نیتروژن فراوانترین گاز موجود در جو زمین است و حدود ۷۸ درصد از حجم هوا را تشکیل میدهد. این گاز بیرنگ، بیبو و بیمزه است و از نظر شیمیایی نسبتاً غیرفعال است. نیتروژن نقش مهمی در چرخههای بیوشیمیایی و اکولوژیکی ایفا میکند. در اینجا به اهمیت و توزیع گاز نیتروژن میپردازیم.
توزیع گاز نیتروژن
1. جو:
* بیشترین مقدار نیتروژن به صورت گاز مولکولی (N2) در جو زمین وجود دارد. همانطور که گفته شد، حدود ۷۸ درصد از جو را تشکیل میدهد.
* این نیتروژن گازی به دلیل پیوند سهگانهای که بین دو اتم نیتروژن وجود دارد، بسیار پایدار و غیرفعال است.
2. پوسته زمین:
* نیتروژن در پوسته زمین به مقدار کمتری یافت میشود.
* به صورت ترکیبات نیترات (NO3-) و آمونیوم (NH4+) در خاک وجود دارد. این ترکیبات نقش مهمی در تغذیه گیاهان دارند.
* همچنین، نیتروژن در ساختار برخی کانیها نیز یافت میشود.
3. آب:
* مقدار کمی نیتروژن به صورت محلول در آب اقیانوسها، دریاها، رودخانهها و دریاچهها وجود دارد.
* این نیتروژن محلول بیشتر به صورت نیترات و آمونیوم است.
* نیتروژن محلول برای رشد جلبکها و سایر موجودات آبزی ضروری است.
4. موجودات زنده:
* نیتروژن جزء اصلی پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک (DNA و RNA) است که برای تمام موجودات زنده ضروری هستند.
* گیاهان نیتروژن را از خاک جذب میکنند و آن را به ترکیبات آلی تبدیل میکنند.
* حیوانات با خوردن گیاهان یا سایر حیوانات نیتروژن مورد نیاز خود را به دست میآورند.
اهمیت نیتروژن
1. تشکیل پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک:
* همانطور که اشاره شد، نیتروژن جزء اصلی پروتئینها و اسیدهای نوکلئیک است.
* پروتئینها برای ساختار سلولها، آنزیمها و بسیاری از فرآیندهای بیولوژیکی ضروری هستند.
* اسیدهای نوکلئیک حاوی اطلاعات ژنتیکی هستند که برای تولید مثل و وراثت ضروری است.
2. تغذیه گیاهان:
* نیتروژن یکی از عناصر مغذی اصلی برای رشد گیاهان است.
* کمبود نیتروژن میتواند باعث کاهش رشد، زرد شدن برگها و کاهش عملکرد گیاهان شود.
* به همین دلیل، کودهای نیتروژنی به طور گسترده در کشاورزی استفاده میشوند.
3. چرخه نیتروژن:
* نیتروژن در یک چرخه پیچیده از جو به خاک، موجودات زنده و دوباره به جو منتقل میشود.
* باکتریهای خاصی در خاک و آب قادرند نیتروژن گازی را به ترکیبات قابل استفاده برای گیاهان تبدیل کنند (تثبیت نیتروژن).
* فرآیندهای دیگری مانند نیتراتزدایی و آمونیفیکاسیون نیز در این چرخه نقش دارند.
4. تأثیر بر محیط زیست:
* تغییرات در چرخه نیتروژن میتواند تأثیرات قابل توجهی بر محیط زیست داشته باشد.
* استفاده بیش از حد از کودهای نیتروژنی میتواند باعث آلودگی آبها، باران اسیدی و افزایش گازهای گلخانهای شود.
تولید گاز نیتروژن به روشهای مختلفی انجام میشود که عبارتند از:
تقطیر کرایوژنیک: این روش متداولترین روش تولید ازت است. در این روش، هوا به صورت مایع در دمای بسیار پایین (حدود -196 درجه سانتیگراد) سرد میشود. سپس، نیتروژن به دلیل نقطه جوش پایینتر (-196 درجه سانتیگراد) از اکسیژن (-183 درجه سانتیگراد) جدا میشود.
پالایش هوا: در این روش، هوا با استفاده از فیلترها و جذبکنندهها از ناخالصیها پاک میشود. سپس،N2 با خلوص مورد نظر تولید میشود.
تثبیت نیتروژن: در این روش، N2 جو به شکلهای قابل استفاده برای گیاهان تبدیل میشود. این کار توسط باکتریها، جلبکها و برخی گیاهان انجام میشود.
این گاز در کپسولهای فلزی یا در تانکرهای بزرگ حمل میشود. کپسولهای N2 معمولاً در صنایع کوچک و متوسط استفاده میشوند. تانکرهای گاز نیتروژن برای صنایع بزرگ و توزیع گاز نیتروژن به صورت عمده استفاده میشوند.
این گاز کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف دارد، از جمله:
صنایع غذایی و آشامیدنی: برای نگهداری مواد غذایی و نوشیدنیها، جلوگیری از اکسیداسیون و فاسد شدن، و تولید نوشیدنیهای گازدار استفاده میشود.
صنایع دارویی: برای تولید داروها، واکسنها و سایر محصولات پزشکی استفاده میشود.
صنایع شیمیایی: برای تولید مواد شیمیایی، پلاستیکها و سایر محصولات شیمیایی استفاده میشود.
صنایع فلزی: برای جوشکاری، برش فلزات و سایر فرآیندهای صنعتی استفاده میشود.
صنایع هوافضا: برای پرتاب موشکها و هواپیماها استفاده میشود.
صنایع پزشکی: برای آزمایشهای پزشکی، جراحیها و سایر کاربردهای پزشکی استفاده میشود.
ایمنی گاز نیتروژن
ازت یک گاز بیرنگ، بیطعم و بیبو است. این گاز در غلظتهای بالا میتواند باعث خفگی شود. بنابراین، هنگام کار با گاز نیتروژن باید نکات ایمنی زیر را رعایت کرد:
همیشه از تجهیزات ایمنی مناسب مانند ماسک تنفسی استفاده کنید.
از کار کردن در محیطهای بسته با غلظت بالای گاز نیتروژن خودداری کنید.
همیشه در صورت احساس سرگیجه یا سبکی سر، محیط را ترک کنید.
این گاز یک گاز ضروری برای صنایع مختلف است. تولید و توزیع گاز نیتروژن به روشهای مختلفی انجام میشود. ازت کاربردهای مختلفی در صنایع مختلف دارد. هنگام کار با N2 باید نکات ایمنی را رعایت کرد.