النيتروجين خصائص العنصر واستخداماته
الوصف
النيتروجين هو غاز عديم اللون والرائحة يشكل 78% من الغلاف الجوي للأرض. ويؤدي دوراً حاسماً في مختلف العمليات الكيميائية ويستخدم على نطاق واسع في مختلف الصناعات.
مقدمة عن العنصر
النيتروجين هو عنصر غير فلزي يرمز له بالرمز الكيميائي "N" والرقم الذري 7. وهو عنصر حيوي في الغلاف الجوي للأرض، حيث يمثل ما يقرب من 78% من حيث الحجم. ويُعد النيتروجين لبنة أساسية في بناء جميع الكائنات الحية، حيث يشكل جزءًا أساسيًا من الأحماض الأمينية والأحماض النووية. كما أنه موجود في العديد من الأسمدة والمتفجرات والمواد الكيميائية الصناعية.
وصف الخواص الكيميائية
النيتروجين غاز خامل نسبيًا في الظروف القياسية بسبب الرابطة الثلاثية القوية بين ذرات النيتروجين في الجزيء الثنائي الذرة (N₂). وهذا يجعله أقل تفاعلية مقارنةً بالغازات الأخرى مثل الأكسجين. ومع ذلك، يمكن أن يشكّل النيتروجين مجموعة متنوعة من المركبات مع عناصر أخرى، مثل الأمونيا (NH₃)، وحمض النيتريك (HNO₃)، وأكاسيد النيتروجين (NOـ NOₓ). وتؤدي هذه المركبات أدواراً حاسمة في صناعات مثل الزراعة والتصنيع.
ويمكن أن يعمل النيتروجين أيضًا كعامل مؤكسد في تفاعلات معينة، كما هو الحال في إنتاج حمض النيتريك. في الظروف القاسية، مثل ارتفاع درجة الحرارة أو الضغط المرتفع، يمكن أن يتفاعل النيتروجين مع الهيدروجين لتكوين الأمونيا من خلال عملية هابر.
جدول بيانات الخواص الفيزيائية
|
الخاصية |
القيمة |
|
العدد الذري |
7 |
|
الكتلة الذرية |
14.007 جم/مول |
|
درجة الانصهار |
-210°C |
|
درجة الغليان |
-196°C |
|
الكثافة (عند 0 درجة مئوية، 1 ضغط جوي) |
1.2506 جم/لتر |
|
المظهر |
غاز عديم اللون والرائحة |
|
الحالة في درجة حرارة الغرفة |
غاز |
|
الذوبان في الماء |
قابل للذوبان قليلاً |
لمزيد من المعلومات، يرجى مراجعة Stanford Advanced Materials (SAM).
الاستخدامات الشائعة
للنيتروجين مجموعة واسعة من الاستخدامات في مختلف الصناعات نظراً لطبيعته الخاملة وتعدد استخداماته. تشمل بعض استخداماته الشائعة ما يلي:
- الزراعة: النيتروجين هو عنصر غذائي أساسي للنباتات وهو مكون رئيسي للأسمدة مثل نترات الأمونيوم واليوريا.
- صناعة الأغذية: يستخدم النيتروجين لحفظ المنتجات الغذائية عن طريق إزاحة الأكسجين، وبالتالي منع التلف والأكسدة.
- الإلكترونيات: يستخدم النيتروجين في إنتاج أشباه الموصلات والمكونات الإلكترونية الأخرى لخلق بيئة خالية من الأكسجين يمكن التحكم فيها.
- الطب: يُستخدم النيتروجين في علم التبريد لتجميد العينات البيولوجية وفي الأجهزة الطبية التي تتطلب بيئات خاضعة للتحكم.
- التصنيع: يستخدم النيتروجين كغاز خامل في إنتاج المعادن وعمليات اللحام لمنع الأكسدة والتلوث.
طرق التحضير
يتم الحصول على النيتروجين بشكل أساسي من خلال التقطير التجزيئي للهواء المسال. تفصل هذه العملية النيتروجين عن المكونات الأخرى مثل الأكسجين والأرجون. ويمكن أيضًا إنتاج النيتروجين من خلال تحلل بعض المركبات الكيميائية، مثل أزيد الصوديوم (NaN₃) في أكياس الهواء أو من تفاعل الأمونيا مع الأكسجين في درجات حرارة عالية.
المنتجات الصناعية ذات الصلة
تُشتق العديد من المنتجات الصناعية من النيتروجين أو مركباته:
- الأمونيا (NH₃): تستخدم في الأسمدة والمتفجرات.
- حمض النيتريك (HNO₃): مكون رئيسي في الأسمدة والمتفجرات ومواد التنظيف.
- نيتريت الصوديوم (NaNO₂): يستخدم في حفظ الأغذية وفي إنتاج الأصباغ والمواد الكيميائية.
- غاز النيتروجين: يُستخدم في صناعات مثل الإلكترونيات والمستحضرات الصيدلانية وتغليف المواد الغذائية لخصائصه الخاملة.
الأسئلة المتداولة
ما هي الاستخدامات الرئيسية للنيتروجين في الصناعة؟
يُستخدم النيتروجين في الزراعة (الأسمدة)، وحفظ الأغذية، والإلكترونيات (إنتاج أشباه الموصلات)، والتبريد، وعمليات اللحام.
هل النيتروجين ضار بالبشر؟
النيتروجين في شكله الطبيعي غير سام، لكن استنشاق تركيزات عالية من غاز النيتروجين يمكن أن يحل محل الأكسجين، مما يؤدي إلى الاختناق.
كيف يتم الحصول على النيتروجين للاستخدام الصناعي؟
عادةً ما يتم الحصول على النيتروجين من خلال التقطير التجزيئي للهواء المسال أو عن طريق تحلل مركبات مثل أزيد الصوديوم.
ما هو مركب النيتروجين الأكثر شيوعًا؟
تُعد الأمونيا (NH₃) أحد أكثر مركبات النيتروجين شيوعًا، خاصةً لإنتاج الأسمدة.
هل يلعب النيتروجين دورًا في نمو النبات؟
نعم، يعد النيتروجين عنصرًا غذائيًا أساسيًا للنباتات، حيث يساهم في تكوين البروتينات والكلوروفيل.
