معلومات وحقائق عن عنصر النيتروجين

النيتروجين ضروري من أجل الحياة على الأرض، وهو مكوّن لجميع البروتينات، ويمكن أن يوجد في جميع الأنظمة الحية.

توجد مركبات النيتروجين أيضًا في المواد العضوية والأطعمة والأسمدة والمتفجرات والسموم. ويُعتبر النيتروجين عنصرًا حيويًا للحياة، ولكنّه قد يكون ضارًا بالبيئة أيضًا.

سُميّ النيتروجين وفقًا لكلمة (نيترون- Nitron) اليونانية والتي تعني «الصودا المحلية»، وأما كلمة (جين – Gene) فتعني «التشكيل»، وهو خامس العناصر وفرة في الكون.

يشكل غاز النيتروجين 78% من الغلاف الجوي للأرض وفقًا لمختبر (لوس ألاموس الوطني- Los Alamos National Laboratory) ويشكّل أيضًا 2.6% من جو المريخ.

النيتروجين عديم اللون والرائحة في شكله الغازي، ويُعتبر -بشكل عام- غازًا خامدًا. وهو في شكله السائل عديم اللون والرائحة أيضًا ويبدو مشابهًا للماء.

بعض الحقائق عن النيتروجين:

العدد الذري (عدد البروتونات في النواة): 7

الرمز الذري (على الجدول الدوري للعناصر): N

الوزن الذري (متوسط كتلة الذرة): 14.0067

الكثافة: 0.0012506 غرام لكل سنتيمتر مكعب

الحالة في درجة حرارة الغرفة: غاز

نقطة الانصهار: (321-) فهرنهايت (210-) درجة مئوية.

نقطة الغليان: (320.42-) درجة فهرنهايت (195.79-) درجة مئوية.

عدد النظائر (ذرات من نفس العنصر مع عدد مختلف من النيوترونات): 16، 2 منها مستقرة.

النظائر الأكثر شيوعًا: النيتروجين 14 متوفر بنسبة 99.63٪.

مكوّن أسمدة

اكتشف النيتروجين عام 1772م من قبل الكيميائي والفيزيائي (دانييل روثرفورد-Daniel Rutherford) بينما كان يزيل الأكسجين وثاني أوكسيد الكربون من الهواء، وأثبت أنّ الغاز المتبقي لا يدعم الكائنات الحية أو عملية الاحتراق.

عمل علماء آخرون على نفس الموضوع، من بينهم Carl Wilhelm Scheele وjoseph Priestly وأطلقوا على النيتروجين الهواء المحروق أو الهواء دون أكسجين. وفي عام 1786م، أطلقAntoine Laurent de Lavoisier على النيتروجين لقب «الآزوت» والذي يعني «الميّت» معتمدًا على أنّ هذا الغاز جزء من الهواء الذي لا يمكن أن يدعم الحياة من تلقاء نفسه.

من أهمّ مكونات النيتروجين الأمونيا (NH3)؛ والتي يمكن إنتاجها بعملية تُسمى (Haber-Bosch) بتفاعل النيتروجين مع الهيدروجين.

يمكن أيضًا تمييع غاز الأمونيا عديم اللون ذا الرائحة اللاذعة بسهولة في الأسمدة النيتروجينية. وفي الواقع، فإنّ حوالي 80% من الأمونيا المُنتج يُستخدم كسماد. ويُستخدم أيضًا كغاز تبريد، وفي صناعة البلاستيك والمنسوجات والمبيدات والأصباغ ومحاليل التنظيف، وفقًا لإدارة تعليم مدينة نيويورك.

دورة النيتروجين

إنّ دورة النيتروجين التي يُحوّل فيها غاز النيتروجين الموجود في الغلاف الجوي لمكونات عضوية مختلفة؛ هي إحدى أهم العمليات الطبيعية للحفاظ على الكائنات الحية. إذ تعالج البكتيريا أثناء الدورة نيتروجين الغلاف الجوي وتجعله في شكل أمونيا، والذي تحتاجه النباتات لتنمو.

بينما تحوّل بكتيريا أخرى الأمونيا لأحماض أمينية وبروتينات، ثم تتناول الحيوانات النباتات وتستهلك البروتين. بعدها يعود النيتروجين للتربة عبر فضلات الحيوانات، وتحوّل البكتيريا هذه الفضلات مجددًا لغاز النيتروجين الذي يعود للغلاف الجوي.

يستخدم الناس النيتروجين في الأسمدة لجعل المحاصيل تنمو بشكل أسرع. ولكن الاستخدام المفرط لهذه الأسمدة يمكن أن تكون له نتائج مُدمّرة للبيئة وصحة الإنسان؛ لأنه يساهم في تلويث المياه الجوفية والسطحية.

ووفقًا لوكالة حماية البيئة الأمريكية، يُعد تلوّث الغذاء الناتج عن النيتروجين والفوسفور الزائد في الهواء والماء إحدى أكثر المشاكل البيئية انتشارًا وتكلفة وتحديًا.

معالجة المشكلة

يكمن أحد الحلول المقترحة لمشكلة النيتروجين المفرط في الزراعة المستدامة والعضوية وزيادة الوعي عن المشاكل البيئية بين المزارعين، كما قال (Randy A. Dahlgren) أستاذ علوم التربة في جامعة كاليفورنيا في ديفيس.

وأضاف: «تقوم الفكرة على محاولة التخلّص من استخدام هذه الأسمدة التجارية واستخدام الفضلات العضوية مثل روث الحيوانات بدلًا من ذلك. وكخطوة أخرى؛ استخدام أسمدة بطيئة الذوبان تحتوي على طلاءات بلاستيكية عليها وبدلًا من إطلاق النيتروجين على الفور، يُطلق بشكل تدريجي طوال موسم النمو. وذلك مع محاولة التنسيق بين إطلاق النيتروجين من الأسمدة المغلفة بالبلاستيك واحتياجات النبتة».

اكتشف علماء الأحياء الدقيقة في جامعتي ألبرتا وفيينا حلًا آخر. إذ أعلن الباحثون في أغسطس 2017 م أنّهم تعرفوا على ميكروب مؤكسد للأمونيا يُسمّى (Nitrospira Inopinata).

وتبعًا للباحثين، فإنّ (Nitrospira Inopinata) طفيلي نشادري (أمونيوم) يتفوّق بشكل أساسي على كلّ الأنواع الأخرى من البكتيريا والعتائق (الكائنات أحادية الخلية) في أكسدة الأمونيوم في البيئة. وهذا الميكروب مؤكسد فعّال جدًا ومن الممكن أن ينتج أكسيد نيتروجين أقل في هذه العملية.

يمكن أن تكون للنتائج الجديدة التي ظهرت في المجلة العلمية (Nature) تطبيقاتٌ مهمّة لأبحاث تغيّر المناخ. وإن الباحثين أيضًا على استعداد لاختبار هذا الميكروب بمجموعة متنوّعة من التطبيقات العملية التي يمكن أن تقلّل من مستويات الأمونيوم في التربة والمياه والغلاف الجوي. ويمكن أن تحتوي بعض هذه التطبيقات على تغييرات لمياه الشرب لدينا، وعلاج مياه الصرف، وتنقية التربة، وفقاً لجامعة (University of Alberta).

مصطلح (الآزوت- Azote)

على الرغم من استخدام مصطلح النيتروجين في اللغة الإنجليزية للإشارة إلى هذا العنصر، فما يزال مصطلح (الآزوت- Azote) يُستخدم في الفرنسية، و(آزوتو- Azoto) في الإيطالية، و(آزوت – Azot) في البولندية.

يُستخدم النيتروجين السائل كثيرًا -على سبيل المثال- كمُبرّد لتخزين الحيوانات المنوية والبويضات والخلايا الأخرى المُستخدمة في الأبحاث الطبية وعيادات الخصوبة وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء.

يُستخدم النيتروجين السائل أيضًا لتجميد الأطعمة بسرعة وللمساعدة على المحافظة على مواصفاتها وتركيبها ورطوبتها (بقائها طازجة) ونكهتها.

يُشكّل الينتروجين حوالي 95% من الغلاف الجوي لأكبر أقمار كوكب زُحل (تيتان).

يلعب غاز النيتروجين دورًا في تشكيل الشفق القطبي، وهو عرض طبيعي للضوء في السماء يمكن رصده غالبًا في مناطق القطب الشمالي والجنوبي، ويحدث عندما تصطدم الإلكترونات سريعة الحركة من الفضاء بالأكسجين والنيتروجين في غلافنا الجوي، وفقًا لوكالة ناسا.

يمكن الحصول على غاز النيتروجين بتسخين محلول مائي من نترات الأمونيوم (NH4NO3)؛ وهو مادة صلبة بلّورية تستخدم عادةً في الأسمدة.

يُنتج حوالي 150 طنًا من الأمونيا كل عام باستخدام عملية (Haber-Bosch) وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء.

أُنتج النيتروجين على شكل كلوريد الأمونيوم (NH4Cl) في مصر القديمة بتسخين خليط من الفضلات الحيوانية والبول والملح، وفقًا للجمعية الملكية للكيمياء.

النتروغليسرين: متفجّر عنيف يُستخدم في إنتاج الديناميت، وهو سائل زيتي عديم اللون يحتوي على النيتروجين والأكسجين والكربون.