووية، و جزيئات حيوية أخرى مثل الإنزيمات.
- ويمثل النيتروجين في العادة ما بين 2 – 6% من الوزن الجاف في المادة النباتية، ووسطياً حوالي 1.5%.
- يتواجد النيتروجين بكميات هائلة في فضلات الحيوانات وذرق الطيور بحيث يكون على شكل يوريا، و حمض اليوريك وعلى شكل أملاح الأمونيوم.
- ويتوافر النيتروجين بنسبة هائلة في عنصر النشادر السائل، وكبريتات الأمونيوم، ونترات الأمونيوم، سمادًا نيتروجينيا، وهناك أيضاً مصادر أخرى للنيتروجين منها السماد الطبيعي، والجوانو، وهو من مخلفات الطيور البحرية.[3]
أين يوجد النيتروجين في الطبيعة
- يتوافر الجزء الأعظم من النيتروجين حراً في الطبيعة، وذلك من أجل عناصر الهواء بحيث تكون نسبته أربعة أخماسه أو 78.8% منه حجماً تقريباً أي ما يعادل أربعة أمثال الأكسجين الهوائي.
- لا يعادل الجزء الموجود منه متحداً في الطبيعة بغيره أكثر من واحد بالمليون من النيتروجين الحر.
- ويوجد عنصر النيتروجين متحداً بـ عنصر الأكسجين والهيدروجين والكربون والكبريت في المواد الهيولية ويبلغ حوالي 16% منها.
- ويعتبر أحد العناصر الجوهرية في الخلايا الحية ويدخل في تركيب الأمينات والأميدات وأشباه القلويات والنتريلات وغيرها، ومن مركباته غير العضوية عنصر النشادر أو نترات البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم والماغنسيوم، ومن أهم مركباته غير العضوية هي نترات الصوديوم الموجودة في تشيلي في أمريكا.
- ولا تزال عبارة ملح البارود تستخدم لتدل على نترات البوتاسيوم وذلك منذ القرن الثالث عشر والتي يطلق عليها حالياً اسم «ملح الصخر»، وهو الملح الذي نقوم برؤيتها على الجدران القديمة والصخور الرطبة يحتوي على النترات.
النيتروجين والحياة
تحتاج جميع الكائنات الحية إلى عنصر النيتروجين حتى تعيش، حيث يكون النيتروجين أهم جزء من جزيء البروتين، الذي يتواجد في البروتوبلازم (وهي عبارة مادة حية توجد في كل من خلايا النباتات والحيوانات) ويحصل الإنسان والحيوان على البروتين في طعامه من النباتات والحيوانات الأخرى.
تقوم النباتات بإنتاج المركبات النيتروجينية اليسيرة المذابة في التربة من البروتينات حيث أن بعض النيتروجين الذائب في التربة يكون على شكل حمض النتريك الذي يأتي من الغلاف الجوي، حيث يتفاعل النيتروجين مع الأكسجين عند وقوع الصواعق ويقوم بتكوين العديد من المركبات التي تعرف بأكاسيد النيتروجين، وتتفاعل تلك الأكاسيد مع الماء حيث تكون حمض النيتريك الذي تقوم الأمطار بحمله ونقله إلى التربة.
تقوم النباتات بإنتاج البروتين من عائلة البقول من نيتروجين الهواء من خلال مساعدة نوع معين من البكتيريا، وتتضمن تلك البقول العديد من النباتات منها: البرسيم والبازلاء، وفول الصويا.
وتحتوي جذور تلك البقول على انتفاخات صغيرة يطلق عليها اسم العقيدات وتحتوي تلك العقيدات على نوع محدد من البكتيريا المثبتة للنيتروجين، بحيث تعمل تلك البكتيريا على أخذ النيتروجين من الهواء وتقوم بتحويله إلى مركبات النيتروجين.
ويقوم النبات باستخدام المركبات النيتروجينية التي تتكون حينها ويقوم بتحويلها إلى بروتين، وتتحلل تلك المركبات النيتروجينية وتصبح جزء من التربة بعد أن يموت النبات وبسبب اعادة استخدام غاز النيتروجين عن طريق الكائنات الحية، فإنه يمر خلال دورة مستمرة من التغيير الكيميائي ويطلق على هذه الدورة دورة النيتروجين.
استخدامات غاز النيتروجين
- يتم استخدام غاز النيتروجين في حفظ الأغذية والأدوية أثناء نقلها من مكان إلى آخر وفي صناعة بعض المستحضرات الطبية مثل المضادات الحيوية والتخدير.
- يتم استخدامه من أجل إنتاج درجات حرارة منخفضة حتى يتم استخدامها في التجارب العلمية المختلفة وبالأخص في التجارب التي تتعلق بصناعة الأدوية، حيث إنه يساعد في الزيادة من سرعة التفاعل الكيميائي.
- يتم استخدامه في إنتاج السماد الزراعي، حيث تعتبر النشادر من أكثر المخصبات النيتروجينية المنتشرة.
- يستخدم في إنتاج بعض أنواع المنظفات المنزلية التي تحتوي على نسبة من النشادر المخفف في الماء.
- يستخدم في ملء المصابيح المتوهجة كبديل عن الآرغون.
- يستخدم في صناعة بعض أنظمة الوقود المستخدم في الطائرات، حتى يقلل من خطر اشتعال الوقود في محركات الطائرات.
- يستخدم لصناعة الإلكترونيات بحيث يتم استخدام النيتروجين أثناء عملية التصنيع لصنع خامل لمنع الأكسدة التي يمكن أن تؤدي إلى عطل كهربائي.
- كما يتم استخدامه في ملء عجلات سيارات السباق، والطائرات، وسبب ذلك يرجع إلى أن النيتروجين يحمي من أخطار الانفجارات التي تحدث أثناء عملية إقلاع الطائرات، وهبوطها نتيجة الاحتكاك.[4]
خصائص عنصر النيتروجين
- يعتبر عنصر النيتروجين من اللا فلزات.
- تبلغ السالبية الكهربائية لعنصر النيتروجين نسبة قدرها 3.0 .
- يملك النيتروجين خمسة إلكترونات في الغلاف الإلكتروني الخارجي.
- يعتبر تكافؤ النيتروجين ثلاثي في معظم مركباته.
- يمتاز النيتروجين النقي بأنه غير نشط كيميائيا.
- يعتبر النيتروجين عديم اللون والرائحة والطعام، أي أنه ليس له لون ولا طعم ولا رائحة في الحالة الصلبة والسائلة والغازية.
- يعتبر جزئ النيتروجين ثنائي الذرات في درجة حرارة الغرفة.
- يتكثف عنصر النيتروجين بدرجة حرارة 77 كلفن ويتجمد بدرجة حرارة 63 كلفن.
- ويعتبر النيتروجين في شكله السائل شائع ويرجع سبب ذلك إلى دراسة تأثير درجات الحرارة المنخفضة على الكائنات الحية.
رد مع اقتباس