نیتروژن یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن N و عدد اتمی آن 7 است. نیتروژن معمولا به صورت یک گاز، غیر فلز، دو اتمی بی اثر، بی رنگ، بی مزه و بی بو است که 78% جو زمین را در بر گرفته و عنصر اصلی در بافت های زنده است. نیتروژن ترکیبات مهمی مانند آمونیاک اسید نیتریک و سیانیدها را شکل می دهد.
نیتروژن از گروه غیر فلزات بوده و دارا بار الکترون منفی 3.0 می باشد. نیتروژن پنج الکترون در پوسته خود داشته و در نتیجه در اکثر ترکیبات سه ظرفیتی می باشد. نیتروژن خالص یک گاز بی اثر و بی رنگ می باشد و 78% جو زمین را به خود اختصاص داده است. در 77K منجمد شده و در 63k به صورت مایع تبدیل به ماده برودتی معروف Cryogen می شود.
مهم ترین کاربرد اقتصادی نیتروژن برای ساخت آمونیاک از طریق فرایند هابر (Haber) می باشد. آمونیاک معمولا برای تولید کود و مواد تقویتی و اسید نیتریک استفاده می شود. نیتروژن همچنین به عنوان پر کننده بی اثر، در مخزن های بزرگ برای نگهداری مایعات قابل انفجار، در هنگام ساخت قطعات الکترونیک مانند ترانزیستور، دیود و مدار یکپارچه و همچنین برای ساخت فلزات ضد زنگ استفاده می شود. نیتروژن همچنین به صورت ماده خنک کننده، برای هم منجمد کردن غذا و هم حمل و نقل آن، نگهداری اجساد و سلول های تناسلی (اسپرم و تخم مرغ)، و در بیولوژی برای نگهداری پایدار از نمونه های زیستی کاربرد دارد.
نمک اسید نیتریک شامل ترکیبات مهمی مانند نیترات پتاسیوم و سدیوم و نیترات آمونیوم می باشد. که اولی برای تولید باروت و دومی برای تولید کود به کار می رود. ترکیبات نیترات شده مانند نیتروگلیسرین و تری نیترو تولوئن (TNT) معمولا منفجر شونده هستند.
اسید نیتریک به عنوان ماده اکسید کننده در مایع سوخت راکت ها استفاده می شود. هیدرازین و مشتقات آن نیز در سوخت راکت ها به کار می روند.
نیتروژن اغلب در مبردها (Cryogenic)، به صورت مایع استفاده می شود. نیتروژن مایع با عمل تقطیر هوا به دست می آید. در فشار جو، نیتروژن در دمای -195.8 درجه سانتیگراد (-320.4 درجه فارنهایت) مایع می شود.
نیتروژن (که لاتین آن nitrum و یونانی آن Nitron به معنی "جوش شیرین محلی"، "شکل دادن" و "ژن یا عامل" می باشد) توسط شخصی به نام Daniel Rutherford که آن را هوای مهلک نامید، در سال 1772 کشف شد. دو اواخر قرن 18 شیمیدانان بخشی از هوا را یافتند، که عمل احتراق را همراهی نمی کرد. در همان زمان نیتروژن توسط Carl Wilhelm Scheele، Henry Cavendish و Joseph Priestley که آن را هوای سوخته نامیدند مطالعه و بررسی شد. گاز نیتروژن به قدری بی اثر بود که Antoine Lavoisier آن را ازت که به معنی بدون زندگی است، نام نهاد.
ترکیبات نیتروژن در قرون وسطی شناخته شده بود. کیمیا گران اسید نیتریک را به عنوان بازدم آب می شناختند. ترکیب نیتریک و اسید هیدروکلریک به عنوان تیزاب سلطانی شناخته شده بود، برای آب کردن طلا مشهور بود.
پیدایش
نیتروژن بیشترین عنصر جو کره زمین از نظر حجم می باشد. (78.1 % حجمی) و برای اهداف صنعتی با عمل تقطیر هوای مایع به دست می آید. ترکیباتی که حاوی این عنصر هستند در فضای بیرونی نیز مشاهده شده اند . نیتروژن -14 در اثر عمل هم جوشی هستهای در ستارگان، تولید می گردد. نیتروژن از ترکیبات عمده ضایعات حیوانی (مانند چلغوز یا کود) بوده و معمولا به صورت اوره، البته هیدرازین نیز مشهور است. ترکیب آمونیاک ساده تر از آب بوده و در محلول یون های آمونیاک را تشکیل می دهد. آمونیاک مایع در حقیقت کمی آمفیروتیک بوده و آمونیاک و یون های آمینه را به وجود می آورد؛ که البته هر دو نمک آمیدها و نیترید شناخته شده اند، ولی در آب تجزیه می شوند. ترکیبات جانشین آمونیاک به تنهایی یا باهم، آمین ها نامیده می شوند. زنجیره ها، حلقه ها و ساختارهای بزرگتر هیدریدهای نیتروژنی نیز شناخته شده اند، ولی در واقع ناپایدار هستند.
گروه های دیگر آنیون های نیتروژن، آزیدین ها هستند، که خطی بوده و نسبت به دی اکسید کربن ایزو الکتریک می باشند. مولکول دیگر با ساختار مشابه، مونوکسید دی نیتروژن یا گاز خنده می باشد، و یکی از اکسیدهای گوناگون بوده و برجسته تر از مونوکسید نیتروژن و دی اکسید نیتروژن است، که هر دوی آن ها الکترون غیر زوج دارند.
اکسیدهای استاندارد بیشتری مانند تری اکسید دی نیتروژن و پنتاکسید دی نیتروژن معمولا تا حدی نا پایدار و قابل انفجار هستند. اسیدهای متناظر آن ها نیتروس و اسید نیتریک بوده با نمک های متناظر که نیتریت ها و نیترات ها نامیده می شوند. اسید نیتریک یکی از چند اسیدی است که از هیدرونیوم قوی تر می باشد.
نیتروژن عنصر اصلی اسیدهای آمینه و اسیدهای هسته ای که نیتروژن را ماده ای حیاتی برای ادامه زندگی می کنند، می باشد. لوبیا مانند اکثر گیاهانی که دانه های سبوسی دارند می تواند عمل بازیافت نیتروژن را به طور مستقیم از هوا انجام دهد، چراکه ریشه های آن ها دارای برآمدگی هایی، برای نگهداری میکروب هایی است که عمل تبدیل به آمونیاک را فرایندی به نام تثبیت نیتروژن انجام می دهد، می باشد. این گیاهان آمونیاک را به اکسیدهای نیتروژن و آمینو اسید تبدیل کرده و پروتئین می سازند.
نیتروژن دو ایزوتوپ پایدار دارد: (N-14 , N-15). که مهم ترین آن دو N-14 می باشد که در چرخه CNO در ستارگان تولید می شود.
واکنش های بیولوژیکی-واسطه ای (مانند همانند سازی، جذب و ترکیب نیترات سازی) و ... پویایی نیتروژن در خاک را به شدت کنترل می کنند. این ترکیبات معمولا باعث عمل غنی سازی N-15 لایه زیرین و تخلیه محصول می شود. البته این فرایند سریع اغلب مقادیری از آمونیام و نیترات نیز در بر دارد، زیرا آمونیوم به صورت ترجیحی به وسیله سایبان جو نیترات، نگهداری می شود. خاک نیتراتی نسبت به خاک آمونیومی، توسط ریشه درختان بهتر جذب و ترکیب می شود.
کودهای نیتراتی شسته شده منبع اصلی آلودگی رودها و آب های زیر زمینی است. سیانو حاوی ترکیباتی است که بی نهایت سمی بوده و برای حیوانات و همه پستانداران کشنده است.
کربن نقشی اساسی در دنیای ما ایفا می کند از دی اکسید کربن موجود در هوا گرفته تا گرافیت (کربن ) موجود در مداد شما، همه جا می توانید آثار آن را بیابید. در این مقاله شما می توانید درباره کاربردهای بیشتر کربن، اتم کربن، ویژگی های آن ، هیدروکربن ها، ساختار کربن، بافت کربن ، منوکسید کربن ، ردپای کربن در شما و حقایق جالب توجه دیگر اطلاع کسب کنید.
علامت شیمیایی عنصر کربن C است و عدد اتمی آن 6 می باشد.
کربن از کلمه لاتین کربو به معنای ذغال گرفته شده است.
کربن تعداد زیادی ترکیب را به وجود می آورد که از ترکیبات دیگر عناصر خیلی بیشتر است. به دلیل توانایی کربن در برقراری پیوند با دیگر عناصر غیر فلزی، اغلب از آن به عنوان ماده سازنده حیاتنام می برند.
در حالی که کربن ترکیبات متفاوتی را به وجود می آورد ولی عنصری بدون واکنش است.
کربن دارای شکل های متفاوتی است سه نوع آن دارای ساختمانی نامشخص است. (ذغال ، دوده و غیره )، الماس و گرافیت.
گرافیت و الماس ویژگی های بسیار متفاوتی دارند. الماس بسیار شفاف و دارای جنسی سخت است. در حالی که گرافیت بسیار نرم و سیاه است ( به اندازه ای نرم است که با آن روی کاغذ می نویسند. )
از گرافیت به عنوان یک عایق حرارتی استفاده می شود ( گرما را به میزان کم تری منتقل می کند. ) گرافیت هم چنین یک رسانای خوب و الکتریسیته است.
اتم های کربن در گرافیت به شکل شش ضلعی تخت ولایه به لایه بر روی صفحه قرار گرفته است.
از نظر فراوانی کربن چهارمین عنصر موجود در جهان است. (بعد از هیدروژن –هلیوم و اکسیژن ). در پوسته زمین پانزدهمین عنصر فراوان موجود است و در بدن انسان دومین عنصر فراوان است. (البته بعد از اکسیژن )
کربن دارای بالاترین درجه ذوب در بین دیگر عناصر است. حدود 3500 درجه سانتیگراد (3773 کلوین و 6332 درجه فارنهایت )
هیدروکربن ها ترکیبات آلی هستند که از مولکول هایی با خصیصه های هیدروژن و کربن تشکیل شده اند.
ساده ترین ترکیب هیدروکربن متان با فرمول شیمیایی ( CH4) است.
کربن در تمدن های اولیه انسانی به صورت ذغال چوب و دوده کشف شد.
«ردپای کربن » جمله ای است که معنای آن در ارتباط با گازهای گلخانه ای منتشر شده توسط یک کشور، موسسه و یاشخص خاصی است.
چرخه کربن فرآیندی است که در آن کربن در همه جای زمین علی الخصوص در سیستم های حیاتی آن رد و بدل می شود.
این امری بسیار مهم و حیاتی روی زمین است که به کربن این امکان را می دهد که پیوسته در حال بازیافت و یا استفاده مجدد باشد.
دراتمسفر زمین، کربن به صورت دی اکسید کربن (CO2 ) یافت می شود. اگرچه حجم کمی از اتمسفر را اشغال می کند، ولی نقشی اساسی در این باره دارد. از جمله این که توسط گیاهان در زمانفتوسنتز مورد استفاده قرار می گیرد.
منوکسید کربن (CO ) برای انسان و حیوان بسیار سمی است و در شرایطی که اکسیژن به اندازه کافی برای شکل گیری دی اکسید کربن نیست منوکسید شکل می گیرد. در بسیاری از کشورهای سراسر دنیا مسمومیت با منوکسید کربن یکی از متداول ترین و کشنده ترین مسمومیت هاست.
بافت کربن ماده ای بسیار سخت است که از بافت های نازک که عمدتاٌ از اتم های کربن که به صورت کریستال های میکروسکوپی به هم پیوند شده اند و در مواردی که استقامت بالا و وزن کم مورد نیاز است مورد استفاده قرار می گیرد.
سوخت های فسیلی مانند گاز متان ویا نفت خام ( بنزین ) نقش مهمی در اقتصاد مدرن ایفا می کند.
پلاستیک از مشتقات پلی مرهای کربن به وجود می آید. کربن به عنوان یک آلیاژ با آهن ترکیب می شود مثل استیل کربن.
گرافیت و خاک رس برای ساخت مغز مداد استفاده می شود.
ذغال چوب اکثراٌ برای کباب کردن غذا در منقل استفاده می شود.
عناصر جدول تناوبی :
1) فلز ها
2) نا فلز ها
3) شبه فلز ها
خواص فلز ها :
1) همه فلز ها جامد هستند ( بجز جیوه Hg که مایع می باشد )
2) فلز ها جلاپذیر هستند (اگر با سمباده سطح فلز ها را بر داریم درخشندگی ایجاد می شود که به آن جلاپذیری می گویند )
3) فلز ها چکش خوار هستند (فلز ها در اثر ضربه می توانند به شکل های مختلفی در آیند )
4) فلز ها رسانای بسیار خوب جریان برق و گرما هستند
5) فلز ها دمای ذوب و جوش بالایی دارند
خواص نافلز ها :
1) نافلز ها به هر سه حالت ماده (جامد - مایع - گاز ) وجود دارند
الف )جامد : کربن - فسفر - ید - گوگرد
ب ) مایع : برم
پ )گاز : هیدروژن - هلیم - کلر - نئون - آرگون ......
2) نا فلز ها جلاپذیر نیستند
3) نا فلز ها چکش خوار نیستند
4) نا فلز ها رسانای جریان برق نیستند( بجز گرافیت (که یک نوع کربن است ) ومغزمداد از گرافیت ساخته شده ) رسانای ضعیف جریان برق می باشد .
5) نا فلز ها دمای ذوب و جوش پایینی دارند.
خواص شبه فلز ها :
در جدول تناوبی 8 شبه فلز وجود دارد
شبه فلز ها دارای برخی از خواص جامدها هستند و همچنین شبه فلز ها دارای برخی خواص نافلزی هستند
مشهور ترین شبه فلز سیلیسیم است ( نیمه رسانا است )
بور - سیلیسیم - آرسنیک - آنتیموان و...
مغناطیس نیرویی است که باعث میشود آهنربا مادهی مغناطیسی را جذب کند. مغناطیس انواع مختلفی دارد که با توجه به رفتار مغناطیسی نشان داده شده توسط آهنربا طبقه بندی میشود.
مغناطیس به عنوان پدیدهای توصیف میشود که در آن ذرات باردار آهنربا نیرو تولید میکنند. به عبارت سادهتر، یک مادهی مغناطیسی برای مثال آهن توسط آهنربا با نیروی مغناطیس جذب میشود. نیروی تولیدشده ممکن است از نوع جاذبه با دافعه باشد. نوع نیروی تولید شده به جهت گیری ذرات باردار بستگی دارد.
مغناطیس چگونه رخ میدهد؟
میدان مغناطیسی
هر ذرهی باردار هنگام حرکت میدان مغناطیسی ایجاد میکند. از اینرو، الکترونی که در اطراف هسته در حال گردش است نیز میدان مغناطیسی ایجاد میکند. تفاوت میان آهنربا با مواد دیگر آن است که در آهنربا همهی الکترونها در یگ جهت حرکت میکنند و به این ترتیب در اطراف آهنربا میدان مغناطیسی تولید میکنند. در مورد مواد دیگر الکترونها به طور نامنظم در گردش هستند و از اینرو، میدان مغناطیسی در جهتهای مختلف پراکنده میشود. در چنین شرایطی تأثیر مغناطیسی عمیقی وجود ندارد.انواع مغناطیس
بر اساس پیکربندی الکترونها در ماده، رفتار مغناطیس به انواع مختلفی تقسیم میشود. یکی از مهمترین رفتارهای مغناطیسی فرومغناطیس است. مواد فرومغناطیس حتی بعد از برداشتن آهنربا نیز خاصیت مغناطیسی خود را حفظ میکنند. از مکانیزم فرومغناطیس برای ایجاد آهنربای دائم مانند آهنربای یخچالها استفاده میشود. در فرآیند تولید آهنربا، مادهی فرومغناطیس اول حرارت داده میشود و سپس، تحت یک میدان مغناطیسی قوی به تدریج سرد میشود. با سرد شدن ماده الکترونها مجبور میشوند در یک جهت خاص جهت گیری کنند که منجر به ایجاد آهنربای دائم میشود.کرهی زمین – آهنربا
میدان مغناطیسی کرهی زمین
آیا میدانستید کرهی زمین آهنربایی غول پیکر است؟ کرهی زمین دارای خاصیت مغناطیسی است که میدان مغناطیسی زمین یا میدان مغناطیسی خارجی نامیده میشود. جاذبهی مغناطیسی در قطبهای شمال و جنوب قویتر است. هنگامی که یک آهنربا را در نیمکرهی شمالی معلق نگه داریم، قطب جنوب آهنربا به سمت جنوب زمین اشاره میکند. به طور مشابه هنگامی که همان را در نیمکرهی جنوبی معلق نگه داریم، قطب جنوب هنوز هم به سمت جنوب اشاره خواهد کرد. از این پدیدهی مغناطیس برای تولید قطب نماهای مغناطیسی استفاده میشود.