مصادر النيتروجين في الطبيعة .. وأين يوجد ؟ “
ما هو النيتروجين
النيتروجين هو عنصر كيميائي يرمز له بالرمز (N) وله عدد ذري يساوي (7)، وينتمي إلى الدورة الثانية والمجموعة 15 في الجدول الدوري، ويصنف النيتروجين ضمن اللافلزات، وهو غاز ثنائي الذرة، لا لون ولا طعم ولا رائحة في الحالة الصلبة والسائلة والغازية.
يتواجد النيتروجين كجزء من تركيب البروتين والحمض النووي، كما يشكل نحو 78% من الغلاف الجوي للأرض ويعتبر واحدًا من العناصر الكيميائية الأكثر نقاءً وتوافرًا في قشرة الأرض.
يدخل دورة النيتروجين في الطبيعة بشكل عضوي في تركيب جميع الأنسجة الحية، كما يمثل النيتروجين العديد من المركبات الهامة في الصناعة مثل الأمونيا وحمض النتريك والسيانيد، ويستخدم أيضا في صناعة الأسمدة.
مصادر عنصر النيتروجين في الطبيعة
يمثل النيتروجين أكبر نسبة من الغازات التي تشكل الغلاف الجوي للأرض، حيث يبلغ حجمه في الهواء الجاف 78.08% ووزنه 75.53%، وهناك العديد من مصادر النيتروجين للنباتات والطبيعة.
- ويتوافر النيتروجين في الطبيعة في القشرة الأرضية في المعادن التي تحتوي على النيتروجين وتكون على شكل أملاح مثل نترات البوتاسيوم كـ ملح بيتر ونترات الصوديوم كـ ملح تشيلي وكلوريد الأمونيوم كـ ملح النشادر، وتكون كل هذه الأملاح منحلة، لذلك يكون من النادر وجود أي ترسبات معدنية منها.
- يعد النيتروجين أحد العناصر الشائعة في الكون، حيث يحتل المرتبة السابعة من حيث وفرة العناصر الكيميائية ونقائها بالنسبة لكتلتها في درب التبانة.
- يتكوّن عنصر النيتروجين في الكون نتيجة لتفاعلات الانصهار النجمي بين عنصري الهيدروجين والكربون في المستعرات الأعظمية.
- يتم إنتاج عنصر النيتروجين في النجوم من خلال دورة اكتشفت آثارًا للنيتروجين الجزيئي ومركبات النيتروجين في الفضاء بين النجمين، وذلك باستخدام المقراب الفضائي.
- يشتمل تركيب الغلاف الجوي لقمر تيتان، الذي يدور حول كوكب زحل، على النيتروجين الجزيئي أيضاً.
- يدخل النيتروجين في تركيب جميع المتعضيات الحية، حيث يعتبر مكونًا أساسيًا للبروتينات والأحماض النووية والإنزيمات وغيرها من المركبات الحيوية.
- ويمثل النيتروجين عادة ما بين 2-6% من الوزن الجاف للمادة النباتية، ووسطياً حوالي 1.5%.
- النيتروجين موجود بكميات كبيرة في فضلات الحيوانات وذرق الطيور بشكل يوريا وحمض اليوريك وأملاح الأمونيوم.
- توجد نسبة عالية من النيتروجين في النشادر السائل، وكبريتات الأمونيوم، ونترات الأمونيوم، وهذه المواد تستخدم كسماد نيتروجيني، بالإضافة إلى مصادر أخرى للنيتروجين مثل السماد الطبيعي والجوانو الذي يتكون من مخلفات الطيور البحرية.
أين يوجد النيتروجين في الطبيعة
- يتوافر معظم النيتروجين في الطبيعة على شكل غاز في الهواء، حيث يشكل حوالي 78.8% من حجم الهواء، ويعد ذلك جزءًا من عناصر الهواء الذي يتكون من الأكسجين والنيتروجين وغيرها.
- لا يعادل الجزء الموجود منه متحدًا في الطبيعة بأكثر من واحد في المليون من النيتروجين الحر.
- يتواجد النيتروجين مترابطًا مع الأكسجين والهيدروجين والكربون والكبريت في المواد الهيولية، ويبلغ حوالي 16% من تلك المواد.
- ويعتبر أحد العناصر الجوهرية في الخلايا الحية ويدخل في تركيب الأمينات والأميدات وأشباه القلويات والنتريلات وغيرها، ومن مركباته غير العضوية عنصر النشادر أو نترات البوتاسيوم والصوديوم والكالسيوم والماغنسيوم، ومن أهم مركباته غير العضوية هي نترات الصوديوم الموجودة في تشيلي في أمريكا.
- ولا تزالُ عبارةُ ملحِ البارودِ تستخدمُ لتدلِّ على نتراتِ البوتاسيومِ وذلكَ منذُ القرنِ الثالثَ عشرَ والتي يُطلقُ عليها حاليًا اسم “ملحُ الصخرِ”، وهو الملحُ الذي نراهُ على الجدرانِ القديمةِ والصخورِ الرطبةِ يحتوي على النتراتِ.
النيتروجين والحياة
جميع الكائنات الحية بحاجة إلى النيتروجين للبقاء على قيد الحياة، حيث يشكل النيتروجين جزءا هاما من جزيء البروتين الذي يوجد في البروتوبلازم، وهو مادة حية موجودة في خلايا النباتات والحيوانات. يحصل الإنسان والحيوان على البروتين من خلال تناولهم للنباتات والحيوانات الأخرى.
تنتج النباتات مركبات نيتروجينية صغيرة قابلة للذوبان في التربة من البروتينات. يكون بعض النيتروجين المذاب في التربة في شكل حمض النتريك المستمد من الغلاف الجوي. عندما تحدث الصواعق، يتفاعل النيتروجين مع الأكسجين ويشكل العديد من المركبات المعروفة باسم أكاسيد النيتروجين. تتفاعل هذه الأكاسيد مع الماء لتكوين حمض النتريك الذي يتم نقله في المطر ونقله إلى التربة.
يقوم النبات بإنتاج البروتين من عائلة البقول من نيتروجين الهواء باستخدام مساعدة نوع محدد من البكتيريا. تشمل هذه البقول العديد من النباتات مثل البرسيم والبازلاء وفول الصويا.
تحتوي جذور هذه البقول على انتفاخات صغيرة تسمى العقيدات وتحتوي هذه العقيدات على نوع محدد من البكتيريا التي تثبت النيتروجين من الهواء وتحوله إلى مركبات النيتروجين.
ويقوم النبات باستخدام المركبات النيتروجينية التي تتكون حينها ويقوم بتحويلها إلى بروتين، وتتحلل تلك المركبات النيتروجينية وتصبح جزء من التربة بعد أن يموت النبات وبسبب اعادة استخدام غاز النيتروجين عن طريق الكائنات الحية، فإنه يمر خلال دورة مستمرة من التغيير الكيميائي ويطلق على هذه الدورة دورة النيتروجين.
استخدامات غاز النيتروجين
- يتم استخدام النيتروجين في حفظ الأطعمة والأدوية أثناء نقلها من مكان إلى آخر وفي صناعة بعض المستحضرات الطبية مثل المضادات الحيوية والتخدير.
- يتم استخدامه لإنتاج درجات حرارة منخفضة في التجارب العلمية المختلفة، وخاصة في التجارب التي تتعلق بصناعة الأدوية، حيث يساعد في زيادة سرعة التفاعل الكيميائي.
- يتم استخدام النشادر في إنتاج السماد الزراعي، حيث يُعتبر من أكثر المخصبات النيتروجينية انتشارًا.
- يستخدم النشادر المخفف في الماء في إنتاج بعض أنواع المنظفات المنزلية.
- يُستخدم لتعبئة المصابيح المتوهجة كبديل للأرجون.
- يتم استخدامه في تصنيع بعض أنظمة الوقود المستخدمة في الطائرات، حتى يقلل من خطر اشتعال الوقود في محركات الطائرات.
- يستخدم النيتروجين في صناعة الإلكترونيات خلال عملية التصنيع لإنتاج مادة خاملة تمنع الأكسدة التي يمكن أن تتسبب في عطل كهربائي.
- يتم استخدام النيتروجين في ملء عجلات سيارات السباق والطائرات، وذلك لأن النيتروجين يحمي من خطر الانفجارات التي قد تحدث أثناء عملية إقلاع الطائرات وهبوطها نتيجة للاحتكاك.
خصائص عنصر النيتروجين
- يعتبر عنصر النيتروجين من اللا فلزات.
- النيتروجين يتميز بنسبة سالبية كهربائية تبلغ 3.0 .
- يحتوي النيتروجين على خمسة إلكترونات في الغلاف الإلكتروني الخارجي.
- يتميز تكافؤ النيتروجين الثلاثي بوجوده في معظم المركبات.
- يتميز النيتروجين النقي بأنه غير نشط كيميائياً.
- النيتروجين عديم اللون والرائحة والطعم، أي أنه لا يمتلك الخصائص في الحالة الصلبة والسائلة والغازية.
- يتمتع جزيء النيتروجين ثنائي الذرات بثبات عند درجة حرارة الغرفة.
- يتجمد عنصر النيتروجين عند درجة حرارة 63 كلفن، ويتكثَّف عند درجة حرارة 77 كلفن.
- يُعد النيتروجين السائل شائعًا بسبب دراسة تأثير درجات الحرارة المنخفضة على الكائنات الحية.