نحوه تولید گاز نیتروژن یا ازت
یتروژن برای زندگی روی کره زمین ضروری است. این عنصر در همه سیستم های زنده یافت می شود. ترکیبات N2 در مواد آلی، مواد غذایی، کودها، مواد منفجره و سموم موجود است. نیتروژن برای زندگی بسیار حائر اهمیت می باشد اما مقدار زیاد آن برای محیط زیست بسیار مضر می باشد. نیتروزن پنجمین عنصر فراوان در جهان شناخته شده. طبقه گفنه آزمایشگاه ملی لوس آلاموس گاز نیتروژن 78 درصد از هوای زمین را تشکیل می دهد. از طرف دیگر، جو مریخ تنها 2.6 درصد ازت می باشد.
نیتروژن گازی بی رنگ، بی بو و عموما بی اثر محسوب می شود. و به گفته لوس آلاموس N2 در فرم مایع خوند بی رنگ و بی بو است و به نظر می رسد شبیه به آب است.
این عنصر به شکل مایع تبدیل به ماده سرمایشی معروف سرمازا (Cryogen) می‌شود. نیتروژن مایع به‌عنوان سردترین عنصر فراوان طبیعت و ارزان‌ترین نوع گازهای صنعتی با توجه به میزان تولید آن می‌باشد. گاز نیتروژن به‌عنوان یک گاز بی‌اثر در سیستم‌های الکتریکی، صنایع شیمیایی و بسته بندی مواد غذایی کاربرد دارد.
ویژگی ها و حقایقی درباره گاز نیتروژن
- عدد اتمی: تعداد پروتون های موجود در هسته 7 می باشد
- نماد اتمی در جدول تناوبی عناصر: N
- وزن اتمی ( جرم متوسط اتم ): 14.0067
- تراکم 0.0012506 گرم در هر سانتی متر مکعب
- فاز دمای اتاق: گاز
- نقطه ذوب: منهای 321 درجه فارنهایت و یا منهای 210 درجه سانتی گراد می باشد
- نقطه جوش: منهای 320.42 فارنهایت یا منهای 195.79 درجه سانتی گراد
- تعداد ایزوتوپ ها ( اتم های یک عنصر با تعداد نوترون های مختلف): 16 ک 2 نمونه هم پایدار می باشد
- رایج ترین ایزوتوپ ها: نیتروژن 14 که فراوانی آن 99.63 درصد است
تاریخچه نیتروژن
به گفته آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، N2 در سال 1772 توسط شیمیدان و پزشک دانیل رادرفورد کشف شد، وقتی او اکسیژن و دی اکسید کربن را از هوا خارج کرد نشان می دهد که گاز باقی مانده از موجودات زنده یا احتراق پشتیبانی نمی کند. دانشکندان دیگری از جمله کارل ویلهلم شل و جوزف پریستلی روی همین مشکل کار می کردند و گاز نیتروژن را هوای سوخته یا هوا بدون اکسیژن می نامیدند. در سال 1786، آنتوان لوران نیتروژن را ازت می نامند که به معنای بی جان می باشد.
یکی از مهم ترین ترکیبات نیتروژن آمونیاک (NH3) است که می تواند در فرآیند به اصطلاح هابر-بوش تولید شود، که در آن نیتروژن با هیدروژن واکنش نشان می دهد. آمونیاک بی رنگ با بوی تند می تواند به راحتی در کود نیتروژن ریخته شود. درحقیقت حدود 80% آمونیاک تولید شده به عنوان کود استفاده می شود. همچنین به عنوان گاز مبرد مورد استفاده قرار می گیرد. در ساخت پلاستیک، منسوجات، سموم دفع آفات و رنگ.
گاز ازت
نام دیگر گاز نیتروژن، ازت نام دارد و هیچ فرقی از نظر شیمیایی با خود نیتروژن ندارد. در دماهای بسیار پایین ازت می تواند به مایع تبدیل گردد. گاز ازت از تقطیر هوا مایع در گیاهان بزرگ به نام واحدهای جداسازی هوا (ASUs) بدست می آید.
چرخه ی نیتروژن
چرخه نیتروژن، که در آن N2 جوی به ترکیبات مختلف آلی تبدیل می شود، یکی از مهم ترین فرآیندهای طبیعی برای حفظ موجودات است. ترکیبات نیتروژن از طریق زباله های حیوانات به خاک باز می گردند. باکتیر ها نیتروژن پسماند را به گاز نیتروژن برگردانده و به جو باز می گردند.در تلاش برای رشد سریع محصولات زراعی، مردم از نیتروژن در کودا استفاده می کنند. با این حال، استفاده بیش از حد از این کودها در کشاورزی عواقب مخربی برای محیط زیست و سلامت انسان یه همراه داشته است، زیرا به آلودگی ها آب های زیر زمینی و آب های سطحی کمک کرده است. به گفته آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، آلودگی مواد مغذی ناشی از اضافه نیتروژن و فسفر موجود در آب و هوا، یکی از گسترده ترین، پرهزینه ترین و چالش برانگیر ترین مشکلات زیست محیطی است.
چه کسی می داند؟
حتی اگر اصطلاح نیتروژن در انگلیسی برای اشاره به این عنصر به کار رفته باشد، اصطلاح لاویزایر ” آزوت” در فرانسه به کار می رود و شکل آن در آزوتو به زبان ایتالیایی یا آزوت در لهستانی وجود دارد.
به گفته انجمن بین المللی شیمی، ازت مایع غالبا به عنوان مبرد، برای ذخیره اسپرم، تخم مرغ و سلول های دیگر مورد استفاده در تحقیقات پزشکی یا کلینیک های باروری استفاده می شود.
از نیتروژن مایع نیز برای انجماد سریع مواد غذایی و کمک به حفظ طعم، بافت، رطوبت و طعم آن ها استفاده می شود.
طبق گفته آزمایشگاه های معتبر نیتروژن 95% جو بزرگترین ماه را تشکیل می دهد.
نیتروژن نقش مهمی در شکل گیری شفق قطبی دارد. نمایش طبیعی نور در آسمان که می تواند به طور عمده مناطق قطب شمال و قطب جنوب مشاهده شود، که این اتفاق می افتد وقتی که الکترون های در حال حرکت سریع از فضا با اکسیژن و نیتروژن در جود ما برخورد می کنند.
گاز نیتروژن را می توان با گرم کردن محلول آب نیترات آمونیوم ، جامد کریستالی که معمولا در کود استفاده می شود، بدست آورد.
طبق گزارشاتی هر ساله حدود 150 تن آمونیاک با استفاده از فرآیند هابر تولید می شود.
طبق گزارش رویال انجمن شیمی، N2 به شکل کلرید آمونیوم، در مصر باستان با گرم کردن مخلوطی از دفع حیوانات، ادرار و نمک تولید می شود.
نیتروگلیسیرین، یک ماده منفجره خشن که در تولید دینامیت مورد استفاده قرار می گیرد، یک مایع روغنی و بی رنگ است که حاوی نیتروژن، اکسیژن و کربن است.
گاز نیتروژن برای لاستیک خودرو
مدت خیلی زیادی نیست که گاز نیتروژن در صنعت خودروسازی برای باد لاستیک ها بسیار پرطرفدار شده. حالا اولین سوالی که در ذهن شما نقش می بندد این هست که چرا باد نیتروژن برای لاستیک ها بیشتر مورد استفاده می گیرد؟ مگر چه مزیتی دارد؟ باد معمولی که قبلا و یا همین حالا برای لاستیک ها مورد استفده قرار می گیرد، دارای مقداری مشخص اکسیزن می باشد که این مقدار با ایجاد رطوبت در لاستیک موجب خورندگی سیم های فولادی داخل لاستیک خواهد شد. این موضوع موجب کاهش طول عمر لاستیک های اتومبیل می باشد. مزیت دیگری که باد نیتروژن دارد این هست که نیتروژن در فرآیند احتراق به همراه اکسیژن شرکت نمی کند در صورتی که هوای معمولی اینگونه نیست.
کاربردهای گاز نیتروژن (ازت) و نیتروژن مایع
مهم‌ترین کاربرد اقتصادی نیتروژن برای ساخت آمونیاک از طریق فرایند هابر(Haber) می‌باشد. آمونیاک، معمولاً برای تولید کود و مواد تقویتی و اسید نیتریک استفاده می‌شود. N2 همچنین به‌عنوان پرکننده بی‌اثر، در مخزن‌های بزرگ برای نگهداری مایعات قابل انفجار در هنگام ساخت قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور، دیود و مدارات یکپارچه و همچنین برای ساخت فلزات ضدزنگ استفاده می‌شود.
گاز نیتروژن به صورت ماده خنک کننده، برای منجمد کردن غذا و حمل‌ونقل آن و همچنین نگهداری اجساد و سلول‌های تناسلی (اسپرم و تخمک) و در بیولوژی برای نگهداری پایدار از نمونه‌های زیستی کاربرد دارد. نمک اسید نیتریک شامل ترکیبات مهمی مانند نیترات پتاسیم، سدیم و نیترات آمونیم می‌باشد که اولی، برای تولید باروت و دومی برای تولید کود بکار می‌رود. ترکیبات نیترات شده مانند نیتروگلیسیرین و تری‌نیترو‌تولوئن (TNT) معمولاً منفجر شونده هستند.
اسید نیتریک به‌عنوان ماده اکسیدکننده در مایع سوخت راکت‌ها استفاده می‌شود. هیدرازین و مشتقات آن نیز در سوخت راکت‌ها بکار می‌روند. نیتروژن، اغلب در مبردها (Cryogenic)، به‌صورت مایع معمولاًLN2 استفاده می‌شود. نیتروژن مایع با عمل تقطیر هوا به دست می‌آید. در فشار جو، نیتروژن در دمای 195?8- درجه سانتی‌گراد (320?4- درجه فارنهایت) مایع می‌شود.
استفاده در تایر خودروها و هواپیماها
با حذف اکسیژن از هوا باعث حذف رطوبت از داخل لاستیک می‌شویم که موجب کاهش اثر خورندگی سیم های فولادی داخل لاستیک خواهد شد، به دلیل کاهش میزان حمله رطوبت به سیمهای فولادی لاستیک، افزایش عمر لاستیک ها امکان پذیر میگردد. از طرف دیگر نیتروژن در فرآیند احتراق به همراه اکسیژن شرکت نمی‌کند، پس ازنظر ایمنی هم نسبت به هوا ارجح‌تر است. مولکول‌ها ی نیتروژن، نسبت اکسیژن بزرگ‌تر هستند. احتمال خروج و فرار مولکولهای بزرگ‌تر نیتروژن از تایر و کاهش فشار باد لاستیک و خطرهای ناشی از آن کمتر است.
صنعت فلز
پکیج‌های تولید گاز نیتروژن به منظور به عمل آوردن ماده‌ی مذاب درساخت فولاد وفلزات دیگرمورد استفاده قرار می‌گیرند. این گاز به عنوان یک گاز محافظ درعملیات حرارتی آهن،فولاد وفلزات دیگرعمل می‌کند. N2 در حین عملیات تاب کاری،کربونیزه کردن ودرهم جوشی در کوره‌هایی با درجه حرارت بالا به‌عنوان گاز محافظ فلزاتی مثل فولاد، مس و آلومینیوم عمل می‌کند.
سایز سیلندرهای رایج: 2, 5, 10, 20, 40 و 50 لیتری با فشار 150 و 200 بار.
کاربردها
- در صنایع هوافضا و هواپیمایی: در تونل‌های بادی با عدد رینولدز بالا، در کوره‌های عملیات حرارتی و اتوکلاوها کاربرد دارد.
- در صنایع خودروسازی و تجهیزات حمل‌ونقل: در جوشکاری قطعات خودرو و تولید کیسه‌های هوا کاربرد دارد.
- در صنایع شیمیایی: نیتروژن تحت‌فشار جهت تسهیل حرکت مایعات در لوله‌ها، همچنین برای تولید کودهای شیمیایی کاربرد دارد.
- در جوشکاری و تولید فلزات: در فرآیند عملیات حرارتی، همچنین در برش لیزری و برش پلاسما کاربرد دارد.
- در کروماتوگرافی: به‌عنوان گازحامل و گاز بالانس در مخلوط‌های گازی کالیبراسیون مورداستفاده قرار می‌گیرد.
- در پزشکی: براى سرد کردن، فریز کردن و نگهداری خون، بافت‌ها ومیکرو ارگانیسم‌ها به کار می‌رود.
- در صنایع بسته‌بندی غذا و مواد آشامیدنی: به‌عنوان سردکننده، منجمد کننده خشک و منجمد کننده سریع غذا به کار می‌رود.
منبع: گاز ازت