گاز نیتروژن (Nitrogen Gas)

نیتروژن گازی بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه است که در شرایط عادی در جو زمین به شکل مولکولی دو اتمی (N₂) موجود است. پیوند سه‌گانه محکم میان دو اتم نیتروژن در این مولکول‌ها باعث می‌شود که نیتروژن در برابر بسیاری از واکنش‌های شیمیایی مقاوم باشد و به همین دلیل این گاز در طبیعت به صورت غیرفعال و غیرواکنشگر است. این ساختار دو اتمی به دلیل پایداری و انرژی بالای پیوند سه‌گانه، نیتروژن را به یکی از گازهای اصلی جو تبدیل کرده است.

نیتروژن به دلیل واکنش‌پذیری پایین و پایداری شیمیایی زیاد، یکی از گازهای عمده جو زمین است. این گاز در ترکیب با اکسیژن به راحتی ترکیب نمی‌شود و به همین دلیل می‌تواند در جو با غلظت بالا باقی بماند. همچنین، نیتروژن به دلیل خاصیت غیرقابل اشتعال و غیرسمی خود در بسیاری از فرآیندهای طبیعی شرکت نمی‌کند، که باعث شده است نسبت به سایر گازها در جو بیشتر باشد.

نیتروژن گازی بی‌رنگ، بی‌بو و بی‌مزه است که در دما و فشار استاندارد به صورت مولکولی دو اتمی (N₂) وجود دارد. این گاز در دمای -۱۹۵.۸ درجه سلسیوس به مایع تبدیل می‌شود و در دمای -۲۱۰ درجه سلسیوس به جامد. نیتروژن در برابر احتراق مقاوم است و در واکنش‌های شیمیایی معمولی شرکت نمی‌کند. این ویژگی‌ها باعث شده است که نیتروژن در بسیاری از فرآیندهای صنعتی به عنوان گاز بی‌اثر و غیرواکنشگر استفاده شود.

نیتروژن به‌طور صنعتی از طریق فرآیندهای مختلفی مانند تقطیر جزء به جزء هوای مایع، غشای جداکننده و جذب با فشار (PSA) تولید می‌شود. در روش تقطیر، هوای فشرده به دماهای بسیار پایین سرد می‌شود تا نیتروژن مایع جدا شود. در روش غشایی، نیتروژن از سایر گازهای موجود در هوا از طریق فیلترهای ویژه جدا می‌شود. در روش PSA، نیتروژن از طریق فرآیند جذب توسط مواد جاذب مخصوص جدا می‌شود.

خلوص نیتروژن معمولاً در سطوح ۹۹.۹٪، ۹۹.۹۹٪، ۹۹.۹۹۹٪ و بالاتر تولید می‌شود. برای کاربردهای صنعتی، نیتروژن با خلوص پایین‌تر (۹۹.۹٪) استفاده می‌شود، در حالی که در آزمایشگاه‌ها و برخی صنایع حساس مانند صنایع دارویی، نیتروژن با خلوص بالاتر (۹۹.۹۹٪ و بالاتر) لازم است. خلوص‌های مختلف برای کاربردهای مختلفی نظیر جابجایی و ذخیره‌سازی مواد شیمیایی، بسته‌بندی مواد غذایی، تولید آمونیاک و حتی در محیط‌های کم‌اکسیژن استفاده می‌شود.

نیتروژن در صنایع متعددی کاربرد دارد:
صنایع غذایی و نوشیدنی: جلوگیری از اکسیداسیون مواد غذایی و افزایش عمر مفید آنها.
صنایع دارویی: برای حفظ کیفیت داروها و نمونه‌های بیولوژیکی، به ویژه در ذخیره‌سازی سلول‌ها و بافت‌ها.
صنایع الکترونیک: برای محافظت از قطعات حساس از اکسیداسیون.
صنایع نفت و گاز: برای پر کردن مخازن و جلوگیری از انفجار و اکسیداسیون.
صنایع فلزی: در فرآیندهای جوشکاری و لحیم‌کاری.
صنایع شیمیایی: برای فرآیندهای خنثی‌سازی و جلوگیری از واکنش‌های شیمیایی نامطلوب.

نیتروژن به‌طور عمومی بی‌خطر است، اما در محیط‌های بسته ممکن است با کاهش میزان اکسیژن باعث خفگی (هیپوکسی) شود. نیتروژن مایع به دلیل دمای بسیار پایین، ممکن است باعث سرمازدگی پوست و بافت‌ها شود. همچنین، در صورت استفاده نادرست یا نگهداری نادرست سیلندرهای تحت فشار، احتمال انفجار وجود دارد.

نیتروژن مایع در فرآیندهای کرایوژنیک، فریز کردن سریع مواد غذایی، ذخیره‌سازی نمونه‌های زیستی و نیز در برخی روش‌های درمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد. خطرات نیتروژن مایع شامل سرمازدگی شدید و احتمال آسیب به پوست و بافت‌ها، خطرات تنفسی در صورت نبود تهویه مناسب و خطر انفجار در صورت نگهداری نادرست است.

سیلندرهای نیتروژن باید در محیط‌های خشک و خنک نگهداری شوند و از تابش مستقیم نور خورشید و گرما دور باشند. همچنین، محیط باید دارای تهویه مناسب باشد تا از کاهش سطح اکسیژن و خطر خفگی جلوگیری شود. استفاده از تجهیزات حفاظتی مانند دستکش، عینک ایمنی و لباس‌های مقاوم برای تماس با نیتروژن مایع ضروری است.

نیتروژن به دلیل ویژگی‌های بی‌اثری که دارد، در فرآیندهای صنعتی ترجیح داده می‌شود. این گاز از واکنش با سایر مواد جلوگیری می‌کند، به همین دلیل برای حفظ پایداری فرآیندها و محافظت از مواد در برابر اکسیداسیون، انتخابی عالی است. همچنین نیتروژن به دلیل قابلیت تأمین در مقیاس‌های صنعتی، هزینه پایین و دسترسی راحت، در صنایع مختلف به کار می‌رود.