நைட்ரஜன் அறிமுகம்
நைட்ரஜன் (N) குறியீட்டையும், அணு எண் 7ஐயும் கொண்ட ஒரு வேதியியல் தனிமம் ஆகும். இது ஒரு அலோகம் மற்றும் தனிம வரிசை அட்டவணையின் தொகுதி 15 (pnicogens எனப்படும்) இலகுவான உறுப்பினர் ஆகும். நிலையான வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில், தனிமத்தின் இரண்டு அணுக்கள் பிணைந்து டைநைட்ரஜனை (N₂) உருவாக்குகின்றன, இது ஒரு நிறமற்ற மற்றும் மணமற்ற ஈரணு வாயு. டைநைட்ரஜன் சாதாரண நிலைமைகளின் கீழ் பெரும்பாலும் மந்தமாக இருக்கும், இது அதன் அணுக்களுக்கு இடையிலான வலிமையான மூன்று பிணைப்பால் ஏற்படுகிறது.
நைட்ரஜனின் இயற்கையான இருப்பு
நைட்ரஜன் பூமியில் மிகவும் செழிப்பான தனிமங்களில் ஒன்றாகும். அதன் முதன்மையான இயற்கை இருப்பு பூமியின் வளிமண்டலம் ஆகும், அங்கு இது டைநைட்ரஜன் வாயுவாக (N₂) சுமார் 78% கனஅளவு கொண்டதாக உள்ளது. வளிமண்டலத்தைத் தாண்டி, நைட்ரஜன் அனைத்து உயிரினங்களின் ஒரு முக்கிய அங்கமாகும். இது அமினோ அமிலங்கள், புரதங்கள் மற்றும் நியூக்ளிக் அமிலங்கள் (டிஎன்ஏ மற்றும் ஆர்என்ஏ) போன்ற கரிம மூலக்கூறுகளில் காணப்படுகிறது, இவை வாழ்க்கைக்கு அடிப்படையானவை. பூமியின் மேலோட்டத்தில், நைட்ரஜன் கனிமப் படிமங்களில் உள்ளது, இருப்பினும் குறைவாக, முதன்மையாக மண்ணிலும் சில பாறைகளிலும் நைட்ரேட்டுகள் மற்றும் நைட்ரைட்டுகளாக உள்ளது. நைட்ரஜன் சுழற்சி என்பது வளிமண்டலம், நிலப்பரப்பு மற்றும் கடல் சுற்றுச்சூழல் அமைப்புகளுக்கு இடையில் பல்வேறு உயிரியல் மற்றும் உடல் செயல்முறைகள் மூலம் நைட்ரஜனின் தொடர்ச்சியான இயக்கத்தை விவரிக்கிறது.
நைட்ரஜனின் தொழில்துறை பிரித்தெடுத்தல்
தொழில்துறை ரீதியாக, நைட்ரஜன் வாயு முதன்மையாக திரவ காற்றின் பின்னக் காய்ச்சிவடித்தல் எனப்படும் ஒரு செயல்முறை மூலம் காற்றிலிருந்து பெறப்படுகிறது. காற்று முதலில் மிகக் குறைந்த வெப்பநிலைக்கு குளிரூட்டப்பட்டு திரவமாக்கப்படுகிறது. நைட்ரஜன், ஆக்ஸிஜன் மற்றும் ஆர்கான் வெவ்வேறு கொதிநிலைகளைக் கொண்டுள்ளன (நைட்ரஜனுக்கு -196°C, ஆக்ஸிஜனுக்கு -183°C, ஆர்கானுக்கு -186°C) என்பதால், திரவக் காற்றை கவனமாக சூடுபடுத்துவதன் மூலம் அவற்றை பிரிக்க முடியும், ஒவ்வொரு கூறுகளையும் அதன் குறிப்பிட்ட வெப்பநிலையில் ஆவியாக அனுமதிக்கிறது. மிகக் குறைந்த கொதிநிலையைக் கொண்ட நைட்ரஜன் முதலில் ஆவியாகி சேகரிக்கப்படுகிறது. இந்த முறை உயர் தூய நைட்ரஜனை உருவாக்குகிறது.
மற்றொரு முறை, பெரிய அளவிலான உற்பத்திக்கு குறைவாகவே உள்ளது, ஆனால் குறைந்த அளவுகளுக்கு அல்லது குறிப்பிட்ட தூய்மைகளுக்குப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது அழுத்த ஊசல் உறிஞ்சுதல் (PSA) அல்லது சவ்வுப் பிரித்தலை உள்ளடக்கியது. இந்தியாவில், பல தொழில்துறை வாயு ஆலைகள், எஃகு, இரசாயன மற்றும் மின்னணுத் தொழில்கள் உள்ளிட்ட பல்வேறு துறைகளுக்கான நைட்ரஜன், ஆக்ஸிஜன் மற்றும் ஆர்கானை உற்பத்தி செய்ய காற்றுப் பிரிப்பு அலகுகளைப் பயன்படுத்துகின்றன.
நைட்ரஜனின் அன்றாடப் பயன்பாடுகள்
1. உணவுப் பாதுகாப்பு
உணவுப் பொருட்களுக்கான மாற்றியமைக்கப்பட்ட வளிமண்டல பேக்கேஜிங்கில் (MAP) நைட்ரஜன் வாயு பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்திய சந்தைகளில் பொதுவாகக் காணப்படும் உருளைக்கிழங்கு சிப்ஸ், நம்கீன் அல்லது பிற சிற்றுண்டிப் பொருட்கள் போன்ற உணவுப் பொட்டலங்களை நைட்ரஜனுடன் நிரப்புவதன் மூலம், உள்ளே உள்ள ஆக்ஸிஜன் உள்ளடக்கம் கணிசமாகக் குறைக்கப்படுகிறது அல்லது நீக்கப்படுகிறது. இந்த மந்தமான வளிமண்டலம் ஆக்சிஜனேற்றத்தைத் தடுக்கிறது, இது கெட்டுப்போவதற்கும், பழுதடைவதற்கும் காரணமாகிறது, இதன் மூலம் அழுகக்கூடிய உணவுகளின் அடுக்கு ஆயுளை நீட்டித்து, அவற்றின் புத்துணர்ச்சி மற்றும் மொறுமொறுப்பைப் பாதுகாக்கிறது.
2. உரம் உற்பத்தி
நைட்ரஜனின் மிக முக்கியமான தொழில்துறை பயன்பாடுகளில் ஒன்று உரங்கள், குறிப்பாக அம்மோனியா (NH₃) உற்பத்தி ஆகும். ஹேபர்-போஷ் செயல்முறை வளிமண்டல நைட்ரஜனை ஹைட்ரஜனுடன் அதிக வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தின் கீழ் இணைத்து அம்மோனியாவை ஒருங்கிணைக்கிறது. அம்மோனியா பின்னர் யூரியா, அம்மோனியம் நைட்ரேட் மற்றும் டைஅம்மோனியம் பாஸ்பேட் (DAP) போன்ற அத்தியாவசிய நைட்ரஜன் உரங்களை உற்பத்தி செய்யப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. இந்தியாவின் விவசாயத் துறை, அரிசி, கோதுமை மற்றும் கரும்பு போன்ற முக்கிய பயிர்களை சாகுபடி செய்ய இந்த உரங்களை பெரிதும் நம்பியுள்ளது, இது உலகளவில் நைட்ரஜன் அடிப்படையிலான உரங்களை உற்பத்தி செய்து பயன்படுத்தும் மிகப்பெரிய நாடுகளில் ஒன்றாகும். இஃப்கோ (IFFCO) மற்றும் தேசிய உரங்கள் லிமிடெட் (NFL) போன்ற நிறுவனங்கள் இந்தியாவில் இந்த துறையில் முக்கிய பங்கு வகிக்கின்றன.
3. கிரையோஜெனிக்ஸ் மற்றும் குளிர்பதனம்
திரவ நைட்ரஜன், அதன் மிகக் குறைந்த கொதிநிலையான -196°C உடன், ஒரு சிறந்த கிரையோஜெனிக் காரணியாகும். இது மருத்துவ ஆராய்ச்சி, மருத்துவமனைகள் மற்றும் இந்தியா முழுவதும் உள்ள ஐவிஎஃப் (In Vitro Fertilization) மையங்களில் இரத்தம், திசுக்கள் மற்றும் மரபணுப் பொருட்கள் போன்ற உயிரியல் மாதிரிகளை விரைவாக உறைய வைக்கவும் பாதுகாக்கவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. கால்நடைகளின் விந்து மற்றும் கருக்களை கிரையோபிரசர்வேஷன் செய்வதற்கும் இது பயன்படுத்தப்படுகிறது. உணவுத் தொழிலில், திரவ நைட்ரஜன் உணவுப் பொருட்களை உடனடியாக உறைய வைக்கப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது அவற்றின் அமைப்பு மற்றும் ஊட்டச்சத்து மதிப்பை பராமரிக்க உதவுகிறது.
4. மந்தமான வளிமண்டலங்களை உருவாக்குதல்
நைட்ரஜனின் மந்தமான தன்மை, பல்வேறு தொழில்துறை செயல்முறைகளில் ஆக்ஸிஜன் இல்லாத அல்லது மந்தமான வளிமண்டலங்களை உருவாக்குவதற்கு அதை விலைமதிப்பற்றதாக்குகிறது. இது குழாய்கள், தொட்டிகள் மற்றும் இரசாயன உலைகளை தூய்மைப்படுத்தப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, வெடிப்புகள் அல்லது தேவையற்ற எதிர்வினைகளைத் தடுக்க, உதாரணமாக, இந்தியா முழுவதும் உள்ள எண்ணெய் சுத்திகரிப்பு நிலையங்கள் மற்றும் இரசாயன ஆலைகளில். மின்னணுத் தொழிலில், உணர்திறன் கூறுகள் ஆக்ஸிஜனேற்றம் அடையாமல் தடுக்க குறைக்கடத்தி உற்பத்தியின் போது நைட்ரஜன் போர்வை பயன்படுத்தப்படுகிறது. இது ஒளிரும் விளக்குகளில் நிரப்பும் வாயுவாகவும் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது இழை முன்கூட்டியே எரிந்து போவதைத் தடுக்கிறது.
5. டயர் காற்று நிரப்புதல்
விமானம், பந்தய கார்கள் மற்றும் கனரக தொழில்துறை வாகனங்கள் உள்ளிட்ட சிறப்பு வாகனங்களில் டயர்களை நிரப்ப நைட்ரஜன் வாயு பெருகிய முறையில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. அமுக்கப்பட்ட காற்றோடு ஒப்பிடுகையில், நைட்ரஜன் மிகவும் நிலையான டயர் அழுத்தத்தை வழங்குகிறது, ஏனெனில் இது வெப்பநிலை தூண்டப்பட்ட அழுத்த ஏற்ற இறக்கங்களுக்கு குறைவாகவே பாதிக்கப்படுகிறது. அதன் பெரிய மூலக்கூறு அளவு, அது ரப்பரின் வழியாக மெதுவாக ஊடுருவிச் சென்று, காலப்போக்கில் அழுத்த இழப்பைக் குறைக்கிறது என்பதையும் குறிக்கிறது. மேலும், நைட்ரஜனில் ஈரப்பதம் இல்லாதது சக்கர விளிம்பு மற்றும் வால்வு தண்டு ஆகியவற்றின் உள் அரிப்பைத் தடுக்க உதவுகிறது, இருப்பினும் இந்த பயன்பாடு இந்தியாவில் வழக்கமான பயணிகள் வாகனங்களில் குறைவாகவே உள்ளது.