نیتروژن : ضروری برای حیات یا خطری برای محیط زیست
در این نوشتار در مورد عنصر نیتروژن به دو مسئله بسیار مهم پرداخته می شود که آیا نیتروژن ضروری برای حیات است یا زنگ خطری برای محیط زیست و یا هر دو؟! برای پاسخ به این سوال با مدرسه اینترنتی ضیاءالصالحین همراه ما باشید...
نیتروژن : ضروری برای حیات
نیتروژن برای تشکیل حیات ضروری است. این عنصر در تمامی پروتئین ها یافت می شود و می توان آن را در همه نشام های زنده مشاهده کرد. ترکیب های نیتـروژن در مواد ارگانیک، غذاها، کودها، مواد منفجره و سموم وجود دارند. وجود نیتروژن برای بقا لازم است، اما مقادیر بی از حد آن می تواند برای محیط زیست آسیب زا باشد.
نیتروژن ترکیبی از دو واژه یونانی «نیترو» به معنای نوشیدنی محلی و «ژن» به معنای سازنده است. نیتروژن پنجمین عنصر فراوان در عالم است. حدود ۷۸ درصد از اتمسفر زمین را گاز نیتـروژن تشکیل می دهد. در مقابل، اتمسفر سیاره مریخ تنها ۲.۶ درصد نیتـروژن دارد. نیتـروژن در حالت گازی بدون رنگ، بدون بو و به نوعی بی اثر است. شکل مایع این عنصر هم شبیه به آب است، بدون رنگ و بو.
یکی از مهم ترین ترکیبات نیتروژن آمونیاک است. آمونیاک در فرآیندی موسوم به فرآیند هابر (Haber process) تولید می شود. در این فرآیند نیتروژن با هیدروژن ترکیب می شود. گاز بدون رنگ آمونیاک بوی تندی دارد و بیشترین موارد استفاده آن مربوط به کودهای شیمیایی است. اما از این ماده پرکاربرد در ساخت پلاستیک، پارچه، رنگ و محلول های تمیزکننده نیز استفاده می شود.
چرخه نیتروژن :
چرخه نیتروژن به فرآیندی اطلاق می شود که طی آن نیتروژن موجود در اتمسفر تبدیل به ترکیب های آلی می شود. چرخه نیتروژن برای بقای موجودات زنده ضروری است. در طول این چرخه، باکتری های موجود در خاک نیتروژن اتمسفری را به آمونیاک تبدیل می کنند. گیاهان با استفاده از این آمونیاک رشد می کنند. گروهی دیگر از باکتری ها هم نیتروژن اتمسفری را به آمینواسیدها و پروتئین ها مبدل می کنند. سپس حیوانات با خوردن گیاهان از این آمینواسیدها تغذیه می کنند. ترکیب های نیتـروژن از طریق فضولات حیوانات دوباره به طبیعت بازمی گردند و این بار باکتری ها این ترکیب ها را مجدداً به نیتروژن اتمسفری تبدیل می کنند تا به جو برگردد.
مردم برای اینکه محصولات کشاورزی سریع تر رشد کنند، به آنها آمونیاک می زنند. اما استفاده بیش از حد از آمونیاک می تواند با برهم زدن تعادل چرخه نیتروژن عواقب مخربی برای محیط زیست به همراه داشته باشد. به گزارش آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده، تزریق اضافی مواد مغذی به ویژه نیتروژن و فسفر به خاک و آب، یکی از بزرگترین، شایع ترین و پرهزینه ترین چالش های زیست محیطی است.
بیشتر بخوانید: چرخه نیتـروژن چیست؟
مهم ترین داده های عنصر نیتروژن عبارتند از:
- عدد اتمی (تعداد پروتون ها در هسته): ۷
- نماد اتمی (در جدول تناوبی): N
- وزن اتمی (جرم متوسط اتم): ۱۴.۰۰۶۷
- حالت فیزیکی در دمای اتاق: گاز
- چگالی: ۰.۰۰۱۲۵۰۶ گرم بر سانتی متر مکعب
- نقطه ذوب:۲۱۰ - درجه سانتی گراد
- نقطه جوش: ۱۹۵.۷۹- درجه سانتی گراد
- تعداد ایزوتوپ ها (اتم هایی از یک عنصر با تعداد متفاوت نوترون): ۱۶ ایزوتوپ، که ۲ ایزوتوپ آن پایدار هستند
- رایج ترین ایزوتوپ ها: نیتروژن۱۴ (با ۹۹.۶۳ درصد فراوانی)
عنصر حاصلخیز :
بر اساس داده های آزمایشگاه ملی لوس آلاموس، نیتـروژن در سال ۱۷۷۲ توسط شیمیدان و فیزیکدان دانیل رادرفورد (Daniel Rutherford)در حالی کشف شد که وی مشغول جداسازی اکسیژن و کربن دی اکسید از هوا بود تا نشان دهد آیا گاز باقیمانده برای موجودات زنده ضروری و یا آیا یک گاز اشتعال پذیر است. دانشمندان دیگری از جمله کارل ویلهلم شیل (Carl Wilhelm Scheele) و جوزف پریستلی (Joseph Priestly) هم درباره نیتـروژن تحقیق می کردند. آنها نیتـروژن را هوای سوخته یا هوای بدون اکسیژن می نامیدند. در سال ۱۷۸۶ آنتوان لاوازیه نیتروژن را ازت نامیده بود که به معنای بی جان است. دلیل نام گذاری او این بود که نیتـروژن به تنهایی نمی تواند حیات را پشتیبانی کند.
نیتروژن : زنگ خطری برای محیط زیست
جالب است بدانید...
- واژه ازت که نخستین بار توسط لاوازیه استفاده شد، همچنان در زبان های ایتالیایی، لهستانی و فرانسوی به نیتـروژن اطلاق می شود.
- نیتـروژن مایع در صنعت و پزشکی به عنوان سردکننده استفاده می شود. یکی از موارد استفاده از نیتـروژن مایع، ذخیره سازی سلول های زنده در کلینیک های درمان ناباروری است.
- نیتـروژن مایع همچنین در انجماد سریع غذاها به کار می رود که موجب حفظ بیشتر عطر و طعم و بافت غذا می شود.
- براساس پژوهش های آزمایشگاه جت پیشرانه ناسا، ۹۵ درصد از جو تیتان، بزرگترین قمر سیاره زحل را نیتروژن تشکیل داده است.
- نیتـروژن در ایجاد شفق های قطبی نقش ایفا می کند. برخورد الکترون های پرسرعت با نیتـروژن موجود در اتمسفر، منجر به ایجاد شفق های قطبی می شود.
- سالانه حدود ۱۵۰ تن آمونیاک با استفاده از فرآیند هابر در جهان تولید می شود.
- ترکیبی از نیتـروژن به نام آمونیوم کلرید اولین بار توسط مصریان باستان تولید شده است. آنها با حرارت دادن ترکیبی از ادرار و مدفوع حیوانات و نمک این ترکیب را ساختند.
- نیتروگلیسیرین یک مایع روغنی بدون رنگ است که به شدت اشتعال پذیر بوده و در ساخت دینامیت به کار می رود. این ماده حاوی نیتروژن، اکسیژن و کربن است.
پژوهش های فعلی :
نیتروژن همان قدر که برای انسان ها و سایر جانداران مفید است، می تواند برای محیط زیست آسیب زا باشد. رندی دالگرن (Randy A. Dahlgren)، پروفسور علوم خاک شناسی دانشگاه کالیفرنیا می گوید: «گیاهان برای رشد به نیتروژن نیاز دارند. اما اغلب میزان نیتروژن موجود در خاک کمتر از چیزی است که گیاهان با آن بتوانند حداکثر بهره وری را داشته باشند. در کشاورزی برای حل این مشکل، کودهای حاوی نیتـروژن را به خاک اضافه می کنند. این یعنی ما بیشتر از آنچه که برای محیط زیست بی خطر است، نیتـروژن وارد آن می کنیم.
ما حتی بیش از نیاز گیاهان به خاک آنها کود نیتروژن دار تزریق می کنیم، به طوری که ۵۰ درصد این کود توسط گیاهان مصرف می شود و مابقی وارد آب های زیرزمینی می شود. برای مثال در بسیاری از چاه های شهر کالیفرنیا، غلظت نیتروژن مشاهده شده است. این پدیده باعث می شود میزان نیتروژن در آب آشامیدنی هم از حد مجاز بالاتر برود. حد مجاز مقدار نیتروژن در آب آشامیدنی ۱۰ در میلیون است. خطر دیگری نیز در کمین است. نیتروژن اضافی به آب های سطحی مانند دریاچه ها می رسد و جلبک ها از آن تغذیه می کنند. به این ترتیب جلبک ها شکوفه های مضری را تولید می کنند که سرطان زا هستند.»
او ادامه می دهد: «یکی دیگر از روش هایی که منجر به افزایش مقادیر نیتـروژن در طبیعت می شود، سوزاندن سوخت های فسیلی توسط ما انسان هاست. برای مثال هنگامی که یک خودرو روشن است، از لوله اگزوز آن گازهای نیتـروژن مونواکسید و نیتـروژن دی اکسید خارج می شوند که هر دو در شکل دهی لایه ازون و تشکیل باران های اسیدی نقش دارند.»
در ماه اکتبر سال ۲۰۱۰ مقاله ای در ژورنال علم (journal Science) منتشر شد که اثرات افزایش نیتـروژن را بر آلودگی آب های آشامیدنی و مناطق ساحلی و تغییرات آب و هوا بررسی می کرد. بر اساس این مقاله از ابتدای قرن بیستم، نقش بشر در افزایش نیتـروژن بسیار چشمگیر و قابل توجه بوده است. پاؤل فالکوفسکی (Paul Falkowski)، نویسنده مقاله در کنفرانسی در دانشگاه راتگرز(Rutgers University) گفت: «در حقیقت در دو و نیم میلیارد سال گذشته هیچ پدیده ای به اندازه دخالت های انسانی بر چرخه طبیعی نیتروژن تأثیرگذار نبوده است.»
دکتر دالگرن درباره راه حل ها می گوید: «یکی از راه های حل این معضل، حذف نیتـروژن اضافی از زمین های کشاورزی، روی آوردن به کشاورزی ارگانیک و بالا بردن سطح آگاهی های زیست محیطی در میان کشاورزان است. می بایست استفاده از فضولات طبیعی بجای کودهای تجاری رواج پیدا کند و همچنین کشاورزان از کودهای پلاستیکی استفاده کنند. کودهای پلاستیکی قادرند نیتـروژن را به تدریج و با توجه به نیاز گیاه در دوره کشت به آن تزریق کنند.»
منبع:
- Live Science
- وضعیت خاک و آب پس از باران های اسیدی
- تثبیت نیتـروژن
منابع مفید:
- آزمایش لاوازیه
- فراوری آمونیاک
- باران اسیدی
- اسید نیتریک
- Nytrogen Cycle
- Neutrient Pollution
- Nytrogen elements
- Ammonia (Britanica)
- Ammonia Toxicty
مطالب مرتبط
