موضوع مقاله: نیتروژن | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نیتروژن | مقدمه: نیتروژن معمولاً به صورت یک گاز، نافلز، دو اتمی بی اثر، بی‌رنگ، بی‌مزه و بی‌بو است که ۷۸٪ جو زمین را دربر گرفته و عنصر اصلی در بافت‌های زنده است. | ## بخش 1: نیتروژن | از گاز نیتروژن می‌توان به منظور کاهش یا از بین بردن اُکسایش (اکسیداسیون) مواد غذایی استفاده کرد. گاز نیتروژن گاز نیتروژن با فرمول شیمیایی (N2) یک گاز بی‌رنگ، بی‌بو، و بدون مزه است که بیشتر هوا را تشکیل می‌دهد. این گاز در حالت طبیعی به صورت فراوان در جو زمین وجود دارد و به عنوان یکی از اجزای اصلی هوا به حساب می‌آید. یکی از کاربردهای اصلی نیتروژن، در صنعت و تولید انبوه محصولاتی است که نیاز به محافظت از اکسیداسیون (اکسید شدن) دارند. به عنوان مثال، نیتروژن در بسته‌بندی مواد غذایی، انجماد یا در فرایندهای صنعتی مانند جوشکاری، برای جلوگیری از اکسیداسیون و حفظ کیفیت محصولات بسیار کاربردی و مفید است. ویژگی‌های نیتروژن چرخه نیتروژن نیتروژن از گروه غیرفلزات بوده و دارای بار الکترون منفی ۳٫۰ می‌باشد. نیتروژن پنج الکترون در پوسته خود داشته و در نتیجه در اکثر ترکیبات سه‌ظرفیتی است. نیتروژن خالص یک گاز بی‌اثر و بی‌رنگ است و ۷۸٪ جو زمین را به خود اختصاص داده است. به‌طور کلی چرخه نیتروژن به زبان ساده عبارت است از: نیتروژنِ هوا به هنگام آذرخش با اکسیژن ترکیب و به اکسید نیتروژن تبدیل شده و در باران حل شده و جذب خاک می‌شود؛ در خاک این ترکیبات، توسط باکتری‌ها به موادی به نام نیترات تبدیل می‌شوند که به‌وسیله گیاهان جذب می‌شوند. حیوانات با خوردن گیاهان، نیتروژن را وارد بدن خود می‌کنند، با مردن و تجزیه اندام حیوانات، دوباره باکتری‌ها نیتروژن را وارد هوا می‌کنند. گیاهان با انجام عمل فتوسنتز باعث تولید اکسیژن، انرژی و گلوکز (قند ساده) می‌شوند؛ حال برای آنکه گیاه بتواند با کمک قند ساخته شده، پروتئین‌سازی کند، نیاز به نیتروژن دارد؛ اما نمی‌تواند این نیتروژن را به‌طور مستقیم از هوا دریافت کند، بلکه می‌بایست آن را به‌صورت یک ماده محلول درآب به نام نیترات توسط ریشه‌های خود جذب نماید. آمونیاک معمولاً برای تولید کود و مواد تقویتی و تولید اسید نیتریک استفاده می‌شود. نیتروژن همچنین به‌عنوان پرکننده بی اثر، در مخزن‌های بزرگ برای نگهداری مایعات قابل انفجار، و در هنگام ساخت قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور، دیود و مدار یکپارچه و همچنین برای ساخت فلزات ضدزنگ استفاده می‌شود. نیتروژن همچنین به صورت ماده خنک‌کننده، هم برای منجمد کردن غذا و هم ترابری آن، نگهداری اجساد و یاخته‌های تناسلی (اسپرم و تخمک) و غده‌های جنسی (بیضه و تخمدان)، و در زیست‌شناسی برای نگهداری پایدار از نمونه‌های زیستی کاربرد دارد. نمک اسید نیتریک شامل ترکیبات مهمی مانند نیترات پتاسیوم و سدیم و نیترات آمونیوم است؛ که اولی برای تولید باروت و دومی برای تولید کود به کار می‌رود. ترکیبات نیترات شده مانند نیتروگلیسرین و تری نیترو تولوئن (تی‌ان‌تی) معمولاً منفجر شونده هستند. در فشار جوّ، نیتروژن در دمای ۱۹۵٫۸- درجه سانتیگراد (۳۲۰٫۴- درجه فارنهایت) مایع می‌شود. بازار نیتروژن مواردی از قبیل فروش نیتروژن صنعتی و خدمات مرتبط با این محصول را در بر می‌گیرد. محصولات اصلی به دست آمده از گاز نیتروژن عبارتند از: گاز نیتروژن فشرده و نیتروژن مایع. نیتروژن از ترکیبات عمده ضایعات حیوانی (مانند چلغوز یا کود) بوده و معمولاً به صورت اوره، اسید اوریک و ترکیباتی از محصولات نیتروژنی یافت می‌شود. ترکیبات اصلی‌ترین هیدرید نیتروژن، آمونیاک است (NH3)، البته هیدرازین (N2H4) نیز مشهور است. ترکیب آمونیاک ساده‌تر از آب بوده و در محلول، یون‌های آمونیوم (NH4+) را تشکیل می‌دهد. آمونیاک مایع در حقیقت کمی آمفیروتیک بوده و آمونیاک و یون‌های آمینه (NH2-) را به‌وجود می‌آورد؛ که البته هر دو نمک آمیدها و نیترید شناخته شده‌اند، ولی در آب تجزیه می‌شوند. زنجیره‌ها، حلقه‌ها و ساختارهای بزرگ‌تر هیدریدهای نیتروژنی نیز شناخته شده‌اند، ولی در واقع ناپایدار هستند. گروه‌های دیگر آنیونهای نیتروژن، آزیدین‌ها (N3-) هستند، که خطی بوده و نسبت به دی‌اکسید کربن ایزو الکتریک هستند. | ## بخش 2: نیتروژن | مولکول دیگر با ساختار مشابه، مونوکسید دی نیتروژن N2O یا گاز خنده است، و یکی از اکسیدهای گوناگون بوده و برجسته تر از مونوکسید نیتروژن (NO) و دی‌اکسید نیتروژن (NO2) است، که هر دوی آن‌ها الکترون غیر زوج دارند؛ که دومی تمایلی را به دوپارشدن نشان داده و از اجزای تشکیل دهنده هوای آلوده است. اکسیدهای استاندارد بیشتری مانند تری‌اکسید دی نیتروژن (N2O3) و پنتاکسید دی نیتروژن (N2O5) معمولاً تا حدی نا پایدار و قابل انفجار هستند. اسیدهای متناظر آن‌ها نیتروس (HNO2) و اسید نیتریک (HNO3) بوده با نمک‌های متناظر که نیتریتها و نیتراتها نامیده می‌شوند. نقش زیست‌شناختی نیتروژن عنصر اصلی اسیدهای آمینه و اسیدهای هسته‌ای که نیتروژن را ماده‌ای حیاتی برای ادامه زندگی می‌کنند، است. لوبیا مانند اکثر گیاهانی که دانه‌های سبوسی دارند می‌تواند عمل بازیافت نیتروژن را به‌طور مستقیم از هوا انجام دهد، چراکه ریشه‌های آن‌ها دارای برآمدگی‌هایی، برای نگهداری میکروبهایی است که عمل تبدیل به آمونیاک را فرایندی به نام تثبیت نیتروژن انجام می‌دهد، می‌باشد. این گیاهان آمونیاک را به اکسیدهای نیتروژن و آمینو اسید تبدیل کرده و پروتئین می‌سازند. یکی از ده ایزوتوپی که به صورت مصنوعی تولید می‌شوند دارای نیمه عمر نه دقیقه‌ای داشته و ایزوتوپ‌های دیگر نیمه عمر چند ثانیه یا کمتر دارند. واکنش‌های زیست‌شناختی-واسطهای (مانند همانند سازی، جذب و ترکیب نیترات سازی) و … پویایی نیتروژن در خاک را به شدت کنترل می‌کنند. البته این فرایند سریع اغلب مقادیری از آمونیام و نیترات نیز دربردارد، زیرا آمونیوم به صورت ترجیحی به‌وسیله سایبان جو نیترات، نگهداری می‌شود. آلوتروپ نیتروژن دی نیتروژن (N2) نیتروژن و گیاه نیتروژن غذای اصلی برای گیاهان است. یکی از اجزای اساسی پروتئین می‌باشد (برای ساخت اسیدهای آمینه، در کاتالیز واکنش‌های شیمیایی و حمل و نقل الکترون‌ها) و کلروفیل (قادر ساختن فتوسنتز) و در بسیاری از بخش‌های گیاهان شرکت دارد. رنگ سبز تیره را القاء می‌کند و باعث افزایش رشد برگ، ساقه و سایر بخش‌های گیاه و نمونه آن می‌شود. به علاوه باعث تحریک رشد ریشه، بهبود کیفیت میوه، افزایش محتوای پروتئین و همچنین باعث جذب و استفاده مواد مغذی دیگر نظیر پتاسیم و فسفر می‌شود (۱). کمبود نیتروژن باعث کاهش رشد، کلروز (تغییر رنگ سبز به زرد) ایجاد نقطه‌های قرمز و صورتی بر روی برگ‌ها می‌شود (۳). کاربرد زیاد آن باعث ایجاد رنگ سبز تیره، اثر منفی روی رشد گیاه و تولید میوه با کمترین کیفیت و کمیت می‌شود (۴). گیاه در مراحل اولیه رشد (جوانه زنی و رشد گیاهچه) که سیستم ریشه ای کامل و تعداد برگ‌های کمی دارد چگونه می‌تواند بیشترین نیتروژن مورد نیاز خود را با کاربرد برگی یا خاکی جذب نماید؟ کاربرد بالای نیتروژن در این مواقع فقط هدر دادن سرمایه می‌باشد زیرا پاسخ دلخواه را به دنبال نخواهد داشت. زمانی که سیستم ریشه ای گیاه کامل و سایز و تعداد برگ‌ها زیاد می‌شود استفاده نیتروژن افزایش پیدا می‌کند. استفاده برگی نیتروژن در این مرحله که برگ گیاه بزرگ‌تر است مفیدتر از مرحله ای است که برگ‌های کوچکتری دارد. بیشترین بازده استفاده از نیتروژن در مرحله بلوغ گیاه می‌باشد بعد از که گیاه به سمت پیری می‌رود بهتر است که مصرف آن را کاهش دهیم. شرایطی مانند PH خاک، بافت خاک، ساختار، آبشویی، مواد آلی، رطوبت، حضور دیگر مواد مغذی، اکسیداسیون و احیا، روش مصرف نیتروژن، تراکم خاک و غیره کارایی آن را تحت تأثیر قرار می‌دهد. به علاوه بافت خاک (درصد شن، سیلت و رس) از لحاظ سیستمی در مدیریت نیتروژن در نظر گرفته می‌شود به گونه ای که در خاک‌هایی با بافت شنی و بافت درشت توانایی نگهداری نیتروژن پایین می‌باشد. با کاربرد نیتروژن در اّب آبیاری، در آن حل می‌شود و از سطح رویی خاک به قسمت‌های پایین برده می‌شود؛ که این فراید باعث کاهش قابلیت دسترسی نیتروژن می‌شود. تراکم خاک باعث کاهش اکسیژن و بروز مشکل هوادهی می‌شود و هوا برای فرایند شکستن نیتروژن و انتشار آن در ناحیه ریشه ضروری می‌باشد. جذب مواد غذایی از طریق تبادل بین آنیون‌ها و کاتیون‌ها صورت می‌پذیرد؛ که یون هیدروژن از ریشه توسط پمپ پروتون به داخل خاک رانده می‌شود و یون نیتروژن جایگزین آن در ریشه می‌شود. | ## بخش 3: نیتروژن | گیاهان دارای دو مسیر فیزیولوژیکی برای انتقال انرژی هستند که شامل آوند آبکش و چوبی می‌باشند. با کاربرد خاکی نیتروژن؛ این عنصر از طریق آوند چوبی به برگ‌ها انتقال داده می‌شود و با کاربرد برگی آن از طریق آوند آب‌کش از برگ‌ها به ریشه‌ها منتقل می‌شود. نیترات (NO3-) و آمینواسیدها دو عنصر اصلی هستند که توسط آوند چوبی منتقل می‌شوند (۵). بافت آوند چوبی در گیاهان به نوع گیاه بستگی دارد و می‌تواند به صورت تک یا دوتایی در سلول‌های مختلف باشد. آن‌ها از سلول‌های بلند و باریک تشکیل می‌شوند که به عنوان تریکوئید شناخته می‌شوند. اما گیاهان دیگر مانند گیاهان گلدار دارای آوندهای بزرگ و بیشتری هستند؛ که در اندازه‌های بزرگتری هستند و بنابراین دارای سیستم انتقال آبی کاراتر و بهتری می‌باشند و کاربرد نیتروژن در آن‌ها کارا تر می‌باشد (۶٬۷). برای بهتر بکاربردن مواد مغذی بهتر است که آگاهی خوبی در مورد سیستم‌های آوندی گیاهان مختلف داشته باشیم. ترکیبات معدنی: نیتروژن در برخی از ترکیبات معدنی مانند نیترات‌ها و نیتریت‌ها یافت می‌شود که در خاک، آب، و سنگ‌ها وجود دارند. ترکیبات آلی: نیتروژن در ترکیبات آلی مانند آمینو اسیدها و پروتئین‌ها یافت می‌شود که بخشی از گیاهان، حیوانات و میکروب‌ها هستند. جدول یک تثبیت صنعی نیتروژن برای اولین بار در جهان توسط Caro در سال ۱۹۰۱ با استفاده از N2 و Ca (CN2) از کلسیم کاربید انجام شد. بعد از آن Harber و Bosh آمونیاک را از گاز نیتروژن و گاز هیدروژن در درجه حرارت بالا ۴۰۰–۶۰۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشار حدود ۲۰۰–۱۰۰۰ اتمسفر تولید کردند. تثبیت بیولوژیکی نیتروژن این روش تثبیت نیتروژن توسط میکروارگانیسم‌ها صورت می‌پذیرد. کودهای متراکمی مانند کودهای مورد استفاده در حیاط خانه (0.5% N)، کود مرغی (3.03 % N)، کمپوست مزرعه (0.5 % N) و کود سبز (G.M). قبل از استفاده از نیتروژن باید موارد زیر را در نظر گرفت: الف) نوع گیاه یا محصول و خصوصیات ریشه آن ب) برآورد نیاز مراحل مختلف رشد گیاه نسبت به نیتروژن پ) خصوصیات خاک ت) رطوبت خاک د) منبع آب مورد استفاده در کشاورزی تعدادی از روش‌های کاربرد مواد مغذی در کشاورزی روش Broadcasting این روش کاربرد به صورت افکندن کود در خاک و محصول تعریف می‌شود. این روش برای کاربرد نیتروژن زمانی که مقدار نیتروژن در دسترس کم می‌باشد یا این که به خاطر ویژگی‌های نامناسب خاک ریشه گیاه توانایی رشد خوبی ندارد می‌تواند بکار رود. مشاهده شده است که این روش برای کاربرد کودهای نیتروژنه بسیار اقتصادی و بسیار ایدئال می‌باشد؛ زیرا کمترین مشکل از دست رفتن کود نیتروژن وجود دارد و همچنین میزان جذب توسط گیاه نیز بالا می‌رود. محلول نیتروژن همراه فسفر و پتاسیم به نسبت (۱:۲:۱) به گیاهان برنج در طول زمان انتقال داده می‌شود. هشدارها و خطرات و نکات ایمنی نیتروژن گازی کاملاً بی اثر است اما گاهی خطر آفرین است و ممکن است منجر به خفگی با گاز نجیب شود: کودهای نیتراتی شسته شده منبع اصلی آلودگی رودها و آب‌های زیر زمینی است. نیتروژن اگر بسیار سرد شود مایع می‌شود و اگر آن به دست شما برخورد کرد دست شما از شدت سرما ترک ترک می‌شود و خشک می‌شود و شاید اکسیژن به آن نرسد. همچنین این عنصر ۸۰٪ اتمسفر را تشکیل می‌دهد ولی اگر این مقدار به ۱۰۰٪ برسد (نیتروژن بسیار زیاد) در اثر فشار و کمبود اکسیژن انسان خفه می‌شود و در عرض کمتر از ۱۰ دقیقه می‌میرد. هنگام استفاده از گاز نیتروژن، برخی نکات ایمنی و نگهداری مهم وجود دارد که باید رعایت شوند تا حوادث و مشکلات احتمالی جلوگیری شود. در ادامه، تعدادی از این نکات را ذکر می‌کنم: تهویه مناسب: اگر به صورت متراکم در فضا حضور داشته باشد، می‌تواند به عنوان یک ماده غیرفعال باعث اختناق شود؛ بنابراین، اطمینان حاصل کنید که محیط دارای تهویه مناسب است. جلوگیری از اشتعال: گاز نیتروژن خود به تنهایی قابل اشتعال نیست، اما می‌تواند اشتعال را تقویت کند. تحت فشار نبودن: گاز نیتروژن به شکل مایع تحت فشار بسیار بالا قرار می‌گیرد و در صورت نقض ظروف ذخیره‌سازی یا دستگاه‌های فشار بالا، ممکن است خطرات جدی برای افراد حاضر ایجاد شود. دوری از فضاهای تنگ و بسته: در صورت استفاده از گاز نیتروژن در مکان‌های بسته و تنگ، وجود گاز به صورت متراکم می‌تواند خطرناک باشد؛ بنابراین، از استفاده در این محیط‌ها بپرهیزید. | ## جمع‌بندی | آموزش و آگاهی: همه افرادی که با استفاده از گاز نیتروژن سر و کار دارند، باید به دقت آموزش دیده و آگاهی کافی در مورد رفتارهای ایمنی و نگهداری داشته باشند.