تحضير غاز النيتروجين

كيفية تحضير غاز النيتروجين

يُمكن تحضير النيتروجين صناعيًا بحيث يكون له خصائص مماثلة للنيتروجين الطبيعي بعدة طرق، أهمها:

الطريقة المخبرية لتحضير غاز النيتروجين

يتم تحضير النيتروجين في المختبر عن طريق تسخين محلول مائي من كلوريد الأمونيوم (NH4Cl)، ونتريت الصوديوم (NaNO2) معًا، وتُكتب المعادلة الكيميائية للتفاعل كالآتي:

NH4Cl (aq) NaNO2 (aq) → NaCl (aq) 2H2O (l) N2 (g)

كما ينتج أيضًا كميات صغيرة من أكسيد النيتريك وحمض النيتريك في هذا التفاعل، أما بالنسبة لغاز النيتروجين الناتج من هذا التفاعل، فيتم تنقيته عن طريق تمرير الغاز المتصاعد من خلال محلول مائي من حمض الكبريتيك (H2SO4) الذي يحتوي على ثنائي كرومات البوتاسيوم، ليتم الحصول بعدها على غاز النيتروجين المطلوب.

طريقة التحلل الحراري ثنائي كرومات الأمونيوم

يمكن تحضير النيتروجين أيضًا، عن طريق تسخين بلورات حمراء من ثنائي كرومات الأمونيوم، ونتيجة لتسخين هذه المادة يحدث تفاعل قوي جدًا يصاحبه ومضات من الضوء، حيث يتكون غاز النيتروجين نتيجة لهذا التفاعل، وتُكتب المعادلة الكيميائية للتفاعل كالآتي:

2Cr 2 O 7 (NH4) → N 2 4H 2 O Cr 2 O 3

طريقة أكسدة الأمونيا

يمكن الحصول على النيتروجين عن طريق أكسدة الأمونيا (NH3) بطريقتين:

• أكسدة الأمونيا بأكسيد النحاس الأحمر الساخن (CuO)، من خلال التفاعل الآتي:

2NH 3 3CuO → N 2 3H 2 O 3Cu

• أكسدة الأمونيا بالكلور(Cl2)، من خلال التفاعل الآتي:

8NH 3 3Cl 2 → N 2 6NH 4 Cl

طريقة التحلل الحراري لأزيد الصوديوم

يمكن الحصول على غاز نيتروجين نقي جدًا عن طريق تسخين أزيد الصوديوم (NaN 3 )، أو أزيد الباريوم ( Ba(N 3 ) 2 )، من خلال التفاعلات الآتية:

• 2NaN 3 → 2Na 3N 2
• Ba(N 3 ) 2 → Ba 3N 2

تطبيقات غاز النيتروجين

يستخدم غاز النيتروجين في الكثير من التطبيقات في الحياة، أهمها ما يأتي:

• الصناعات الغذائية

يستخدم غاز النيتروجين لحفظ الأطعمة، إذ يعمل على توفير جو معتدل ونقي فيُحافظ على نضارة الأطعمة المعبأة أو السائبة عن طريق تأخير التلف وغيرها من أشكال الضرر الناتج عن تأكسد الأطعمة مثل تغير لونها.

• صناعة المصابيح الكهربائية

يتم تعبئة المصابيح باستخدام غاز النيتروجين، أو أحد الغازات الخاملة كالآرجون والهليليوم، لأنه إذا تم تعبئتها بالهواء؛ فسيحترق سلك التنغستن الساخن في وجود الأكسجين، ولن يكون من الممكن أن يبقى المصباح الكهربائي بلا غاز بديل عن الهواء؛ لأنَ حينها سيتكسّر المصباح بسبب فرق الضغط.

• أنظمة إخماد الحرائق

تصنع طفايات الحريق بالعادة من غاز النيتروجين، وتعمل أنظمة إطفاء الحريق على إخماد الحريق عن طريق تقليل تركيز الأكسجين.

• تصنيع الفولاذ المقاوم للصدأ

تتم إضافة النيتروجين إلى الفولاذ أثناء صناعة الفولاذ، إذ يمكن إضافته عند صهر الفولاذ أو حتى في عمليات الصب حتى لا يختلط بالأكسجين ويتعرض للأكسدة.

• أنظمة تعبئة الإطارات

يفضل استخدام النيتروجين لنفخ إطارات سيارات السباق والطائرات على استخدام الأكسجين، لأن استخدامه سيقلل من المشكلات التي تسببها الرطوبة الموجودة في الهواء الطبيعي.

• أنظمة وقود الطائرات

يستخدم النيتروجين لتقليل مخاطر الحريق، في أنظمة وقود بعض الطائرات.

• التحليل الكيميائي والصناعات الكيماوية

يستخدم النيتروجين بشكل واسع أثناء تحضير العينات في التحاليل الكيميائية؛ إذ يستخدم في تقليل حجم العينات السائلة، كما أنّ النيتروجين مهم أيضًا في الصناعات الكيميائية؛ إذ يستخدم في إنتاج الأسمدة، وحمض النيتريك، والنايلون، والأصباغ، وبعض المتفجرات.

خصائص غاز النيتروجين

يمتاز النيتروجين كغيره من العناصر بالعديد من الخصائص، أهمها:

• غاز عديم اللون، والرائحة، والمذاق .
• غير قابل للاشتعال.
• قليل الذوبان في الماء.
• يتكثف عند نقطة الغليان (-195.8) درجة مئوية إلى سائل عديم اللون أخف من الماء.
• لا يتفاعل غاز النيتروجين بسهولة مع الكثير من العناصر لأنه عنصر غير نشط.
• له تأثير محايد على ورق عباد الشمس.