تاریخچه ی:
تثبیت نیتروژن
تفاوت با نگارش: 4
|
| |
|
| |
| | | |
| | | | | |
|
| |
|
| {img src=img/daneshnameh_up/9/97/nitrogen.gif} | | {img src=img/daneshnameh_up/9/97/nitrogen.gif} |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | | | |
| | | |
| | | |
| لایه های اتم ((نیتروژن)) | | لایه های اتم ((نیتروژن)) |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | | |
|
| !دید کلی | | !دید کلی |
| 79 درصد از هوای پیرامون ما را ((نیتروژن)) تشکیل میدهد. این ((عنصر)) ، برای ایجاد ((اسید آمینه|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. | | 79 درصد از هوای پیرامون ما را ((نیتروژن)) تشکیل میدهد. این ((عنصر)) ، برای ایجاد ((اسید آمینه|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 | | !عوامل موثر در تثبیت نیتروژن |
- | 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 ((هیدوژن)) 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. |
+ | 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 | | !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|مواد 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. | | 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|مواد 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 | | !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. | | 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 | | !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 سانتیگراد) 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. | | 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 سانتیگراد) 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. |
- | !شرایط تثبیت نیتروژن | |
- | 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. | |
| |
| | | |
| | | | | |
|
| |
|
| {img src=img/daneshnameh_up/1/1b/Atom2.gif} | | {img src=img/daneshnameh_up/1/1b/Atom2.gif} |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | | | |
| | | |
| | | |
| ساختمان ((اتم)) نیتروژن و تعداد ((پروتون)) و ((نوترون)) | | ساختمان ((اتم)) نیتروژن و تعداد ((پروتون)) و ((نوترون)) |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | |
| | | | |
|
| + | !شرایط تثبیت نیتروژن |
| + | 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 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. 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. | | 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 | | !مباحث مرتبط با عنوان |
| *((آمونیاک)) | | *((آمونیاک)) |
| *((اتمسفر)) | | *((اتمسفر)) |
| *((مواد سازنده جو)) | | *((مواد سازنده جو)) |
| *((نیترو سلولز)) | | *((نیترو سلولز)) |
| *((نیتروژن)) | | *((نیتروژن)) |
| *((هیدروژن)) | | *((هیدروژن)) |