نیتروژن: غول نامرئی و مفید هوا
نیتروژن کیست و کجاست؟
اگر هوا را یک کیک بزرگ تصور کنیم، بزرگترین تکهٔ آن متعلق به نیتروژن است. به ازای هر ۱۰۰ قسمت هوا، حدود 78 قسمت آن نیتروژن، 21 قسمت اکسیژن و تنها 1 قسمت باقیمانده، مخلوطی از گازهای دیگر مانند آرگون و دیاکسید کربن است.
نیتروژن یک عنصر است؛ یعنی از اتمهای یکسان ساخته شده و نمیتوان آن را به مواد سادهتر تجزیه کرد. فرمول شیمیایی مولکول گاز نیتروژن $N_2$ است. این یعنی هر مولکول از دو اتم نیتروژن تشکیل شده که پیوندی بسیار محکم دارند. همین پیوند محکم باعث میشود این گاز در شرایط عادی، بیاثر3 و کمواکنش باشد.
| نام گاز | نماد شیمیایی | درصد حجمی در هوا | نقش اصلی |
|---|---|---|---|
| نیتروژن | $N_2$ | 78% | رقیق کردن اکسیژن، ماده اولیه برای موجودات زنده |
| اکسیژن | $O_2$ | 21% | تنفس و سوختن |
| گازهای نجیب (مثل آرگون) | Ar | 0.93% | بیاثر، کاربرد در لامپها |
| دیاکسید کربن و بقیه | CO_2$ و ... | 0.07% | تنفس گیاهان، تنظیم دمای زمین |
چرخه نیتروژن: سفر نیتروژن از هوا تا بدن شما
گیاهان و جانوران نمیتوانند مستقیماً گاز نیتروژن ($N_2$) هوا را استفاده کنند. پس نیتروژن چگونه وارد بدن ما میشود؟ پاسخ در چرخه نیتروژن است. این چرخه مانند یک خط تولید طبیعی است که نیتروژن را از هوا میگیرد، آن را به فرم قابل جذب برای گیاهان تبدیل میکند و دوباره به هوا بازمیگرداند.
باکتریهای خاصی در خاک و ریشهٔ برخی گیاهان (مانند نخود و لوبیا) این کار جادویی را انجام میدهند. آنها گاز نیتروژن را میگیرند و به ترکیباتی به نام نیترات4 و آمونیوم5 تبدیل میکنند. گیاهان این مواد را از خاک جذب میکنند و از آن برای ساختن پروتئین و دیانای استفاده میکنند. وقتی شما لوبیا یا کلم بروکلی میخورید، این نیتروژن وارد بدن شما شده و برای رشد و ترمیم سلولهایتان استفاده میشود.
نیتروژن در خدمت زندگی روزمره
از این غول نامرئی فقط در کشاورزی استفاده نمیشود. به لطف خاصیت بیاثر بودن و غیرقابل اشتعال بودن، نیتروژن کاربردهای شگفتانگیز دیگری هم دارد:
• بستهبندی مواد غذایی: حتماً دیدهاید که بستههای چیپس یا پفک چقدر باد کردهاند! داخل این بستهها فقط هوا نیست، بلکه گاز نیتروژن خالص است. این گاز از اکسید شدن و فاسد شدن چربی خوراکیها جلوگیری میکند و باعث ترد ماندن آنها میشود.
• لاستیک خودرو و هواپیما: در بعضی مراکز خدمات، به جای باد معمولی، از نیتروژن برای پر کردن لاستیک استفاده میکنند. چون مولکولهای نیتروژن بزرگتر از مولکولهای اکسیژن هستند و کندتر از تایر خارج میشوند. همچنین، گرم شدن تایر در سرعتهای بالا باعث انبساط کمتری در فشار نیتروژن میشود که برای ایمنی مهم است.
• پزشکی و علوم: نیتروژن مایع با دمای بسیار پایین (حدود -196 درجه سانتیگراد) برای منجمد کردن سریع سلولها، خون و نمونههای بیولوژیکی استفاده میشود. همچنین در برخی درمانهای پوستی برای از بین بردن زگیل کاربرد دارد.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاسخ: خیر، گاز نیتروژن به خودی خود سمی نیست. ما همیشه آن را نفس میکشیم. خطر زمانی است که درصد اکسیژن هوا بسیار کم شود و گاز دیگری مثل نیتروژن جای آن را بگیرد. در این حالت، بدن دچار کمبود اکسیژن میشود، نه مسمومیت با نیتروژن.
پاسخ: اهمیت یک گاز فقط به نقش مستقیم آن در تنفس مربوط نیست. نیتروژن با حجم زیاد خود، مانند یک رقیقکننده عمل میکند و باعث میشود درصد اکسیژن در حد مناسبی باقی بماند. اگر اکسیژن 100 درصد هوا بود، آتشسوزیها به سرعت و غیرقابل کنترل گسترش مییافتند! همچنین، نیتروژن ماده اولیه اصلی برای ساخت پروتئین در همهٔ موجودات زنده است.
پاسخ: نه کاملاً. نیتروژن در شرایط خاصی (مانند رعد و برق یا درون کارخانههای تولید کود) میتواند با اکسیژن یا هیدروژن واکنش دهد. اما در دمای معمولی اتاق و فشار عادی، پیوند بین دو اتم نیتروژن در مولکول $N_2$ بسیار قوی است و به سادگی شکسته نمیشود. به همین دلیل در بیشتر موقعیتهای روزمره، رفتاری آرام و غیرواکنشی از خود نشان میدهد.
پاورقی
1 نیتروژن (Nitrogen): عنصری با عدد اتمی ۷ و نماد شیمیایی N. نام آن از واژههای یونانی به معنای «سازندهٔ شوره» گرفته شده است.
2 دیانای (DNA): مخفف دئوکسی ریبونوکلئیک اسید. مولکولی در سلولها که حاوی اطلاعات ژنتیکی و دستورالعملهای ساخت پروتئینها است.
3 بیاثر (Inert): در شیمی به موادی گفته میشود که در شرایط عادی تمایل بسیار کمی به انجام واکنش شیمیایی با مواد دیگر دارند.
4 نیترات (Nitrate): یک ترکیب شیمیایی حاوی نیتروژن و اکسیژن با فرمول عمومی $NO_3^-$. فرم قابل جذب نیتروژن برای اغلب گیاهان.
5 آمونیوم (Ammonium): یک کاتیون (یون مثبت) با فرمول $NH_4^+$. فرم دیگر قابل جذب نیتروژن برای گیاهان.
