: تثبیت نیتروژن

/> /> /> /> /> />

کاربر Online

467 کاربر online

تفاوت با نگارش: 2

Lines: 1-27

Lines: 1-57

-+
-+
-+
-+
+{img src=img/daneshnameh_up/9/97/nitrogen.gif}
-+
-+
-+
-+
-+
-+
-+
+لایه های اتم ((نیتروژن))
-+
-+
-+
-+
-+

!دید کلی

79 درصد از هوای پیرامون ما را ((نیتروژن)) تشکیل می‌دهد. این عنصر برای ایجاد ((آمین�� اسید|آمینو اسیدها)) و ((پروتئین|پروتئین‌ها)) عنصری ضروری است. نیتروژن به عنوان یکی از گازهای تشکیل دهنده ((جو)) ، خنثی است و بیشتر از آن که این گاز در دسترس ((گیاهان)) با (( گونه های حیوانات )) قرار گیرد، باید به صورت ((ترکیبات شیمیایی|ترکیبی شیمیایی)) تثبیت شود.

79 درصد از هوای پیرامون ما را ((نیتروژن)) تشکیل می‌دهد. این ((عنصر)) ، برای ایجاد ((اسید آمین��|آمینو اسیدها)) و ((پروتئین|پروتئین‌ها)) عنصری ضروری است. نیتروژن به عنوان یکی از گازهای تشکیل‌دهنده جو ، خنثی است و بیشتر از آن که این گاز در دسترس ((گیاهان)) یا گونه‌های حیوانات قرار گیرد، باید به صورت ((ترکیبات شیمیایی|ترکیبی شیمیایی)) تثبیت شود.

!عوامل موثر در تثبیت نیتروژن

نیتروژن در ((طبیعت)) می‌تواند به کمک ((تابش فسیلی|تابش کیهانی)) ، از بقایای ((شهاب سنگها)) ، یا بر اثر انرژی فراوان ((آذرخش)) که برای اتصال سریع مولکولها ضرورت دارد، با ((اکسیژن)) یا ((هیدوژن)) آب ترکیب شود. بعضی ((موجودات زنده دریایی)) و تعدادی از ((میکرو ارگانیسم|میکرو ارگانیسمها)) از لحاظ توانایی تثبت نیتروژن آزاد ، استثنایی هستند و بسیاری از ((گیاهان خانواده نخود)) ، بر روی ریشه‌های خود واجد گروههایی هستند که میکرو ارگانیسمهایی از جنس ((ریزوبیوم)) در آنها قرار دارد. ریزوبیوم ، ترکیبات نیتروژن‌دار محرک رشد را برای ((گیاهان سبز)) فراهم می‌آورد.
!اهمیت ((نیتروژن))
نیتروژن شالوده ((نیترو سلولز)) (Nitrocelluose) ، جسم پنبه‌ای که از تاثیر ((اسید سولفوریک)) و ((اسید نیتریک)) بر ((سلولز)) حاصل می‌شود و در تهیه ((مواد منفجره)) ، ((ک��و��ید|کلوئیدها)) و ((پلاستیکها)) به کار می‌رود) ، ((نیترو گلیسرین)) (Nitroglocerine) ، مایع زرد کم رنگی که بر اثر ضربه یا تماس ناگهانی منفجر می‌شود و در تهیه ((دینامیت)) و ((ژلاتین انفجاری)) به کار می‌رود. در ((پزشکی)) از آن به عنوان عامل باز کننده ((رگ|رگها)) استفاده می‌شود) ، ((تری نیترو تولوئن)) (TNT یاTri nitro toluene) ، ترکیب متلبور زرد کم رنگی که به عنوان ماده منفجره به کار می‌رود) ، و هم مواد منفجره قوی را تشکیل می‌دهد.
!روز ((پایان جهان))
در پایان قرن نوزدهم ، سر ((ویلیام کروکز)) ، شیمیدان بریتانیایی ، تصویری از روز پایان جهان ترسیم کرد. که در آن به دلیل فقدان نیتروژن تثبیت شده ، ((تولید مواد غذایی)) مقدور نبود. این موضوع مربوط به دورانی بود که ذخایر نیتروژن شیلی ، به عنوان منبع اصلی ((کود شیمیایی|کودهای شیمیایی)) و مواد منفجره به مصرف رسید و تمام شد. این ذخایر که از فضولات تعداد کثیری ((پرندگان دریایی)) آن قسمت از جهان به وجود آمده است، به شدت مورد بهره برداری قرار گرفت و کروکز پیش بینی می‌کرد که با تلاشهایی که برای تغذیه جمعیت رو به افزایش کشورهای صنعتی به عمل می‌آید، ذخایر ((نیترات آلی)) شیلی تمام خواهد شد.
!تثبیت نیتروژن به کمک ((کاتالیزور))
در اوایل قرن بیستم ، دو شیمی فیزیکدان آلمانی ، ((فریتز هابر)) (Fritz Haber) و ((کارل بوش)) (Karl Bosch) ، فرایند تثبیت (نیتروژن) به کمک کاتالیزور را ابداع کردند. در روش اصلی ابداعی این ((دانشمندان)) ، نیتروژن و هیدروژن جو از محیطی با 900 درجه ((فارنهایت)) (500 درجه ((سانتیگراد))) و ((فشار)) چند صد ((فشار جو|اتمسفر)) در مجاورت کاتالیزوری (((نیکل))) عبور داده شده ، و به ((آمونیاک)) تبدیل می‌شد. در کارخانه‌های بسیار پیشرفته امروزی ، ((هیدروژن)) که پایه اصلی این واکنش را تشکیل می‌دهد، از گاز طبیعی ((متان)) به دست می‌آید.

نیتروژن در طبیعت می‌تواند به کمک تابش کیهانی ، از بقایای شهاب‌سنگها ، یا بر اثر انرژی فراوان آذرخش که برای اتصال سریع ((مولکول|مولکولها)) ضرورت دارد، با ((اکسیژن)) یا ((هیدروژن)) آب ترکیب شود. بعضی موجودات زنده دریایی و تعدادی از میکرو ارگانیسمها از لحاظ توانایی تثبیت نیتروژن آزاد ، استثنایی هستند و بسیاری از گیاهان خانواده نخود ، بر روی ریشه‌های خود واجد گروههایی هستند که میکرو ارگانیسمهایی از جنس ((ریزوبیوم)) در آنها قرار دارد. ریزوبیوم ، ترکیبات نیتروژن‌دار محرک رشد را برای گیاهان سبز فراهم می‌آورد.
!اهمیت نیتروژن
نیتروژن شالوده نیترو سلولز (Nitrocelluose) ، جسم پنبه‌ای که از تاثیر ((اسید سولفوریک)) و ((اسید نیتریک)) بر ((سلولز)) حاصل می‌شود و در تهیه ((شیمی مواد منفجره|��و��د منفجره)) ، کلوئیدها و ((پلاستیک|پلاستیکها)) بکار می‌رود، نیترو گلیسرین (Nitroglocerine) ، مایع زرد کم رنگی که بر اثر ضربه یا تماس ناگهانی منفجر می‌شود و در تهیه دینامیت و ژلاتین انفجاری بکار می‌رود و در ((پزشکی)) از آن به عنوان عامل باز کننده رگها استفاده می‌شود ، تری‌نیترو تولوئن (TNT یا Tri nitro toluene) ، ترکیب متلبور زرد کم رنگی که به عنوان ماده منفجره به کار می‌رود را تشکیل می‌دهد.
!روز پایان جهان
در پایان قرن نوزدهم ، سر ویلیام کروکز ، شیمیدان بریتانیایی ، تصویری از روز پایان جهان ترسیم کرد که در آن ، به دلیل فقدان نیتروژن تثبیت شده ، تولید مواد غذایی مقدور نبود. این موضوع مربوط به دورانی بود که ذخایر نیتروژن شیلی ، به عنوان منبع اصلی ((کود شیمیایی|کودهای شیمیایی)) و مواد منفجره به مصرف رسید و تمام شد. این ذخایر که از فضولات تعداد کثیری پرندگان دریایی آن قسمت از جهان بوجود آمده است، به شدت مورد بهره برداری قرار گرفت و کروکز پیش‌بینی می‌کرد که با تلاشهایی که برای تغذیه جمعیت رو به افزایش کشورهای صنعتی به عمل می‌آید، ذخایر نیترات آلی شیلی تمام خواهد شد.
!تثبیت نیتروژن به کمک کاتالیزور
در اوایل قرن بیستم ، دو ((شیمی فیزیک|شیمی فیزیکدان)) آلمانی ، "__فریتز هابر__" (Fritz Haber) و "__کارل بوش__" (Karl Bosch) ، فرایند تثبیت نیتروژن به کمک ((کاتالیزور)) را ابداع کردند. در روش اصلی ابداعی این دانشمندان ، نیتروژن و هیدروژن جو از محیطی با 900 درجه فارینهایت (500 درجه سانت��گراد) و ((فشار)) چند صد اتمسفر در مجاورت کاتالیزور نیکل ، عبور داده شده ، به ((آمونیاک)) تبدیل می‌شد.

در کارخانه‌های بسیار پیشرفته امروزی ، هیدروژن که پایه اصلی این واکنش را تشکیل می‌دهد، از گاز طبیعی متان بدست می‌آید. متان و بخار آب ، گازی را به وجود می‌آورند که از لحاظ هیدروژن ، غنی است. آنگاه نیتروژن جو ، مورد استفاده واقع می‌شود و اکسیژن همراه آن ، بر اثر احتراق جزئی متان به منو‌اکسید کربن تبدیل و سپس منواکسید کربن در معرض بخار آب قرار می‌گیرد و به ((دی‌اکسید کربن)) تغییر می‌یابد. ماده اخیر در فرایند جانبی تبدیل آمونیاک به ((اوره)) ، با فرمول CO(NH₂)₂ ، بکار گرفته می‌شود.

باقیمانده منواکسید کربن به متان تبدیل می‌شود. سپس نیتروژن و هیدروژن در ((دما)) و ((فشار)) زیاد و در مجاورت کاتالیزوری که از یک اکسید فلزی تشکیل یافته است، آمونیاک تشکیل می‌دهد و آمونیاک بر اثر واکنش با اکسیژن ، اسید نیتریک تولید می‌کند. اسید نیتریک حاصل ، بر اثر ترکیب با آمونیاک ، نیترات آمونیم بوجود می‌آورد. ماده اخیر به عنوان کود ، مصرف فراوانی دارد. از طرف دیگر ، موجود ذره‌بینی مستقر در گروگیا و نخودی ، همه عملیات اخیر را برای گیاه انجام می‌دهد و نیترات آمونیم در اختیار آن قرار می‌دهد.

باکتری تثبیت کننده نیتروژن ، به کمک ((آنزیم|آنزیمی)) به نام __نیتروژناز__ (Nitrogenase) ، کاری را که از دیدگاه ((مهندسی شیمی)) مستلزم وجود گرمای صد درجه و هزاران پوند فشار است، می‌تواند در دما و فشار معمولی انجام دهد.

متان و ((بخار آب)) ، گازی را به وجود می‌آورند که از لحاظ هیدروژن غنی است. آنگاه نیتروژن جو مورد استفاده واقع می‌شود و اکسیژن همراه آن ، بر اثر احتراق جزئی متان به مونواکسیدکربن تبدیل و سپس مونواکسید کربن در معرض بخار آب قرار می‌گیرد و به دی اکسید کربن تغییر می‌یابد. ماده اخیر در فرایند جانبی تبدیل آمونیاک به ((اوره)) ، با فرمول Co(NH2)2 ، به کار گرفته می‌شود. باقیمانده ((مونواکسید کربن)) به متان تبدیل می‌شود.

سپس نیتروژن و هیدروژن در ((دما)) و ((ف��ر)) زیاد و در مجا��رت کاتالیزوری که از یک ((اکسید فلزی)) تشکیل یافته است، آمونیاک تشکیل می‌دهد و آمونیاک بر اثر واکنش با ((اکسیژن)) اسید نیتریک تولید می‌��ند. اسید نیتریک حاصل ، بر اثر ترکیب با آمونیاک ، نیترات آمونیم به وجود می‌آورد. ماده اخیر به عنوان کود مصرف فراوانی دارد. از طرف دیگر ، ((��و��ودات ذره بینی|موجود ذره بینی)) مستقر در گروگیا و نخودی ، همه عملیات اخیر را برای گیاه انجام می‌دهد و ((نیترات آمونیم)) در اختیار آن قرار می‌دهد. باکتری تثبیت کننده نیتروژن ، به کمک آنزیمی به نام ((نیتروژناز)) (Nitrogenase) ، کاری را که از دیدگاه ((مهندسی شیمی)) مستلزم وجود گرمای صد درجه و هزاران پوند فشار است ، می‌تواند در دما و فشار معمولی انجام دهد.

border=0 bgcolor=#99ffcc align=left> />

/>
/>{img src=img/daneshnameh_up/1/1b/Atom2.gif} />

/>
>>
سا��ما�� ((اتم)) نیترو��ن و تعداد ((��وتون)) و ((نوترون)) />r />enter> />

!شرایط تثبیت نیتروژن

تثبیت نیتروژن مستلزم سرمایه گذاری در زمینه ((انرژی)) است. ابتدا هر مولکول نیتروژن باید متلاشی و به دو اتم نیتروژن یا شش اتم هیدروژن که دو مولکول آمونیاک (NH3) را به وجود می‌آورد، 13 کیلوکالری انرژی آزاد می‌شود. بنابراین ، برای انجام این دو عمل اخیر 147 کیلوکالری انرژی خالص ضروری است، که از نظر صنعتی به معنی مصرف 6000 کیلوکالری انرژی به ازای تثبیت هر کیلوگرم نیتروژن است. /> />آزمایشهای انجام شده بر روی ((محصولات کشاورزی)) نشان می‌دهد که افزایش محصول به کمک مصرف هر کیلوگرم ((کود نیتروژن‌دار)) ، معادل همان مقدار کالری مصرف شده برای تهیه کود کالری غذا را افزایش می‌دهد.

تثبیت نیتروژن مستلزم سرمایه‌گذاری در زمینه ((انرژی)) است. ابتدا هر مولکول نیتروژن باید متلاشی و به دو اتم نیتروژن تبدیل شود و با شش اتم هیدروژن دو مولکول آمونیاک (NH3) را بوجود می‌آورد. برای انجام این دو عمل اخیر ، 147 کیلوکالری انرژی خالص ضروری است که از نظر صنعتی به معنی مصرف 6000 کیلوکالری انرژی به ازای تثبیت هر کیلوگرم نیتروژن است.

آزمایشهای انجام شده بر روی محصولات کشاورزی ، نشان می‌دهد که افزایش محصول به کمک مصرف هر کیلوگرم کود نیتروژن‌دار ، معادل همان مقدار کالری مصرف شده برای تهیه کود ، کالری غذا را افزایش می‌دهد.

!تولیدکنندگان غیر صنعتی نیتروژن تثبیت شده

تولیدکنندگان عمده غیر صنعتی نیتروژن تثبیت شده نخودیان یا ((گیاهان)) بنشنی هستند که عبارتند از ((باقلا)) ، ((لوبیای روغنی)) و ((یونجه)) ، چنین گیاهانی با باکتریهای مستقر در گره‌های ریشه خود مشارکت کرده‌اند. تثبیت نیتروژن به طریق همزیستی و مشارکت از نوع یاد شده ، به عناصر کمیاب از قبیل مولیبدن یا کبالت ( که تقریبا همان نقش کاتالیزور فلزی اکسیده در تولید صنعتی را به عهده دارند) نیاز ویژه دارد. مولیبدن بطور مستقیم در ترکیب آنزیم نیتروژناز علاوه بر باکتریهای همزیست ، باکتریهای مستقلی نظیر ((آزتوباکتر)) (Azeto bacter) هم وجود دارند که نیتروژن تثبت شده را در اختیار چمنزارها قرار می‌دهد. در محیط ((آّبزیان)) ، کار تثبیت نیتروژن توسط ((جلبک سبز- آبی)) انجام می‌شود.

تولیدکنندگان عمده غیر صنعتی نیتروژن تثبیت شده ،__ نخودیان__ یا __گیاهان بنشنی__ هستند که عبارتند از باقلا ، لوبیای روغنی و یونجه. چنین گیاهانی با باکتریهای مستقر در گره‌های ریشه خود مشارکت کرده‌اند. تثبیت نیتروژن به طریق همزیستی و مشارکت از نوع یاد شده ، به عناصر کمیاب از قبیل ((مولیبدن)) یا ((کبالت)) ( که تقریبا همان نقش ((کاتالیزور)) فلزی اکسیده در تولید صنعتی را به عهده دارند ) نیاز ویژه دارد. در ترکیب آنزیم نیتروژناز علاوه بر باکتریهای همزیست ، باکتریهای مستقلی نظیر __آزتو باکتر__ (Azeto bacter) هم وجود دارند که نیتروژن تثبت شده را در اختیار چمنزارها قرار می‌دهد. در محیط آبزیان ، کار تثبیت نیتروژن توسط __جلبک سبز- آبی__ انجام می‌شود.

!مباحث مرتبط با عنوان

*((آمونیاک))

*((اتمسفر))

*((مواد سازنده جو))

*((نیترو سلولز))

*((نیترات آمونیم))

*((نیتروژن))

*((هیدروژن))

تاریخچه

توجه:

از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..

تاریخ	شماره نسخه	کاربر	توضیح	اقدام
شنبه 08 بهمن 1384 [06:27 ]	5	فیروزه نجفی		جاری
شنبه 08 بهمن 1384 [05:47 ]	4	فیروزه نجفی		v c d s
یکشنبه 08 آذر 1383 [05:56 ]	3	حسین خادم		v c d s
دوشنبه 02 آذر 1383 [05:12 ]	2	حسین خادم		v c d s
شنبه 23 آبان 1383 [05:46 ]	1	حسین خادم		v c d s

تفاوت با نگارش: 2

سرویس‌های رشد:

فهرست: