گاز نیتروژن

گاز نیتروژن و کاربرد هایی که داره میتوان اینگونه شرح داد تا حالا فکر کردین چرا چیپس یا پفکی که باز می‌کنید، در هوای آزاد سفت می‌شود؟ به اصطلاح گوینده “بیات شده” پس چرا برخی از افراد اعتقاد دارند که کل بسته را از هوا پر کرده‌اند؟ اگر درون بسته‌ها هوا باشد اکسیژن موجود در هوا به سرعت با مواد داخل بسته‌بندی واکنش نشان می‌دهد در نتیجه قبل از اینکه بسته را بازکنید مواد سفت خواهند شد. پس هوای درون این بسته‌ها چه نوع گازی است؟

درون بسته بندی‌های برخی مواد غذایی از گاز نیتروژن استفاده می‌کنند. این گاز بی‌اثر است و هیچ واکنشی با مواد درون بسته نشان نخواهد داد، اما برای اینکه بدانید این گاز چیست و چرا بی اثر است؟ با پترو تامین آرشام همراه شوید. این شرکت یکی از تامین‌کنندگان وحمل‌ کنندگان گازهای صنعتی است که قصد دارد در این مقاله اطلاعاتی در مورد گاز نیتروژن در اختیار شما بگذارد.

برای وارد شدن به دنیای جدید گازی تا انتها همراه ما باشید.

گاز نیتروژن چه نوع گازی است؟

گازیست، بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه که اجزای همه موادی که زنده‌اند را تشکیل می‌دهد. این گاز با نماد N عنصر غیر فلزی و سبک‌ترین عضو گروه 15 جدول تناوبی است. عنصری رایج در جهان که از نظر فراوانی در منظومه شمسی تقریبا هفتم است.

گازی دیاتومیک با فرمول N2 دینیتروژن حدود 78 درصد از جو زمین را تشکیل می‌دهد که این عنصر را غیر ترکیبی‌ترین در عین حال فراوان‌ترین می‌کند.

این گاز چهارمین عنصر فراوان بعد از اکسیژن، کربن و هیدروژن در بدن است که تقریبا 3 درصد بدن انسان رو از نظر جرم در بر دارد. نیتروژن در همه موجودات زنده وجود دارد، اما در درجه اول در اسید آمینه (پرتئین‌ها)، در اسیدهای نوکلئیک  DNA و RNA  و در موکلول‌ها انتقال انرژی مانند آدنوزین تری فسفات وجود دارد.

ازت چرخه‌ای دارد که حرکت این عنصر در هوا به کره و ترکیبات آلی و سپس به جو بر می‌گرداند. ترکیبات مهم صنعتی مانند: آمونیاک، اسیدنیتریک، نیترات‌های آلی، دومین پیوند قوی در هر مولکول دیاتومیکی پس از کونوکسیدکربن در شیمی این نیتروژن است که به این ترکیبات غالب خواهد بود. به همین دلیل نیتروژن هم برای ارگانیسم‌ها و هم برای صنعت در تبدیل N2 به ترکیبات مفید مشکلی ایجاد می‌کند.

تاریخچه گاز نیتروژن را بدانید

در سال 1772 پزشک اسکاتلندی دانیل رادفورد نیتروژن را کشف کرد  و آن را هوای مضر نامید. این پزشک اسکاتلندی گاز نیتروژن را به عنوان ماده‌ای شیمیایی کاملا متفاوت تشخیص نداد، اما آن را از هوای جوی و دی‌اکسید کربن متمایز کرد. برای رادفورد روشن بود که بخشی در هوا وجود دارد که احتراق را پشتیبانی نمی‌کند.

نیتروژن هم تقریبا در همان سال‌ها توسط سه محقق به نام کارل ویلهم شیل، هنری کاوندیش و جوزف پریستلی مورد مطالعه قرار گرفت که آن را به عنوان هوای سوخته معرفی کردند. بعدها شیمیدان فرانسوی نیتروژن را به عنوان ازوت معرفی کرد. در یونان به زبان یونانی نیتروژن را گاز “بدون زندگی” می نامند؛ زیرا وقتی حیوانات را در معرض این گاز قرار دادند آن‌ها مردند، اما این نام در زبان انگلیسی پذیرفته نشد.

انگلیسی ها معتقد بودند که اکثر گاز‌ها به جز اکسیژن ویژگی خفگی را دارند، ولی در برخی از کشورها همچنان نیتروژن را گاز “بدون زندگی” نام گذاری کرده‌اند، زیرا گازی خفه‌‎کننده است.

آیا نیتروژن واکش پذیر است؟

نیتروژن اتمی به عنوان نیتروژن فعال شناخته می‌شود. این اتم بسیار واکنش پذیر است و سه الکترون جفت نشده دارد. اتم‌های نیتروژن آزاد هستند در نتیجه به راحتی با اکثر عناصر واکنش داده و نیتریدها را تشکیل می‌دهند. وقتی دو اتم آزاد نیتروژن با هم برخورد کنند مولکول N2 برانگیخته تولید می‌شود که ممکن است در برخورد با مولکول‌های پایدار مانند دی اکسیدکربن انرژی زیادی آزاد کرده و باعث شکاف همولوتیک( تخریب مولکولی) به داخل شوند.

این گاز در دمای 210- درجه سانتی گراد ذوب می‌شود و در 196- می‌جوشد. این گاز در دمای اتاق واکنش نشان نمی‌دهد، اما با این وجود با مجتمع‌های فلز گذار به خصوص فلز لیتیوم واکنش نشان می دهد.

میزان فراوانی نیتروژن چقدر است؟

در بین عناصر ، ازت در فراوانی کیهان رتبه ششم را دارد. این گاز 75.51 درصد از جو زمین را تشکیل می‌دهد. این منبع می‌تواند منبع اصلی نیتروژن برای تجارت و صنعت باشد. نیتروژن آزاد در خیلی از شهاب سنگ‌ها، گازهای آتش فشانی، معادن، برخی چشمه‌های معدنی، در خورشید و در برخی از ستاره‌ها وجود دارد.

این گاز همچنین در ذخایر معدنی نیتر یا نیترات، نیترات پتاسیم و نیترات سدیم وجود دارد که کاملا برای نیازهایی که انسان‌ها دارند، کافی نیست. یک منبع غنی از نیتروژن در اکوادور در شهری به نام گوانو وجود دارد. نیتروژن در غارهایی که خفاش ها زندگی می کنند و مکانهای خشک این شهر یافت می‌شود.

نیتروژن به عنوان ترکیبی در باران و خاک به عنوان نمک‌های آمونیاک و آمونیوم و در آب دریا به عنوان یون‌های آمینیوم، نیتریت و نیترات یافت می‌شود. حتی نیتروژن به عنوان 16 درصد از وزن ترکیبات آلی در ترکیبی پیچیده پروتئین در تمام موجودات زنده را نیز تشکیل می‌دهد.

مقدار طبیعی گاز نیتروژن در پوسته زمین 0.3 قسمت از 1000 است. و این عنصر در کیهان فراوانی کل برآورده شده در جهان بین سه تا هفت اتم، در هر اتم سیلیکونی است که به عنوان استاندارد در نظر گرفته می‌شود.

هند، روسیه، ایالات متحده، توگابو و اوکراین پنج تولیدکننده برتر نیتروژن در اوایل قرت 21 بودند.

گاز نیتروژن چگونه تولید می‌شود؟

نیتروژن عمدتا به صورت تقطیر جزئی هوای مایع انجام می‌شود. دمای جوش نیتروژن حدود 13 درجه سانتی‌گراد پایین تر از اکسیژن است. در نتیجه نیتروژن باقی می‌ماند. نیتروژن نیز در مقیاسی وسیع با سوزاندن کربن یا هیدروکربن در هوا و جداکردن دی اکسیدکربن از آن آب حاصل باقی می‌ماند و از آن نیتروژن تولید می‌شود. در مقیاس کوچکتر نیتروژن خالص از سوزاندن باریم آزید  Ba(N3)2  به دست می‌آید.

نیتروژن عنصری است که به عنوان جو بی‌اثر برای واکنش‌هایی که نیاز است در آن‌ها اکسیژن را حذف کنن و رطوبت نداشته باشند، استفاده می‌شود. نیتروژن در حالت مایع به نام نیتروژن مایع کاربردهای برودتی ارزشمندی دارد. به جز گازهایی مانند: هیدروژن، متان، مونوکسیدکربن، فلورین و اکسیژن عملا همه مواد شیمیایی فشار بخار ناچیزی در نقطه جوش نیتروژن دارند. بنابراین به عنوان جامدات بلوری در آن دما وجود دارند.

کاربرد گاز نیتروژن در صنعت را بدانید

همانطور که گفته شد گاز نیتروژن واکنش پذیر نیست بنابراین برای روکش کردن گزینه بسیار خوبی است. از گاز نیتروژن اغلب به عنوان گاز تصویه کننده، استفاده می‌شود. از این گاز می توان برای از بردن آلاینده های در جریان فرایندها از طریق روش‌هایی مانند: جداکردن و پاشیدن استفاده کرد.

نیتروزن به دلیل خواصی که دارد، می‌تواند محافظی برای محصولات با ارزش در برابر آلودگی‌های مضر استفاده کرد. همچنین امکان ذخیره‌سازی ایمن، استفاده از ترکیبات قابل اشتعال را فراهم می‌کند. و حتی می‌تواند از گرد و غبار قابل احتراق جلوگیری کند.

کاربرد ترکیبات نیتروژن بسیار متنوع است. بنابراین در اینجا قصد داریم فقط کاربردهای این گاز رو در نوع نیتروژن خالص بررسی کنیم. دو سوم نیتروژن تولید شده توسط صنعت به عنوان گاز و یک سوم آن به عنوان نیتروژن مایع فروخته می‌شود. برخی از کاربردهای گاز نیتروژن عبارتند از:

• صنایع غذایی

نیتروژن گازی است که به عنوان جو غیر فعال درحفظ غذاها استفاده می‌شود. این گاز به عنوان یک جو اصلاح شده خالص یا مخلوط با دی‌اکسیدکربن، برای نیتروژن دهی و حفظ طراوت غذاهای بسته بندی شده یا فله‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• صنعت لامپ

لامپ‌ها نباید با هوا پر شوند؛ زیرا سیم داغ تنگستن با اکسیژن احتراق می‌کند. در لامپ‌ها خلاء را نمی‌توان حفظ کرد وگرنه فشار خارجی جو باعث شکستن شیشه می‌شود. بنابراین آنها باید با گازی غیر واکنش پذیر مانند: گاز نیتروژن پر شوند. البته می‌توان در این صنعت به جای نیتروژن از گاز آرگون یا هلیوم به جای نیتروژن استفاده کرد، اما این گازها از نیتروژن گرانتر و نادرتر هستند.

• مهار آتش

اکثر افراد می‌دانند که آتش در صورتی مهار می‌شود که اکسیژن را کاهش بدهند. ولی این میزان کاهش اکسیژن برای افرادی که در آن محل وجود دارند خطرناک است. پس باید مدت زمان کوتاهی باشد. بنابراین برای خاموش کردن آتش سوزی از گاز نیتروژن استفاده می‌کنند.

• تولید فولاد ضد زنگ

نیتروژن در صنعت فولادسازی استفاده مختلف و در عین حال زیادی دارد. در این صنعت می‌توان نیتروژن را برای ذوب، پردازش ملاقه و عملیات ریخته گری اضافه کرد. همچنین نیتروزن بر سختی، شکل پذیری و خواص ضربه ای اثر می‌گذارد.

• پر کردن لاستیک

ازگاز نیتروژن برای باد کردن لاستیک ماشین و هواپیماها استفاده می‌شود که مشکلات ناشی از رطوبت و اکسیژن در هوای طبیعی را کاهش می‌دهد. از بین رفتن نیتروژن از طریق لاستیک تایر کمتر از اکسیژن است به این معنی که فشار تایر ماشین در دراز مدت پایدارتر خواهد ماند. در این صورت فشارهای تورمی ثابت‌تری در حین استفاده با گرم شدن لاستیک‌ها ایجاد می‌شود.

• سوخت هواپیما

از گاز نیتروژن در سیستم‌های سوخت هواپیما استفاده می‌شود؛ زیرا باعث کاهش خطر آتش سوزی خواهند شد.

• صنایع شیمیایی

گاز نیتروژن برای آماده سازی نمونه در تجزیه و تحلیل‌های شیمیایی و برای کاهش حجم نمونه و متمرکز کردن آن‌ها نیز از نیتروژن استفاده می‌شود. این ماده برای صنایع شیمیایی مهم است؛ زیرا در تولید کود، اسید نیتریک، نایلون، رنگ و مواد منفجره استفاده می‌شود.

نیتروژن در خلوص بالا چگونه تولید و استفاده می‌شود؟

یکی از روش‌هایی که نیتروژن با خلوص بالا تولید می‌کند روش PSA  است که این روش می‌تواند نیتروژن را در طیف های مختلف تولید کند. هرچه خلوص نیتروژن کمتر باشد هزینه تولید آن نیز کمتر خواهد بود. مثلا در صنایع غذایی کیفیت روغن نباتی را می‌توان با پوشاندن 99.5 PUR خلوص نیتروژن حفظ کرد. پس نیتروژن با خلوص بالا برای صنایع غذایی بسیار مهم است. میزان خلوصی که در این صنایع استفاده می شود بین 99 تا 99.5 درصد است.

نیتروژن در خلوص پایین‌تر از 99 تا 96 درصد برای  پیشگیری از آتش سوزی و انفجار استفاده می‌شود. و جدا از خلوص‌ها خالص دیگری برای نیتروژن وجود دارد. برای برش‌های لیزری و لحیم‌کاری الکترونیک و برنامه‌های دارویی خلوص نیتروژن باید 99.9 تا 99.999 درصد باشد.

• تجهیزات

در برخی از تجهیزات ساختمانی از گاز نیتروژن تحت فشار برای کمک به سیستم هیدرولیک برای تامین نیروی اضافی دستگاه هایی مانند چکش هیدرولیکی استفاده می‌کنند.

• مرگ آسان

شاید این کاربرد گاز نیتروژن کمی عجیب به نظر بیاید، اما واقعی است. همانطور که گفته شد نیتروژن گازی خفه کننده است. در برخی از حوزه های قضایی خفگی گاز بی‌اثر به عنوان وسیله‌ای برای مجازات اعدام در نظر گرفته‌اند. با این حال تا سال 2020 هیچ اعدامی با این گاز انجام نشده است.

آیا گاز نیتروژن خطرناک است؟

خیلی از افراد این تصور را دارند که چون گاز نیتروژن بی‌اثر است، پس خطرناک نیست.  این تصور تا حدودی درست است، اما نکته کوتاهی وجود دارد که خیلی مهم است. سیلندرهای نیتروژن حاوی 2200-2400 PSI فشار هستند که این نیرو می‌تواند صدمات جدی برای فرد و حتی اموال وارد کند. قبل از اتصال تنظیم‌کننده نیتروژن به سیلندر تمامی تجهیزات از جمله شیر سیلندر را بررسی کنید که مطمئن شوید از بین نرفته یا خراب نشده‌اند. اگر هنگام حمل و تخلیه نیتروژن موارد ایمنی رعایت نشود می‌تواند خطرات و خسارات جبران نا‌پذیری داشته باشد.

نتیجه

نیتروژن گازی بی‌اثر، اما پر کاربرد است. گاز نیتروژن و نیتروژن مایع در صنعت بسیار پر کاربد است. این ماده در هر خلوصی که باشد بازهم در صنعت کارایی دارد. برای خرید و یا حمل گازهای صنعتی از جمله نیتروژن با کارشناسان ما در شرکت پترو تامین آرشام تماس بگیرید.