نیتروژن موجود در اتمسفر

نیتروژن در جو زمین بیش‌تر از گاز زندگی بخش اکسیژن یافت می‌شود. نیتروژن، گازی مورد نیاز برای انسان‌ها و حیوانات و هم‌ چنین گیاهان برای تولید پروتئين‌ها و دیگر واحدهای ساختاری ضروری است.
در سال ۱۷۷۲، یک دانشمند اسکاتلندی به نام دانیل رادر فورد، عنصر نیتروژن را کشف کرد. این گاز به عنوان یک عنصر با نماد N نشان داده شد که دارای عدد اتمی هفت و جرم اتمی u ۰۰۶۹ر۱۴ بود. این عنصر هم‌ چنین با عنوان نیتروم در لاتین و نیترون در یونانی شناخته شده است. نیتروژن در جو به صورت یک گاز دو اتمی موجود است. این گاز دو اتمی را به صورت N2 نشان می‌دهیم و ویژگی‌هایی چون بی‌‌مزه، بی‌بو و بی رنگ بودن را می‌توان به آن نسبت داد. نیتروژن در شکل مایع‌اش شبیه آب است. نیتروژن علاوه بر حالت گازی‌اش، در شکل‌های آمونیاک، اسید نیتریک، نیترات آلی، اسید اوریک و غیره نیز وجود دارد، که از جمله ترکیبات مهم تجاری به شمار می‌روند. نیتروژن غیر فلزی، دارای پنج الکترون در خارجی‌ترین لایه‌اش است، بنا بر این در اکثر ترکیبات، با سایر عناصر پیوند‌های سه گانه تشکیل می‌دهد. بنا بر این، پیوند بین دو اتم نیتروژن به فرم N2 یک پیوند سه گانه است. پیوندهای سه گانه، پیوندهایی قوی هستند که به سختی شکسته می‌شوند. بنا بر این N2 به راحتی جلوی تشکیل ترکیبات دیگر را می‌گیرد.

چرا نیتروژن زیادی در جو وجود دارد؟

در مقایسه با اکسیژن، نیتروژن با سهم ۰۸۴ر۷۰ در صد، چهار برابر بیش‌تر از اکسیژن در جو زمین یافت می‌شود. علاوه بر این، نیتروژن به عنوان هفتمین عنصر موجود در جهان از لحاظ فراوانی شناخته شده است. این عنصر در اشکال مختلف‌اش نا پایدار است و با مواد تشکیل دهنده‌ی جامد زمین، واکنشی نشان نمی‌دهد. علاوه بر این، نیتروژن در مقابل تابش‌ اشعه‌های خورشیدی نیز نسبتاً پایدار است. همه‌ی این عوامل دست به دست هم داده‌اند تا نیتروژن را به یکی از عناصر فراوان در جو زمین تبدیل کنند.

منابع نیتروژن در جو

نیتروژن طی فرآیند‌های هم جوشی هسته‌ای، که در ستارگان اتفاق می‌افتد، تشکیل شده است. دانشمندان ترکیبات زیادی را در فضا مشاهده کرده‌اند که نیتروژن در آن‌ها نقش داشته است. تیتان که یکی از قمر‌های سیاره‌ی زحل است از نیتروژن مولکولی، که ماده‌ی اصلی سازنده‌ی آن است، تشکیل شده است. با این حال، نیتروژن از زمان آغاز پیدایش جهان، وجود نداشته و سه هزار سال پس از پدیده‌ی انفجار بزرگ به وجود آمده است. زمانی که جرم هلیوم ستاره‌ای در گوشه‌ای از جهان، به اندازه‌ای زیاد شد که به فشار و دمای مورد نیاز رسید، هلیوم موجود در ستاره ذوب شده و عناصر سنگینی مانند نیتروژن را به وجود آورد. این فرآیند شکل گیری هسته‌های سنگین‌تر، نوکلئو سنتز یا هم نهشت هسته نامیده می‌شود. سنتز هسته‌ای فرایندی است که طی آن هسته یک اتم از هسته‌های موجود دیگر و ذرات بنیادی پروتون و نوترون ایجاد می‌شود. بنا بر این، در واقع این گونه شد که نیتروژن به وجود آمد. زمانی که زمین پس از ده میلیارد سال تشکیل شده بود، نیتروژن یکی از مواد غالب دخیل در شکل گیری زمین بوده است. دانشمندان معتقدند که نیتروژن پس از آن، به شکل جامد بوده است و به همان نسبت که به شکل گیری نهایی زمین نزدیک می‌شده، به دلیل دمای بالای زمین، نیتروژن‌های جامد ذوب شده‌اند. فوران‌های آتش فشانی که بعدها در سطح زمین اتفاق افتاده، به خاطر همین نیتروژن‌های جامد داغ به حرارت و گاز نیتروژن تبدیل می‌شده‌اند. این گازهای ساطع شده از آتش فشان‌ها یا وارد جو زمین می‌شدند و یا در بخش‌های خاصی از سطح زمین رسوب می‌کردند. این‌ها دلایلی بود که باعث ورود نیتروژن به جو زمین شد.
نیتروژن در تمام موجودات زنده نیز یافت می‌شود. در واقع این گاز همانند کربن، برای بقای حیات روی کره‌ی زمین، ضروری می‌باشد. هم‌ چنین نیتروژن به مقدار زیادی در فضولات حیوانی، به شکل اسید اوریک، اوره و غیره یافت می‌شود. نواله‌ی تخم پنبه، دانه‌های کتان و غیره نیز منابع نیتروژن محسوب می‌شوند. رعد و برق باعث می‌شود تا نیتروژن اتمسفری به نیترات تبدیل شود. باکتری‌های موجود در خاک در رابطه با چرخه مجدد نیتروژن از طریق تبدیل آن به شکلی که برای موجودات زنده دیگر قابل استفاده باشد، نقش حیاتی بازی می‌کنند. هنگامی که گیاهان و حیوانات می‌میرند، باقی مانده‌ی اجساد آن‌ها به وسیله‌ی موجودات ذره بینی موجود در خاک، تجزیه می‌شود و ترکیبات نیتروژن درست می‌شود. مه در مناطق ساحلی نیز تا آن جایی که مربوط به اتمسفر شود، منبع نیتروژن می‌باشد.

چرا ما به نیتروژن موجود در اتمسفر نیازمندیم؟

چهار درصد از وزن ماده‌ی خشک گیاه را نیتروژن تشکیل می‌دهد. گیاهان برای رشد و نمو نیاز به مصرف نیتروژن دارند. این دلیلی است که آن‌ها می‌توانند نقش حیاتی در شکل گیری ترکیباتی مانند پروتئین، اسیدهای آمینه، اسیدهای نوکلئیک و غیره را بازی کنند. اگرچه ۷۸ درصد جو زمین را نیتروژن تشکیل می‌دهد، با این حال گیاهان و حیوانات هیچ راه مستقیمی برای دست رسی به آن ندارند. نیتروژن اتمسفری نمی‌تواند توسط گیاهان جذب شود، به جای آن مجبور است توسط ترکیبات مناسب بیولوژیکی دیگری منتقل شود تا بتواند توسط گیاهان جذب شود. این فرآیند، تثبیت نیتروژن، یا چرخه‌ی نیتروژن نامیده می‌شود. نیتروژن هم‌چنین در ۳ درصد از وزن بدن انسان دیده می‌شود، که نقش بسیار مهمی در هضم غذا و رشد کلی بدن ایفا می‌کند. پروتئين‌های جذب شده در رژیم‌های غذایی، شامل نیتروژن هستند، که بعد از فرآیند سوخت و ساز، به شکل مولکول‌های آدنوزین تری فسفات، یا به اختصارATP ، مورد استفاده قرار می‌گیرند، مولکول‌هایATP منابع انرژی بدن می‌باشند.
اهمیت نیتروژن در همه‌ی زمینه‌های حیات دیده می‌شود. این عنصر علاوه بر اهداف طبیعی، برای نیل به مقاصد مختلف تجاری نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. مهم‌تر از همه، وجود نیتروژن برای زندگی و امرار معاش روی این کره‌ی خاکی نیز، ضروری است!