نیتروژن_ خطرات افزایش نیتروژن در محیط زیست

 به نام خداوند بخشاینده مهربان 

 

درباره نویسنده واهداف وبلاگ

حبیب ماهری کارشناس ومشاور امور محیط زیست، با 30 سال سابقه وتجربه، عاشق طبیعت ایران زمین هستم وهدفم بالا بردن فرهنگ زیست محیطی جامعه از طریق فراهم کردن اطلاعات مورد نیاز است. این وبلاگ سعی دارد، مسایل زیست محیطی را مورد نقد وبررسی قراردهد

آزمایشگاه شیمی آب (مرجع و معتمد) سازمان حفاظت محیط زیست

آنالیز و اندازه گیری

پارامترها:

(PH,COD,BOD,TDS,TSS,EC,DO)

قلیائیت کل(کربنات و بیکربنات)

سختی کل،کلسیم،منیزیم،کدورت،دترجنت،کلراید،فسفات،آمونیاک،سولفات،نیترات  

ونیتریت.

بخش هوا- منابع ثابت: NO,NO2,CO,CO2,O2,NOx,SO2,CxHy,H2S

منابع سیار: PM10

 :Web Site

http://bahare-tabiat.blogfa.com

http://bahare-tabiat.blogsky.com

تماس با بهار طبیعت: 

 [e-mail] 

 

                

  بهار طبیعت 

   

نیتروژن 

  

نیتروژن یا ازت یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن N و عدد اتمی آن 7 است. نیتروژن معمولاً 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 بافتهای زنده است. نیتروژن ترکیبات مهمی مانند آمونیاک اسید نیتریک و سیانیدها را شکل می‌دهد.  

چرخه نیتروژن

چرخه نیتروژن نیتروژن از گروه غیر فلزات بوده و دارای بار الکترون منفی 3.0 می‌باشد. نیتروژن پنج الکترون در پوسته خود داشته و در نتیجه در اکثر ترکیبات سه ظرفیتی است. نیتروژن خالص یک گاز بی اثر و بی رنگ است و 78% جو زمین را به خود اختصاص داده است. در 63Kمنجمد شده و در 77K به صورت مایع تبدیل به ماده سرمایشی معروف سرمازا (Cryogen) می‌شود.

کاربردها

مهم‌ترین کاربرد اقتصادی نیتروژن برای ساخت آمونیاک از طریق فرایند هابر (Haber) است. آمونیاک معمولاً برای تولید کود و مواد تقویتی و اسید نیتریک استفاده می‌شود. نیتروژن همچنین به‌عنوان پرکننده بی اثر، در مخزنهای 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 می‌شود. نیتروژن همچنین به صورت ماده خنک کننده، برای هم منجمد کردن غذا و هم ترابری آن، نگهداری اجساد و یاخته‌های تناسلی (اسپرم و تخم مرغ)، و در زیست‌شناسی برای نگهداری پایدار از نمونه‌های زیستی کاربرد دارد. نمک اسید نیتریک شامل ترکیبات مهمی مانند نیترات پتاسیوم و سدیوم و نیترات آمونیوم است. که اولی برای تولید باروت و دومی برای تولید کود به کار می‌رود. ترکیبات نیترات شده مانند نیتروگلیسرین و تری نیترو تولوئن (تی‌ان‌تی) معمولاً منفجر شونده هستند. اسید نیتریک به عنوان ماده اکسید کننده در مایع سوخت موشک‌ها استفاده می‌شود. هیدرازین و مشتقات آن نیز در سوخت موشک‌ها بکار می‌روند. نیتروژن اغلب در سرمازاها (Cryogens)، به صورت مایع (معمولاً LN2) استفاده می‌شود. نیتروژن مایع با عمل تقطیر هوا به دست می‌آید. در فشار جو، نیتروژن در دمای -195.8 درجه سانتیگراد (-320.4 درجه فارنهایت) مایع می‌شود. نیتروژن یا ازت یکی از عناصر شیمیایی در جدول تناوبی است که نماد آن N و عدد اتمی آن 7 است. نیتروژن معمولاً 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 بافتهای زنده است. نیتروژن ترکیبات مهمی مانند آمونیاک اسید نیتریک و سیانیدها را شکل می‌دهد. 

پیدایش 

نیتروژن بیشترین عنصر جو کره زمین از نظر حجم است. (78.1 % حجمی) و برای اهداف صنعتی با عمل تقطیر هوای مایع بدست می‌آید. ترکیباتی که حاوی این عنصر هستند در فضای بیرونی نیز مشاهده شده اند. نیتروژن -14 در اثر عمل همجوشی هسته‌ای در ستارگان، تولید می‌گردد. نیتروژن از ترکیبات عمده ضایعات حیوانی(مانند چلغوز(:فضله ٔ مرغان و پرندگان) یا کود) بوده و معمولاً به صورت اوره، اسید اوریک و ترکیباتی از محصولات نیتروژنی یافت می‌شود.

ترکیبات

اصلی‌ترین هیدرید نیتروژن، آمونیاک است (NH3)، البته هیدرازین (N2H4) نیز مشهور است. ترکیب آمونیاک ساده تر از آب بوده و در محلول یونهای آمونیاک (NH4+) را تشکیل می‌دهد. آمونیاک مایع در حقیقت کمی آمفیروتیک بوده و آمونیاک و یونهای آمینه (NH2-) را بوجود می‌آورد؛ که البته هر دو نمک آمیدها و نیترید شناخته شده اند، ولی در آب تجزیه می‌شوند. ترکیبات جانشین آمونیاک به تنهایی یا باهم، آمینها نامیده می‌شوند. زنجیره ها، حلقه‌ها و ساختارهای بزرگ‌تر هیدریدهای نیتروژنی نیز شناخته شده اند، ولی در واقع ناپایدار هستند. گروههای دیگر آنیونهای نیتروژن، آزیدین‌ها (N3-) هستند، که خطی بوده و نسبت به دی اکسید کربن ایزو الکتریک هستند. مولکول دیگر با ساختار مشابه، مونوکسید دی نیتروژن N2O یا گاز خنده است، و یکی از اکسیدهای گوناگون بوده و برجسته تر از مونوکسید نیتروژن (NO) و دی اکسید نیتروژن (NO2) است، که هر دوی آنها الکترون غیر زوج دارند. که دومی تمایلی را به دوپارشدن نشان داده و از اجزای تشکیل دهنده هوای آلوده است. اکسیدهای استاندارد بیشتری مانند تری اکسید دی نیتروژن (N2O3) و پنتاکسید دی نیتروژن (N2O5) معمولاً تا حدی نا پایدار و قابل انفجار هستند. اسیدهای متناظر آنها نیتروس (HNO2) و اسید نیتریک (HNO3) بوده با نمکهای متناظر که نیتریتها و نیتراتها نامیده می‌شوند. اسید نیتریک یکی از چند اسیدی است که از هیدرونیوم قوی تر است. 

نقش زیست‌شناختی 

نیتروژن عنصر اصلی اسیدهای آمینه و اسیدهای هسته‌ای که نیتروژن را ماده‌ای حیاتی برای ادامه زندگی می‌کنند، است. لوبیا مانند اکثر گیاهانی که دانه‌های سبوسی دارند می‌تواند عمل بازیافت نیتروژن را به طور مستقیم از هوا انجام دهد، چراکه ریشه‌های آنها دارای برآمدگی هایی، برای نگهداری میکروبهایی است که عمل تبدیل به آمونیاک را فرایندی به نام تثبیت نیتروژن انجام می‌دهد، می‌باشد. این گیاهان آمونیاک را به اکسیدهای نیتروژن و آمینو اسید تبدیل کرده و پروتئین میسازند. 

ایزوتوپ‌ها

نیتروژن دو ایزوتوپ پایدار دارد: (N-14 , N-15). که مهم‌ترین آن دو N-14 (99.634%) است که در چرخه CNO در ستارگان تولید می‌شود. مابقی، ایزوتوپ N-15 است. یکی از ده ایزوتوپی که به صورت مصنوعی تولید می‌شوند دارای نیمه عمر نه دقیقه‌ای داشته و ایزوتوپهای دیگر نیمه عمر چند ثانیه یا کمتر دارند. واکنشهای زیست‌شناختی-واسطهای (مانند همانند سازی، جذب و ترکیب نیترات سازی) و ... پویایی نیتروژن در خاک را به شدت کنترل می‌کنند. این ترکیبات معمولاً باعث عمل غنی سازی N-15 لایه زیرین و تخلیه محصول می‌شود. البته این فرایند سریع اغلب مقادیری از آمونیام و نیترات نیز در بر دارد، زیرا آمونیوم بصورت ترجیحی به‌وسیله سایبان جو نیترات، نکهداری می‌شود. خاک نیتراتی نسبت به خاک آمونیومی، توسط ریشه درختان بهتر جذب و ترکیب می‌شود. 

هشدارها  

کودهای نیتراتی شسته شده منبع اصلی آلودگی رودها و آبهای زیر زمینی است. سیانو (-CN) حاوی ترکیباتی است که بی نهایت سمی بوده و برای حیوانات و همه پستانداران کشنده است. 

چرخه نیتراتی 

NOx

WebElements.com - Nitrogen

EnvironmentalChemistry.com - Nitrogen

It's Elemental - Nitrogen

Schenectady County Community College - Nitrogen

دی نیتروژن مونوکسید 

مونوکسید دی نیتروژن یا نیتروز اکساید یا گاز خنده (N2O) یکی از ترکیبات نیتروژن می‌باشد که اولین بار در سال ۱۷۹۹ در دندانپزشکی استفاده شد. امروزه از آن در پزشکی برای القاء و ادامه بیهوشی‌مصرف می‌شود. این دارو همچنین بامقادیر مصرف کم به‌عنوان ضد درد دراعمال جراحی زنان و زایمان و برای اعمال‌جراحی که در آنها به بیهوشی کامل بیمار نیاز نیست، مصرف می‌شود. 

نیتروژن اکسید (N۲O) گازی بی رنگ، بی بو و غیر قابل اشتعال است. N۲O سمی نیست اما خنده آور است. 

کاربرد نیتروژن اکسید در تقویت خودرو 

یکی از موارد کاربرد N۲O در تقویت خودرو است. نیتروژن اکسید یک سوخت نیست که با سوختن آن در موتور اتومبیل بتوان انرژی تولید کرد. این گاز وقتی وارد سیلندر می‌شود، به دلیل گرمای زیاد داخل محفظه به اتم اکسیژن و نیتروژن تجزیه می‌گردد. در این تجزیه پیوند بین اتم‌ها شکسته می‌شود. این عمل با گرفتن گرما از سیلندر همراه است در نتیجه دمای محفظهٔ احتراق کم می‌شود. خیلی سریع اتم‌های فعال اکسیژن با هم ترکیب شده و مولکول O۲ را به وجود می آورند. حال اگر ما مقداری سوخت اضافی وارد سیلندر کنیم می‌توانیم با گاز اکسیژن حاصله، سوخت اضافی را بسوزانیم و نیروی بیش تری تولید کنیم. توجه داشته باشید که سوزاندن سوخت اضافی زمانی ممکن می‌شود که دمای سیلندر پایین باشد و تجزیهٔ نیتروژن اکسید این حالت را فراهم می‌آورد. در این فرآیند گاز نیتروژن هیچ نقشی در انفجار نخواهد داشت!

N۲O در محفظه‌های تحت فشاری به نام Bottle Heaters یا Bottle Warmers در خودرو نگهداری می‌شود. 

فشار داخل این محفظه باید بین ۸۵۰ تا ۱۱۰۰ psi باشد تا بتواند گاز را در حالت مایع نگاه دارد. گاز از طریق شلنگ تحت فشار به مجرای تفس موتور (و یا خود سیلندر) تزریق می‌شود. به هنگام تزریق نیتروژن اکسید، این گاز از حالت مایع به گاز می‌رود چون نقطهٔ جوش آن در حدود منفی ۸۴ درجهٔ سانتی گراد است. در این تغییر فاز، دمای مخلوط هوا کاهش می یابد و درنتیجه فرآیند انفجار بهتر صورت می گیرد. 

نیتروژن اکسید به سه صورت به موتور تزریق می‌شود: 

تزریق خشک: در این حالت، گاز N۲O به تنهایی وارد مجرای تنفس می‌شود و سیستم سوخت رسانی به گونه‌ای تنظیم می‌گردد که سوخت اضافی را وارد موتور کند. 

تزریق خیس: در این تزریق، گاز N۲O و سوخت اضافی ابتدا با هم مخلوط می‌شوند و از راه نازل وارد سوپاپ می گردند. 

تزریق مستقیم: در این حالت برای هر سیلندر یک تزریق کننده وجود دارد به طوری که از هر یک از این نازل ها، گاز N۲O به علاوهٔ سوخت اضافی وارد محفظهٔ احتراق می‌شود. این حالت بیش تر در خودروهای مخصوص مسابقه کاربرد دارد. 

عمل تزریق با سوئیچ‌های کنترلی داخل خودرو انجام می‌شود که وصل شدن سوئیچ موجب فعال شدن سیم پیچ (سولنوئید)‌های مربوط به نیتروژن می‌گردد. یک کنترلر قابل برنامه ریزی نیز حجم افزودن گاز نیتروژن اکسید را تعیین می کند. این کنترل کننده می‌تواند از نوع پیش رونده (Progressive) باشد که به طور تصاعدی حجم گاز را افزایش می‌دهد و یا از نوع دو مرحله ای باشد که طی دو مرحله حجم گاز را به حداکثر می رساند. 

سیستم نیتروژن اکسید در تقویت خودرو اگر به درستی به کار گرفته شود، مشکلی برای موتور ایجاد نمی کند. این امر زمانی ممکن است که سیستم را با ساختار موتور هماهنگ کنید و از یک پک N۲O مناسب با تجهیزات حفاظتی استفاده نمایید. 

آلودگی چیست؟ 

آلودگی عبارتست از هر گونه تغییر در ویژگی های اجزاء شکل محیط به طوری که استفاده بیش از آنها ناممکن گردد و به طور مستقیم یا غیر مستقیم منافع و حیات موجودات زنده را به مخاطره اندازد . آلوده کننده ها معمولا در اثر فعالیت های انسان پدید می آیند واز همراهان دائمی جوامع پیشرفته بشری که تکنولوژی مدرن را در خدمت دارنده می باشد منشا اصلی آلودگی هوا و انتقالات می باشد احتراق فرآیند های صنعتی زباله های جامد و مواد متفرقه دیگر هرکدام به نحوی در آلودگی هوا دخالت دارند  

فناوری نانو و هوای پاک 

افزایش مشکل دی اکسید کربن در هوا یکی از مشکلات اساسی در سطح جهان است. امید می رود که با استفاده از کشف منابع جدید روزی برسد که از مصرف سوخت های فسیلی بی نیاز شویم و در هوایی عاری از دی اکسید کربن و انواع آلودگی ها تنفس کنیم. فناوری نانو از جمله فناوریهایی است که به کمک حل این مسئله آمده است و این امکان را به وجود آورده است تا به سوی ساخت انرژیی ارزان تر و پاکیزه تر از سوخت های فسیلی نزدیک شویم. محققان در دانشگاه ملی اوک ریج موفق به ساخت نانوکریستالی شده اند که ما را در داشتن هوایی پاک تر کمک می کنند. نانوکریستال درست مانند یک کاتالیزور عمل می کند، هنگامی که دی اکسید کربن هوا بر روی این نانوکریستال که دارای کادمیوم، سیلینیوم و ایدیوم است می نشیند، یک الکترون به دی اکسید کربن می دهد تا در مجاورت سایر اجزای دود واکنش نشان دهد و بی ضرر شود. اگر فیلترهای متشکل از این نانوکریستال ها را بتوان با قیمت مناسب تری ساخت و آنها را در دودکش ها نصب کرد می توان تا حد زیادی از انتشار و خروج دی اکسید کربن در هوا جلوگیری کرد 

خطرات افزایش نیتروژن در محیط زیست  

براساس تحقیقات دانشمندان دانشکده محیط زیست دانشگاه ویرجینیا، در حالیکه میزان دی اکسید کربن اتمسفر با انجام اطلاع رسانی گسترده در مورد اثرات سوء آن بر آب و هوای کره زمین، روبه کاهش گذاشته است، فرم فعال نیتروژن در محیط زیست، افزایش می یابد.عموم مردم از مضرات این ماده بی اطلاع هستند، اما از بسیاری جهات، خطرات این ماده از انتشار دی اکسید کربن نیز به مراتب بیشتر است. علیرغم بی خطر بودن واکنش میان کربن و نیتروژن در محیط زیست، این امر تامین غذا و انرژی جهانیان را به مخاطره خواهد انداخت.در حال حاضر رها سازی نیتروژن فعال در محیط زیست به مرز هشدار رسیده است. نیتروژن به تنهایی بی خطر و غیر فعال است، اما انواع نیتروژن فعال، همانند آمونیاک که در اثر مصرف کودهای شیمیایی و مصرف سوختهای فسیلی تولید می گردد، در ایجاد اثرات گلخانه ای، غبار سمی، از بین رفتن موجودات در نواحی ساحلی در اثر بارش باران اسیدی و نازک شدن لایه ازن نقش دارند.دانشمندان شیوه های کاهش مصرف نیتروژن را در: کشت گیاهانی که توان جذب و تثبیت نیتروژن را از کودها و هرزآبها دارند و کاهش مصرف سوختهای فسیلی، می دانند. 

منبع: 

www.ciencemag