نیتروژن جامد خرید و قیمت و کار بردها

نیتروژن جامد چیست؟

نیتروژن جامد، یکی از اشکال جالب توجه عنصر نیتروژن است که در دماهای بسیار پایین تشکیل می‌شود. این ماده، که برای اولین بار در سال 1884 مشاهده شد، نه تنها در تحقیقات علمی نقش کلیدی دارد، بلکه در سیارات خارجی منظومه شمسی مانند پلوتو و تریتون نیز به وفور یافت می‌شود. نیتروژن جامد به دلیل خواص منحصربه‌فرد خود، از جمله نوسان‌پذیری بالا و پتانسیل انفجاری در فشارهای زیاد، توجه دانشمندان را به خود جلب کرده است. در این مقاله، به بررسی دقیق ویژگی‌های نیتروژن جامد می‌پردازیم و بر اساس منابع علمی معتبر خارجی، اطلاعات کاربردی ارائه می‌دهیم.

نیتروژن جامد، حالت جامد عنصر نیتروژن (N2) است که در شرایط دمایی پایین‌تر از 63 کلوین (-210 درجه سلسیوس) تشکیل می‌شود. این ماده، یک جامد مولکولی است که از مولکول‌های نیتروژن با پیوند سه‌گانه قوی تشکیل شده و در فشار اتمسفری، دو فاز اصلی α و β دارد.

نیتروژن، عنصری غیرفلزی با عدد اتمی 7، بیش از 78 درصد جو زمین را تشکیل می‌دهد، اما در حالت جامد، رفتار متفاوتی نشان می‌دهد. برخلاف گاز نیتروژن که بی‌رنگ و بی‌بو است، نیتروژن جامد نیز بی‌رنگ ظاهر می‌شود، اما به دلیل نوسان‌پذیری، به راحتی تصعید می‌شود و می‌تواند جو ایجاد کند.

فازهای نیتروژن جامد

نیتروژن جامد در فشارهای مختلف، فازهای متنوعی نشان می‌دهد. در فشار اتمسفری، دو فاز اصلی وجود دارد:

• فاز α: این فاز در دماهای زیر 35.6 کلوین تشکیل می‌شود و ساختار مکعبی با گروه فضایی Pa3 دارد. مولکول‌های N2 در قطرهای بدنه سلول واحد قرار گرفته‌اند. این فاز پایدارتر است و تحت فشار، می‌تواند به فازهای دیگر تبدیل شود.
• فاز β: بالای 35.6 کلوین (تا نقطه ذوب)، نیتروژن جامد ساختار شش‌ضلعی فشرده (hexagonal close-packed) می‌گیرد. مولکول‌ها با زاویه 55 درجه تمایل دارند و نسبت c/a تقریباً 1.633 است.

در فشارهای بالاتر، فازهای دیگری مانند γ (تتراکونال)، ε و حتی فازهای پلیمری ظاهر می‌شوند. برای مثال، در فشارهای بیش از 3500 اتمسفر، فاز α به γ تبدیل می‌شود. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که فاز γ در فشارهای بالا پایدارتر است و می‌تواند به عنوان یک ماده انفجاری با چگالی انرژی بالا عمل کند.

مطالعات منتشرشده در مجلات علمی مانند Nature Communications، رازهای فازهای نیتروژن جامد را آشکار کرده‌اند و نشان می‌دهند که تحت فشار شدید، نیتروژن می‌تواند به ساختارهای غیرمولکولی تبدیل شود.

خواص فیزیکی و شیمیایی نیتروژن جامد

نیتروژن جامد خواص منحصربه‌فردی دارد که آن را از دیگر مواد جامد متمایز می‌کند.

از نظر فیزیکی، چگالی آن حدود 1.028 گرم بر سانتی‌متر مکعب است و به راحتی تصعید می‌شود، بدون اینکه مایع شود (در فشار اتمسفری). نقطه ذوب آن 63.2 کلوین و نقطه جوش مایع نیتروژن 77.4 کلوین است. این ماده بسیار ضعیف است و می‌تواند مانند یخچال‌های طبیعی جریان یابد، همانند آنچه در پلوتو مشاهده می‌شود.

از دیدگاه شیمیایی، نیتروژن جامد یک جامد مولکولی با پیوندهای ضعیف بین‌مولکولی است. پیوند سه‌گانه N≡N بسیار قوی (انرژی تجزیه 9.72 الکترون‌ولت) است، اما در فشارهای بالا، می‌تواند شکسته شود و به پلیمر تبدیل گردد. این ویژگی، پتانسیل انفجاری آن را افزایش می‌دهد، زیرا چگالی انرژی‌اش بالاتر از مواد انفجاری غیرهسته‌ای است.

نکته عملی: در آزمایشگاه‌ها، باید با احتیاط扱ش شود، زیرا تماس با پوست می‌تواند باعث سوختگی شدید شود. اگر احتمال خطا در اندازه‌گیری دما وجود دارد، از تجهیزات کالیبره‌شده استفاده کنید تا از تصعید ناخواسته جلوگیری شود.

تولید و روش‌های تهیه نیتروژن جامد

تولید نیتروژن جامد معمولاً از طریق خنک‌سازی مایع نیتروژن انجام می‌شود. مایع نیتروژن ابتدا از تقطیر جزء به جزء هوا به دست می‌آید (با نقطه جوش -195.8 درجه سلسیوس)، سپس با کاهش بیشتر دما به زیر 63 کلوین، جامد می‌شود.

در مقیاس آزمایشگاهی، از کریوژن‌های پیشرفته مانند هلیوم مایع برای خنک‌سازی استفاده می‌شود. در فشارهای بالا، دستگاه‌های فشاری مانند سلول‌های الماسی برای ایجاد فازهای جدید به کار می‌رود.

مثال عملی: در تحقیقات فضایی، مدل‌سازی نیتروژن جامد برای شبیه‌سازی سطح پلوتو مفید است. دانشمندان با استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی (مانند آنچه در Physical Review B منتشر شده)، رفتار آن را پیش‌بینی می‌کنند.

کاربردهای نیتروژن جامد

نیتروژن جامد عمدتاً در تحقیقات علمی کاربرد دارد، اما پتانسیل‌های عملی نیز وجود دارد.

• کرایوژنیک: مخزن کرایوژنیک به عنوان خنک‌کننده فوق‌العاده در آزمایش‌های فیزیک کم‌دما، مانند مطالعه ابررسانایی.
• انفجاری: در فشارهای بالا، فازهای پلیمری نیتروژن می‌توانند به عنوان مواد انفجاری سبز (بدون کربن) استفاده شوند، با انرژی آزادشده بالاتر از TNT.
• فضایی: درک نیتروژن جامد برای مأموریت‌های فضایی حیاتی است. برای مثال، در پلوتو، پوشش سطحی Sputnik Planitia از نیتروژن جامد تشکیل شده و جریان‌های یخچالی ایجاد می‌کند. در تریتون، چشمه‌های گاز نیتروژن از کلاهک‌های قطبی ناشی می‌شود.

مثال عملی: در صنعت، نیتروژن جامد می‌تواند برای حفظ مواد بیولوژیکی استفاده شود، اما باید به خطرات آسفیکسی (خفگی) توجه کرد، زیرا جایگزین اکسیژن می‌شود.

حضور نیتروژن جامد در طبیعت و فضا

نیتروژن جامد بخش قابل توجهی از اجرام خارجی منظومه شمسی را تشکیل می‌دهد. در پلوتو، تصاویر کاوشگر New Horizons نشان‌دهنده پوشش گسترده نیتروژن جامد در平原 Sputnik Planitia است، جایی که کنار یخ آب قرار دارد. این ماده، جریان‌های یخچالی ایجاد می‌کند و جو نازکی تولید می‌کند.

در تریتون (قمر نپتون)، نیتروژن جامد پوشش دینامیکی ایجاد می‌کند و چشمه‌های گازی از تصعید آن ناشی می‌شود. این مشاهدات، درک ما از جو سیارات را غنی می‌کند.

نتیجه‌گیری

نیتروژن جامد، با فازهای متنوع، خواص منحصربه‌فرد و کاربردهای بالقوه، یکی از مواد جالب در علم مواد است. از فازهای α و β در دماهای پایین تا پتانسیل انفجاری در فشارهای بالا، این ماده نشان‌دهنده پیچیدگی‌های عنصر نیتروژن است. درک آن نه تنها برای تحقیقات آزمایشگاهی مفید است، بلکه برای کاوش‌های فضایی ارزشمند می‌باشد. برای اطلاعات بیشتر، به منابع معتبر علمی مراجعه کنید و همیشه ایمنی را اولویت دهید. این دانش می‌تواند به پیشرفت‌های آینده در کریوژنیک و مواد پرانرژی منجر شود.