نیتروژن برای اولین بار توسط پزشکی اسکاتلندی به نام دانیل رادرفورد و همچنین به طور همزمان توسط کارل ویلهلم شیله و هنری کاوندیش در سال 1772 کشف و جداسازی شد.
آنتوان لاوازیه (Antoine Lavoisier) نام این عنصر را آزوت (ἀζωτικός) به معنای «مرده» که ریشه در زبان یونانی باستان دارد پیشنهاد کرد، زیرا این گاز سبب خفگی می‌شود.

فراوانی نیتروژن در طبیعت

سهم در اتمسفر زمین

نیتروژن حدود 78 درصد از حجم اتمسفر زمین را تشکیل می‌دهد و فراوان‌ترین گونه شیمیایی در جو زمین محسوب می‌شود.
این گاز چگالی کمتری نسبت به هوا دارد و کمی در آب محلول است.

ویژگی‌های کیهانی

نیتروژن از نظر فراوانی در کهکشان راه شیری و منظومه شمسی در رتبه هفتم قرار دارد.

• گازی شکل، بی‌بو، بی‌رنگ و غیرسمی
• غیر قابل اشتعال و بدون خطر انفجار
• تشکیل مولکول N2 با پیوند سه‌گانه قوی (N≡N)

پایداری و واکنش‌پذیری پایین

به علت پیوند سه‌گانه بسیار قوی، نیتروژن در دما و فشار معمولی تقریباً بی‌اثر است و حتی در برابر حرارت‌های بالا محصولات جانبی مضری ایجاد نمی‌کند.

نقش نیتروژن در خاموش‌سازی آتش

نیتروژن با کاهش غلظت اکسیژن محیط و داشتن هدایت حرارتی پایین، سبب خاموش شدن شعله‌ها می‌شود. به همین دلیل به عنوان یک سرکوب‌کننده آتش مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ساختار اتمی نیتروژن

• نیتروژن در مدار بیرونی خود دارای 3 الکترون است.
• اوربیتال بیرونی آن از نوع p بوده و برای تکمیل شدن به 6 الکترون نیاز دارد.
• به همین دلیل ظرفیت شیمیایی آن 3 است و تمایل به پذیرش سه الکترون دارد.
• در طبیعت بیشتر به شکل مولکول N2 دیده می‌شود که پایدارتر از اتم منفرد نیتروژن است.

تولید صنعتی نیتروژن

نیتروژن به عنوان یکی از مهم‌ترین گازهای صنعتی شناخته می‌شود.
روش‌های اصلی جداسازی و تولید آن عبارت‌اند از:

• تقطیر جزئی هوای مایع
• روش غشاء تحت فشار
• جذب نوسان فشار (PSA)

کشاورزی و چرخه زیستی

• در آب و خاک، نیتروژن به شکل نیترات و نیتریت وجود دارد که بخشی از چرخه نیتروژن و مرتبط با چرخه کربن هستند.
• نیتروژن جزئی از ساختار پروتئین‌هاست و همین ویژگی آن را به یکی از مهم‌ترین عناصر برای رشد گیاهان تبدیل کرده است.
• اهمیت نیتروژن در رشد گیاهان باعث شده نقش ویژه‌ای در صنعت کشاورزی داشته باشد.

صنایع شیمیایی

• نیتروژن برای تولید آمونیاک و سپس ساخت فرآیند استوالد) تولید می‌شود. پیش‌ماده اصلی برای تولید نیترات آمونیوم و ترکیبات نیتروآروماتیک است.'>اسید نیتریک به کار می‌رود که از مواد اصلی کودهای شیمیایی هستند.

پزشکی و زیست‌شناسی

کرایوژن (ماده فوق‌سرد): برای انجماد خون، ویروس‌ها (در واکسیناسیون)، سلول‌های تولیدمثل، نمونه‌های بیولوژیکی و بافت‌ها از نیتروژن مایع استفاده می‌شود.

کرایوتراپی: در روش درمانی کرایوتراپی از سرمای شدید نیتروژن مایع برای انجماد و تخریب بافت‌های غیرطبیعی (مثل خال، زگیل، ضایعات پوستی و …) استفاده می‌شود.

تجهیزات پزشکی و داروسازی

• در خنک‌سازی دستگاه‌های حساس مانند MRI و NMR کاربرد دارد و زمان سرد شدن را به طور چشمگیری کاهش می‌دهد.
• در تولید دارو به نیتروژن با خلوص بالا نیاز است تا از آلودگی، تغییر محصول، اکسیداسیون یا جذب رطوبت جلوگیری شود.
• همچنین برای بسته‌بندی داروها، پاکسازی مخازن و تجهیزات داروسازی استفاده می‌گردد.

صنعت نفت و گاز

• نیتروژن به دلیل بی‌اثری، در کاهش خطر آتش‌سوزی و انفجار، بی‌خطرسازی مخازن شیمیایی و پاکسازی خطوط لوله استفاده می‌شود.
• در شستشو، تعمیر و نگهداری خطوط لوله نقش مهمی دارد:
• حذف اکسیژن و جلوگیری از خوردگی و اکسیداسیون
• کنترل رطوبت و حذف ناخالصی‌ها
• افزایش کیفیت مایعات انتقالی
• ارتقای ایمنی و حفظ شرایط بهینه

معدن

• در معادن برای اطفای سریع آتش با حذف اکسیژن محیط استفاده می‌شود.
• همچنین هنگام تخلیه مناطق خطرناک، از نیتروژن برای جلوگیری از انفجار ناگهانی بهره می‌گیرند.

آزمایشگاه‌ها و آنالیز شیمیایی

• در فرآیند تغلیظ و کاهش حجم نمونه‌های مایع جهت انجام آزمایش‌های شیمیایی از نیتروژن استفاده می‌شود.

صنایع شیمیایی

• در تولید محصولاتی مانند کود، رنگ، پلی‌استر، اسید نیتریک و نمک‌های آن (مثل نیترات پتاسیم، نیترات آمونیوم و اسید نیتریک) به نیتروژن با خلوص بالا نیاز است.
• همچنین در ساخت مواد منفجره (نیتروگلیسیرین و سایر ترکیبات آلی نیترات‌دار) و نایلون‌ها کاربرد گسترده دارد.

صنعت نفت و گاز

• نیتروژن به عنوان یک گاز برای بالا بردن فشار چاه‌های نفت و گاز استفاده می‌شود.
• به علت میل ترکیبی بسیار کم با هیدروکربن‌های مایع، به تسهیل جریان نفت و گاز به سطح زمین و بهبود راندمان بهره‌برداری کمک می‌کند.

صنایع غذایی و بسته‌بندی

نقش در نگهداری مواد غذایی

• اتمسفر شامل گازهایی چون نیتروژن، اکسیژن، آرگون، دی‌اکسید کربن و هلیوم است. اکسیژن گرچه برای زندگی حیاتی است اما در تماس با مواد غذایی باعث فساد سریع می‌شود (به علت رشد میکروارگانیسم‌ها و فعالیت آنزیم‌ها).
• برای جلوگیری از این مشکل، در بسته‌بندی مواد غذایی و نوشیدنی‌ها از نیتروژن خالص یا مخلوط با دی‌اکسید کربن استفاده می‌شود.

مزایا:

• حفظ طعم و رنگ
• جلوگیری از ترشیدگی
• افزایش ماندگاری
• حذف اکسیدان‌های غذا
• ایجاد بالشتک حفاظتی در اطراف مواد غذایی برای جلوگیری از شکستگی در حمل‌ونقل

انجماد و سردسازی مواد غذایی

• نیتروژن به دلیل دمای بسیار پایین خود (196- درجه سانتی‌گراد) یک عامل کلیدی در انجماد سریع مواد غذایی است.
• روش غوطه‌وری در نیتروژن مایع ساده‌ترین و سریع‌ترین شیوه انجماد محسوب می‌شود.
• این روش سبب حفظ ظاهر، طعم و بافت مواد غذایی می‌گردد.

صنایع الکتریکی و روشنایی

• در ساخت لامپ‌های رشته‌ای به جای خلأ، از گازهای بی‌اثر مانند نیتروژن، آرگون یا هلیوم استفاده می‌شود تا از سوختن سیم تنگستن جلوگیری گردد.
• نیتروژن به دلیل ارزان‌تر و فراوان‌تر بودن نسبت به آرگون و هلیوم، گزینه اصلی برای پر کردن محفظه لامپ است.

صنعت تایرسازی

استفاده از نیتروژن در تایرهای لاستیکی (به‌ویژه هواپیماها و خودروهای مسابقه‌ای) مزایای زیادی دارد:

• افزایش طول عمر لاستیک‌ها (حتی در دمای بالا) به علت کاهش اکسیداسیون
• بهبود و حفظ فشار تایر به دلیل کاهش انبساط و انقباض ناشی از رطوبت و اکسیژن
• کاهش مصرف سوخت خودروها در مسافت‌های طولانی
• پایداری فشار تایر در بلندمدت
• جلوگیری از آتش‌سوزی ناشی از انتقال حرارت در ترمزگیری

صنعت الکترونیک و نیمه‌هادی‌ها

در مونتاژ وسایل الکترونیکی (مثل تولید نیمه‌هادی‌ها و ساخت مدارها)، نیتروژن برای لحیم‌کاری استفاده می‌شود.

مزایا:

• کاهش کشش سطحی و جداسازی تمیز لحیم
• ایجاد محیط خشک، تمیز و بی‌اثر
• تولید روکش‌های شفاف‌تر
• کاهش ناخالصی‌های فلز مذاب
• جلوگیری از اکسیداسیون

صنعت فولاد و متالورژی

• نیتروژن به عنوان گاز حامل در تولید فولاد برای جلوگیری از اکسیداسیون، کاهش کربن و نیترید شدن استفاده می‌شود.
• در عملیات حرارتی و آبکاری فولاد ضدزنگ نیز به کار می‌رود و محصولی مقاوم‌تر در برابر خوردگی ایجاد می‌کند.
• در جوشکاری لوله‌های فولادی ضدزنگ به عنوان گاز پاکسازی سطح فلز استفاده می‌شود.
• به عنوان گاز کمکی در برش لیزری و پلاسما نقش مهمی دارد.

ایمنی و اطفای حریق

• در کپسول‌های آتش‌نشانی به دلیل جایگزینی اکسیژن با نیتروژن، خطر آتش‌سوزی یا انفجار کاهش می‌یابد.
• این ویژگی به دلیل کاهش غلظت اکسیژن تا زیر سطح MOC (حداکثر غلظت اکسیژن قابل اشتعال) است.
• باید توجه داشت که غلظت نیتروژن برای امکان تنفس افراد و آتش‌نشان‌ها مناسب باقی بماند.

صنعت هوافضا و تجهیزات هیدرولیکی

• در برخی سیستم‌های سوخت هواپیما، نیتروژن برای خنثی‌سازی مخازن سوخت و کاهش خطر احتراق استفاده می‌شود.
• در تجهیزات ساختمانی مانند چکش هیدرولیک به عنوان گاز تحت فشار برای تامین نیروی بیشتر به سیستم هیدرولیک کاربرد دارد.

ایمنی خودرو

• فرآیند باد شدن کیسه‌های هوا در تصادفات، از طریق گاز نیتروژن (حاصل از تجزیه سدیم آزید) انجام می‌شود.

برش لیزری فلزات

در فرآیند برش لیزری فلزاتی مانند آلومینیوم، آهن و مس از نیتروژن به عنوان گاز کمکی استفاده می‌شود.

مزایا:

• کاهش تغییر رنگ لبه برش
• ایجاد مانع بین اکسیژن هوا و لبه داغ فلز
• کمک به خنک‌سازی سریع‌تر

آزمایشگاه‌ها و آنالیز شیمیایی

کاربرد در ابزارهای تحلیلی مانند:

• کروماتوگرافی گازی (GC) به عنوان گاز حامل
• کروماتوگرافی مایع (LCMS)
• آنالایزرهای حرارتی
• طیف‌سنج‌های جرمی
• گاز صفر در ابزارهای تحلیلی
• تعادل گازی در مخلوط‌های کالیبراسیون

صنعت پلاستیک و لاستیک

در فرآیند تولید پلاستیک‌ها و لاستیک‌ها:

• با سرد کردن مواد در دمای پایین، حذف فلاش یا سرریز روی پلاستیک‌های ریخته‌گری انجام می‌شود.
• نیتروژن مایع باعث تمیز ماندن سطح قالب و جلوگیری از اکسید پلاستیک می‌گردد.

صنایع غذایی و نوشیدنی‌ها

در فرآیند برشته کردن دانه‌های قهوه، نیتروژن به کیسه‌های قهوه تزریق می‌شود (شستشوی نیتروژن).

این کار باعث:

• حذف اکسیژن و رطوبت داخل بسته
• جلوگیری از کهنه شدن طعم قهوه
• افزایش ماندگاری محصول

داروسازی و صنایع شیمیایی پیشرفته

نیتروژن مایع در سنگ‌زنی برودتی برای خرد کردن مواد سخت یا نرم استفاده می‌شود.

کاربردها:

• تولید مواد دارویی
• آسیاب رنگدانه‌های ریز
• خرد کردن لاستیک در کارخانه‌های بازیافت

اتصالات صنعتی

در روش اتصالات شرینک (Shrink Fit):

• به جای گرم کردن فلز بیرونی، فلز داخلی با نیتروژن مایع سرد می‌شود.
• فلز منقبض شده و به راحتی وارد قطعه بیرونی می‌شود.
• پس از بازگشت به دمای معمولی، منبسط شده و اتصال بسیار محکمی ایجاد می‌کند.

گاز نیتروژن به‌عنوان یک گاز بی‌اثر و غیرسمی شناخته می‌شود، اما آزاد شدن آن در فضاهای بسته می‌تواند با کاهش غلظت اکسیژن خطر خفگی ایجاد کند. به دلیل کاربردهای گسترده نیتروژن در صنایع مختلف، رعایت اصول ایمنی در کار با این گاز اهمیت بالایی دارد. نیتروژن در هر مقیاس صنعتی باید یک خطر بالقوه در نظر گرفته شود. استنشاق هوایی که عمدتاً از نیتروژن تشکیل شده باشد، می‌تواند باعث اختلالات جسمی و ذهنی شده و در غلظت‌های بالاتر منجر به بیهوشی یا حتی مرگ شود.

یکی از ویژگی‌های مهم که گاز نیتروژن را خطرناک می‌کند، بی‌بو بودن آن است. به همین دلیل، در غیاب دستگاه‌های تشخیص نیتروژن، احتمال قرار گرفتن کارگران در معرض غلظت‌های خطرناک این گاز افزایش پیدا می‌کند. مطابق با استانداردهای OSHA، کارفرمایان موظف‌اند تمامی محیط‌هایی که دارای غلظت بالا یا بالقوه بالای نیتروژن هستند را با علائم هشداردهنده واضح مشخص و برچسب‌گذاری کنند. علاوه بر این، نصب تابلوهای ایمنی در فضاهای بسته و دریافت مجوزهای ویژه برای کار در محیط‌های محدود که حاوی گاز نیتروژن یا ترکیبات آن هستند، الزامی است.

————————————————–

برای مشاوره و استعلام قیمت همین حالا با کارشناسان ما تماس بگیرید: 09134490305