What is نيتروجين?
نيتروجين (symbol N) is element 7 on the periodic table, a لافلز in period 2, group 15. 78% of the air you are breathing right now, held together by one of the strongest bonds in chemistry. At room temperature it is a gas.
البنية
ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع نيتروجين بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 65 pm — that is 0.065 nm, so about 7692 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
نيتروجين is liquid over a 14 K window, from 63 K to 77 K.
القصة
النيتروجين هو أكثر العناصر وفرةً في الغلاف الجوي للأرض، إذ يشكل حوالي 78% من الهواء الذي نتنفسه. وهذا الغاز عديم اللون والرائحة والخامل عموماً أساسي لجميع الكائنات الحية، إذ يشكل العمود الفقري للأحماض الأمينية والبروتينات والأحماض النووية مثل DNA وRNA.
على الرغم من وفرته، فإن النيتروجين في صورته الجزيئية (N₂) قليل التفاعل بصورة ملحوظة بسبب الرابطة الثلاثية شديدة القوة بين ذرتي النيتروجين. ويجعل هذا الخمول الكيميائي النيتروجين مفيداً بوصفه جواً خاملاً للعمليات الصناعية، لكنه يعني أيضاً أن معظم الكائنات الحية لا تستطيع استخدام النيتروجين الجوي مباشرةً في العمليات الحيوية.
معلومة طريفة: دورة النيتروجين واحدة من أهم الدورات الجيوكيميائية الحيوية على الأرض، وتنطوي على تحويل النيتروجين بين أشكاله الكيميائية المختلفة عبر عمليات حيوية وكيميائية وفيزيائية.مركبات النيتروجين ضرورية للزراعة، إذ تُعد الأسمدة القائمة على النيتروجين أساسية لإنتاج الغذاء الحديث. ومع ذلك، يمكن للنيتروجين أيضاً أن يكون مركبات خطرة؛ فأكاسيد النيتروجين تسهم في تلوث الهواء والأمطار الحمضية، بينما أثرت المتفجرات المحتوية على النيتروجين في التاريخ العسكري.
في الصناعة، يعمل النيتروجين السائل (عند -196°C) مبرداً فائق البرودة، ويُستخدم في كل شيء بدءاً من حفظ الأغذية وصولاً إلى الإجراءات الطبية. وتجعل الطبيعة المزدوجة للعنصر - فهو ضروري للحياة، لكنه قد يكون خطراً في أشكال معينة - النيتروجين واحداً من أكثر العناصر إثارةً للاهتمام في الجدول الدوري.
الاستخدامات
أكبر استخدام صناعي للنيتروجين هو في عملية هابر-بوش، التي تحول النيتروجين الجوي إلى الأمونيا (NH₃). وتتضمن هذه العملية الثورية، التي طُورت في أوائل القرن 20، تفاعل النيتروجين مع الهيدروجين تحت ضغط مرتفع (150-200 atm) ودرجة حرارة (400-500°C) باستخدام محفز من الحديد:
N₂ + 3H₂ → 2NH₃
تنتج هذه العملية أكثر من 150 مليون طن من الأمونيا سنوياً، ويُستخدم حوالي 80% منها في تصنيع الأسمدة القائمة على النيتروجين، ومنها:
يعمل النيتروجين مادةً أولية أساسية لإنتاج العديد من المواد الكيميائية الصناعية:
يوفر النيتروجين السائل عند -196°C (-321°F) تبريداً بدرجات حرارة منخفضة جداً من أجل:
ينشئ النيتروجين أجواءً خاملة لمنع الأكسدة أثناء:
النيتروجين عالي النقاء ضروري من أجل:
مصدره
19 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 71% of elements
يهيمن النيتروجين على الغلاف الجوي للأرض، إذ يشكل حوالي 78.08% من الهواء حجماً. ويحتوي هذا المستودع الهائل على ما يُقدّر بـ 3.9 × 10¹⁵ طن من غاز النيتروجين (N₂)، مما يجعله أكثر العناصر غير المتحدة وفرةً والمتاحة للحياة على الأرض.
يوجد النيتروجين الجوي أساساً في صورة جزيئات ثنائية الذرة (N₂) مترابطة برابطة ثلاثية شديدة القوة (941 kJ/mol)، مما يجعله أحد أكثر المواد خمولاً كيميائياً في الظروف العادية. ويشرح هذا الاستقرار تراكم النيتروجين الجوي خلال مليارات السنين.
يتكون النيتروجين في نوى النجوم الضخمة عبر التخليق النووي النجمي من خلال عمليتين أساسيتين:
يحتل النيتروجين في الكون المرتبة 7 بين أكثر العناصر وفرة، إذ تُقدّر وفرته الكونية بحوالي ذرة واحدة لكل 1,000 ذرة هيدروجين.
النيتروجين نادر نسبياً في قشرة الأرض، إذ لا يشكل بالوزن سوى حوالي 0.002%. وتشمل المعادن الطبيعية الحاملة للنيتروجين:
تمثل دورة النيتروجين إحدى أهم العمليات الجيوكيميائية الحيوية على الأرض:
تحول بكتيريا خاصة N₂ الجوي إلى أشكال متاحة حيوياً:
تحول بكتيريا التربة النيتروجين باستمرار بين حالات الأكسدة المختلفة:
تحتوي أنظمة المحيطات والمياه العذبة على كميات مهمة من النيتروجين الذائب:
غيّرت الأنشطة البشرية دورة النيتروجين العالمية تغييراً كبيراً:
التعامل
سمية غاز النيتروجين: رغم أن النيتروجين نفسه غير سام، فإنه يشكل مخاطر شديدة للاختناق:
تدابير السلامة عند التعامل مع المواد المبردة:
لوائح OSHA وحدود مكان العمل:
إجراءات التعامل الآمن:
إجراءات الاستجابة الفورية:
التأثير البيئي واللوائح:
إجابات سريعة
نيتروجين (symbol N) is element 7 on the periodic table, a لافلز in period 2, group 15. 78% of the air you are breathing right now, held together by one of the strongest bonds in chemistry. At room temperature it is a gas.
[He] 2s² 2p³, giving 2 occupied shells holding 2, 5 electrons respectively. Its outer shell holds 5 electrons, which is what sets its bonding behaviour.نيتروجين melts at 63.2 K (-210 °C) and boils at 77.4 K (-195.8 °C).
The standard atomic weight of نيتروجين is 14.007 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
نيتروجين is a gas at room temperature; its density is about 1.25 g/L at 0 °C and 1 atm — roughly lighter than air.
نيتروجين has a Pauling electronegativity of 3.04. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). A value this high means it tends to pull electrons away from almost anything it bonds with.
نيتروجين was discovered in 1772 by Daniel Rutherford. It is named after greek nitron + genes, "niter-forming".
نيتروجين makes up about 19 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.