مهمترین کاربردهای نیتروژن در زمینه های مختلف - وبلاگ نت قشم

به گزارش وبلاگ نت قشم، نیتروژن یک گاز بی رنگ و بی بو است و در دسته نافلزات جدول تناوبی عناصر قرار می گیرد. کاربردهای نیتروژن در زندگی گیاهان، جانوران و انسان به صورت واضح قابل مشاهده است. نیتروژن در صنایع دارویی، صنایع غذایی، صنعت نفت، ساخت و ساز و فراوری فلزات کاربرد دارد.

وبلاگ نت قشم | سرویس علوم - دنیل رادرفورد، دانشمند اسکاتلندی در سال 1772 عنصری را کشف کرد که امروزه به عنوان مایه حیات گیاهان شهرت دارد. نیتروژن (با نماد شیمیایی N) نقش موثری در زندگی گیاهان، جانوران و به خصوص انسان دارد. تاثیر کاربرد این عنصر گازی شکل کاملا به وضوح در امور روزمره دیده می گردد. در ادامه با کاربرد های نیتروژن مایع و نیتروژن گازی شکل بهتر آشنا می شوید.

نیتروژن 78 درصد حجم هوا را تشکیل می دهد. نیتروژن از طریق تقطیر هوا مایع به دست می آید. سالانه تقریبا 45 میلیون تن نیتروژن استخراج می گردد. نیتروژن ترکیبی است که در همه موجودات زنده و همچنین در ذغال سنگ و دیگر سوخت های فسیلی وجود دارد.

کاربرد های نیتروژن مایع

نیتروژن در طبیعت به صورت گاز است. اما زمانی که سرد می گردد، در دمای 210- درجه به مایع تبدیل می گردد. آن را به عنوان مایع LIN یا LN2 نشان می دهند؛ بنابراین این نیتروژن مایع بسیار خنک است و می تواند برای حفظ و همچنین حمل نمونه های بیولوژیکی و جلوگیری از آسیب به آن ها استفاده گردد. اما جالب توجه است که حمل این نیتروژن مایع بسیار سخت است. این نیتروژن مایع کریوژنیزه می گردد و در صورت دستکاری بلافاصله بافتش می شکند. از این رو حمل نماینده های ویژه ای برای نگهداری و توزیع آن ها وجود دارد. افراد نباید از دست خود برای حمل آن استفاده نمایند.

شاید یکی از مهم ترین کاربردهای نیتروژن، استفاده از ویژگی های این عنصر برای سردسازی است. نیتروژن مایع اغلب به عنوان خنک نماینده استفاده می گردد. از آن برای ذخیره اسپرم ها، تخم ها و دیگر سلول هایی که برای تحقیقات پزشکی و تکنولوژی احتیاج است، استفاده می گردد. نیتروژن مایع همچنین برای فریز کردن سریع مواد غذایی و یاری به حفظ رطوبت، رنگ، طعم و ساختار آن ها استفاده می گردد.

مهم ترین کاربرد های نیتروژن گازی شکل

1. کاربرد در پزشکی

نیتروژن در مراقبت های پزشکی برای یاری های تنفسی استفاده می گردد. در بیماران مبتلا به نارسایی تنفسی به دلیل اختلالاتی مانند امفیزم گاز نیتروژن ضروری است. این افراد به دلیل کم بودن گنجایش شش هایشان نمی توانند اکسیژن کافی را از هوا دریافت نمایند؛ بنابراین آن ها اکسیژن درمانی می شوند. در این جا گاز اکسیژن با نیتروژن ترکیب می گردد. نیتروژن از 100 درصد اکسیژن برای تنفس استفاده می نماید؛ بنابراین اکسیژن با نیتروژن در یک نسبت خاص ترکیب شده و از طریق لوله هایی که مستقیما در بینی قرار دارند، تنفس می گردد. در این جا نیتروژن ترجیح داده می گردد چراکه 70 درصد از هوایی که ما تنفس می کنیم نیتروژن، و تنها 21 درصد آن اکسیژن است. پس در درمان بهتر است که از ترکیب اکسیژن و نیتروژن استفاده گردد.

از دیگر کاربردهای نیتروژن در پزشکی، سرمادرمانی یا کرایوتراپی است. سرمادرمانی برای بهبود و درمان قطعی بیماری های پوستی کاربرد دارد. در این روش نیتروژن مایع توسط وسیله ای به نام کرایواسپری به مدت چند ثانیه به ضایعه پوستی پاشیده می گردد. این ضایعه پوستی می تواند از یک عامل ویروسی مانند زگیل ناشی شده باشد.

2. کروماتوگرافی گاز

در کروماتوگرافی از آن به عنوان یک گاز حامل یا گاز فاز متحرک استفاده می گردد. این امر به طور خاص به علت خواص غیر واکنشی، بی طرفی و تجاری تر بودن گاز مورد نظر نسبت به گاز های دیگر مورد استفاده است.

3. برای خشک کردن حلال اضافی

خشک کردن حلال اضافی یکی از مهم ترین کاربردهای نیتروژن در صنعت است. این روش به طور به خصوص در تحقیقات استفاده می گردد. وقتی یک ماده به حلال اصلی اش تجزیه می گردد، پس از فرآیند حلال اضافه با عبور یک جریان گاز نیتروژن خالص حذف می گردد. تبخیر نیز می تواند برای حذف حلال اضافی از طریق حرارت انجام گردد. اما زمانی که ماده یا نمونه در برابر حرارت حساس است یا بر اثر حرارت آسیب می بیند، پس از روش خشک کردن بدون حرارت استفاده می کنیم. از این رو زمانی که نیتروژن عبور می نماید، به تدریج حلال اصلی را هم با خود حمل می نماید.

4. باد کردن لاستیک ها

امروزه استفاده از گاز نیتروژن بیش از حد معمول رایج شده است. ادعا می گردد که پر کردن لاستیک ها با نیتروژن به تنهایی به جای هوا، رانندگی را هموار نموده و همچنین احتیاجی به چک کردن شرایط باد لاستیک ها برای چند ماه نیست. ایمنی، فشار ثابت تایر، کاهش مصرف سوخت و افزایش دوام رینگ و تایر مهم ترین مزیت های گاز نیتروژن برای استفاده لاستیک خودرو هاست.

5. کاربردهای مختلف در صنعت

کاربردهای نیتروژن برای صنایع شیمیایی بسیار مهم است. نیتروژن برای درست کردن کود ها، نیتریک اسید، نایلون، رنگ ها و مواد انفجاری استفاده می گردد. برای درست کردن این محصولات، ابتدا نیتروژن باید با هیدروژن واکنش داده تا آمونیاک فراوری گردد. این واکنش توسط فرآیند هابر انجام می گردد. سالانه 150 میلیون تن آمونیاک با این روش به دست می آید.

همچنین گاز نیتروژن برای فراهم کردن یک فضای غیرفعال استفاده می گردد. از این روش جهت محافظت از مواد غذایی و در صنعت الکترونیک ها در طی فراوری ترانزیستور ها و دیود ها استفاده می گردد. مقادیر زیادی از نیتروژن در بازپخت فولاد زنگ نزن و سایر محصولات آسیاب های فولادی استفاده می گردد. بازپخت یک عملیات حرارتی است که باعث می گردد فولاد به راحتی کار کند.

سایر کاربردهای نیتروژن

نیتروژن در صنایع مختلف کاربرد های متفاوتی دارد، از ایمنی مواد غذایی گرفته تا فراوری بی حسی های جراحی. در این جا به مواردی از کاربرد های نیتروژن در صنعت و تجارت اشاره می کنیم:

• صنعت دارویی: شرکت های دارویی به مقادیر زیاد گاز نیتروژن تصفیه شده برای استفاده در ترکیب و ذخیره سازی ترکیبات درجه بندی شده پزشکی احتیاج دارند.
• صنعت غذایی: گاز نیتروژن برای جابجایی هوا در بسته بندی های غذایی به کار می رود. جابجایی هوا اکسیژن را از بسته بندی حذف می نماید که می تواند فرایند فساد غذایی را آهسته کند.
• فراوری فلزات: برخی از فلزات احتیاج دارند تا در محیط فاقد اکسیژن فراوری شوند تا از اکسیداسیون و تشکیل فلزات مختلف جلوگیری گردد.
• صنعت نفت: صنعت نفت از گاز نیتروژن برای رها کردن گاز ها از مخازن عظیم برای آماده سازی آن ها جهت ذخیره سازی نفت استفاده می گردد. نیتروژن که ماده ای نامطبوع است با نفت واکنش نمی دهد و می تواند آن را در مخازن ذخیره سازی نگه دارد.
• ساخت و ساز: هنگام ساخت خطوط لوله در خاک های آبدار عمیق زیرزمینی، شرکت های ساختمانی نیتروژن مایع را از طریق لوله ها عبور می دهند تا زمین را منجمد نموده و حفر را آسان نمایند.

کاربردهای شکل های دیگر نیتروژن

شکل های دیگر ترکیبات نیتروژن در طبیعت بسیار است. بنابراین کاربردهای نیتروژن در اشکال مختلف این عنصر نیز متنوع خواهد بود. برخی از آن ها برای استفاده های مختلف توسط انسان ساخته شده اند. این ترکیبات شامل:

1. آمونیاک (NH4)

آمونیاک یک ترکیب نیتروژن است. این ترکیب به طور طبیعی در طبیعت وجود دارد و توسط انسان نیز ساخته می گردد. آمونیاک به عنوان کود در کشاورزی به شکل آمونیام سولفات، آمونیم نیترات و حتی اوره استفاده می گردد. این آمونیاک برای فراوری آمینو اسید هایی که به شکل گیری پروتیین یاری می نمایند، استفاده می گردد. علاوه بر این، آمونیاک به عنوان سرد نماینده در یخچال و سایر سیستم های خنک نماینده برای تامین تاسیسات خنک نماینده استفاده می گردد.

2. نیتریک اکسید (NO)

نیتریک اکسید یک مولکول طبیعی در بدن است. این مولکول یک نوع پیغام رسان شیمیایی است که رگ های خونی و سایر بافت ها را گسترش می دهد. در پزشکی از تری نیترات گلیسریل به عنوان قرص زیر زبانی برای آزاد شدن نیتریک اکسید استفاده می گردد. این نیتریک اسید به سرعت به درون رگ های کوچک قبل گسترش یافته و فرد را در مقابل حمله قلبی کشنده حفظ می نماید. برخی مکمل های بدنسازی نیز دارای نیتریک اکسید هستند.

3. اکسید نیتروژن (N2O)

این ترکیب به عنوان گاز خنده آور استفاده می گردد. این گاز دارای اثرات بی حس نماینده خفیف است؛ بنابراین در جراحی های جزئی مثلا در دندان پزشکی به کار می رود.

4. نیتریک اسید (HNO3)

این اسید قوی در مواد شیمیایی معدنی استفاده می گردد. این ترکیب برای تخمین غلظت پایه ها با استفاده از اسیدی سنجی کاربرد دارد.

5. آمینو اسید ها

این ترکیبات اجزای اصلی سازنده پروتیین ها هستند. آن ها از طریق فرآیند ترجمه RNA در بدن شکل گیری می شوند. این آمینو اسید های فراوری شده، به شکل پروتئین تشکیل می شوند. این پروتئین ها ساختار جامد گیاهان و حیوانات را تشکیل می دهند. از این رو به کسانی که لاغر به نظر می رسند توصیه می گردد که پروتئین مصرف نمایند. این به این دلیل است که پروتئین ها در دستگاه گوارش به آمینو اسید ها تجزیه می شوند.

6. اسید های نوکلئیک

از دیگر کاربردهای نیتروژن می توان به شرکت در ترکیب های ساختاری بدن اشاره نمود. نوکلئیک اسید ها ساختار های ژنتیکی در بدن هستند. آن ها شکل و ویژگی های یک فرد یا گیاه را معین می نمایند. این نوکلئیک اسید ها ترکیبات شیمیایی فراوانی دارند. یک نوع خاص آن به نام پایگاه های نیتروژن وجود دارد. این پایگاه های نیتروژن 5 تا هستند به نام های آدنین، گوانین، تیمین، سیتوزین و یوراسیل. در این پایگاه های نیتروژن، نیروژن وجود دارد و زمانی که تجزیه می شوند در آن ها اوره و اوریک اسید وجود دارد. به خاطر وجود این عناصر، پیوند های هیدروژنی برای ثبات بیشتر شکل می گیرد. علاوه بر این، آن را با کربن ترکیب نموده تا ترکیبات ارگانیک مانند پیریدین، پیریمیدین و ... را تشکیل دهد.

نقش زیستی (بیولوژیکی) و چرخه نیتروژن

• نیتروژن به طور طبیعی توسط موجودات زنده (عمدتا مدفوع) و از طریق چرخه نیتروژن به وجود می آید. این نیتروژن توسط گیاهان سبز و جلبک به عنوان نیترات و برای ساخت پایگاه هایی که برای ساخت DNA ، RNA و تمام آمینواسیدها، مورد استفاده قرار می گیرد. آمینواسید ها اجزا اصلی سازنده پروتئین ها هستند. حیوانات نیتروژن مورد احتیاج خود را با استفاده از دیگر جانداران به دست می آورند. آن ها پروتئین ها و DNA را به پایگاه های تشکیل دهنده و آمینو اسید ها هضم می نمایند و آن ها را برای استفاده خود اصلاح می نمایند.
• میکروب های موجود در خاک، ترکیب های نیتروژن در خاک را برای استفاده مجدد گیاهان به نیترات تبدیل می نمایند. عرضه نیترات نیز توسط باکتری های تثبیت نماینده نیتروژن تامین می گردد که نیتروژن را مستقیما از جو حل می نماید.
• بازده محصولات می تواند از طریق اضافه کردن کود های شیمیایی به خاک که توسط آمونیاک فرآوری شده اند، تا حد زیادی افزایش یابد. اگر از کود ها به درستی استفاده نگردد آن ها می توانند از خاک خارج شده و به رودخانه ها و دریاچه ها بریزند و موجب رشد سریع جلبک شوند. این عمل می تواند نور را از انجام فتوسنتز باز دارد. اکسیژن محلول به زودی از بین می رود و رودخانه یا دریاچه خشک می گردد.