خواص عنصر نیتروژن

 

نیتروژن (N) که به نام ازت نیز خوانده می شود، عنصری از گروه 15 جدول تناوبی است. یک گاز بی رنگ، بی بو و بدون طعم است که در اتمسفر زمین به فراوانی یافت می شود و جزء متشکله هر ماده زنده است.

خواص عنصر
عدد اتمی	7
وزن اتمی	14.0067
نقطه ذوب	−209.86 °C (−345.8 °F)
نقطه جوش	−195.8 °C (−320.4 °F)
چگالی در فشار یک اتمسفر و دمای صفر درجه سلسیوس	1.2506 grams/litre
حالت های اکسیداسیون	−3, +3, +5
آرایش الکترونی	1s22s22p3

حدود چهارپنجم اتمسفر زمین از نیتروژن تشکیل شده است. شیمیدان سوئدی کارل ویلهلم شیل در 1772 نشان داد که هوا مخلوطی از دو گاز است. یکی از آنها را به نام گاز آتش خواند که باعث احتراق می شود و دیگری گاز ناپاک (foul)، زیرا پس از مصرف تمامی گاز آتش برجای می ماند.کارهای بعدی نشان دادند که این گاز بخشی از ماده نیتر است که نامی متداول برای پتاسیوم نیترات (KNO₃) بود در نتیجه توسط شیمیدان فرانسوی ژان آنتوان کلود چاپتال در 1790 نیتروژن نامیده شد. اولین کسی که پی برد نیتروژن یک عنصر است آنتوان لوران لاوازیه بود که توانسه بود نقش اکسیژن در احتراق مواد را توضیح دهد. ازت نام فرانسوی نیتروژن به معنای بدون حیات است زیرا برخلاف اکسیژن قابل تنفس نیست و نقشی در حیات ندارد.

 نیتروژن از نظر فراوانی ششمین عنصر کیهانی است. اتمسفر زمین از 75.51 درصد وزنی (78.09 درصد حجمی) نیتروژن تشکیل شده است. نیتروژن آزاد در بسیاری شهابسنگ ها، در گازهای آتشفشانها، معادن و برخی چشمه های آب معدنی یافت می شود. در خورشید و برخی ستاره ها و سهابی ها نیز نیتروژن آزاد وجود دارد. 16 درصد وزن مولکولهای پروتئینی از نیتروژن ساخته شده است. در آب دریا نیز به صورت یونهای آمونیوم،  نیتریت و نیترات وجود دارد.

در ابتدای قرن بیست و یکم هند، روسیه، ایالات متحده، ترینیداد و توباگو و اکراین پنج تولید کننده برتر نیتروژن به شکل آمونیا (NH₃) بوده اند.

در صنعت از طریق تقطیر جزئی هوا نیتروژن بدست می آید. نقطه جوش نیتروژن 195.8- درجه سلسیوس حدود 13 درجه پایین تر از اکسیژن است در نتیجه زودتر از مخلوط هوا جدا می شود. همچنین با سوزاندن هیدروکربن ها در هوا و جدا کردن دی اکسید کربن و آب منتجه از باقیمانده احتراق می توان به نیتروژن رسید. در آزمایشگاه نیز از طریق واکنشهای زیر می توان نیتروژن خالص بدست آورد:

در صنعت از نیتروژن به عنوان یک گاز خنثی برای ممانعت از اکسیداسیون یا فاسد شدن محصولات، یا به عنوان بازدارنده از احتراق و انفجار استفاده می شود. به عنوان یک گاز غیرفعال برای ایجاد پلاستیک فومی (پف کرده) و برای فشرده کردن سوخت مایع جت ها استفاده می شود.  در پزشکی از آن می توان برای انجماد سریع جهت نگهداشت درازمدت خون، مغز استخوان و بافت ها استفاده کرد. هم چنین در تحقیقات دماهای بسیار پایین (کرایوژنیک) از آن استفاده می شود.

نیتروژن در تایر خودرو نیز استفاده می شود زیرا می تواند تغییر در فشار داخلی تایر بواسطه تغییر دما را کاهش دهد. همچنین اندازه مولکول بزرگی دارد که باعث می شود نشت آن از تایرها دشوارتر باشد. در نیتروژن خالص رطوبت کمتری وجود دارد در نتیجه خوردگی تایر در اثر رطوبت کمتر خواهد بود. در نتیجه تایرهای پر شده با نیتروژن بطور متوسط 20 درصد عمر بیشتر از تایرهای پر شده با هوای معمولی دارند.

منابع:

https://www.britannica.com/science/nitrogen

https://www.arrivealive.mobi/nitrogen-in-tyres-and-road-safety

تدریس دروس ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس خصوصی با تجربه و دارای سابقه درخشان

ارائه جزوات مدون و نمونه تمرینهای مفصل

09360771981

حقایقی شگفت انگیز درباره تار عنکبوت

 

شبکه تارهای تنیده شده یک عنکبوت در پرتو خورشید می تواند بسیار منظره زیبایی داشته باشد. اما تارهای عنکبوت دارای خواص شگفت انگیز دیگری نیز هستند. نسبت استحکام به وزن ماده تار عنکبوتشگفت انگیز است. عنکبوت می تواند تارهای خود را هرجایی بتند و به محض گیر افتادن یک حشره داخل آن مطلع می شود.

1. عنکبوت ها دارای حس طراحی هستند.

برخی شبکه تارها براستی پیچیده هستند. برخی تصور می کنند طراحی شبکه تارها صرفا برای کارکرد مشخص آن است در حالی که بسیاری از عنکبوتها بویژه گونه "گوی بافان" (orb weavers) شبکه تارهای خود را تزئین می کنند تا بر زیبایی آن بیافزایند.

2. شبکه تارها طعمه شکار نمی کنند، بلکه آنها را جذب می کنند.

تارهای عنکبوت صرفا یک دام نیستند، بلکه زیبایی آنها طعمه را به خود جذب می کند.

3. درخشندگی شبکه تارعنکبوت دلیل مشخصی دارد.

بسیاری حشرات در طول موج فرابنفش دید بهتر نور دریافت می کنند. تار عنکبوت نور فرابنفش را بهتر منعکس می کند و بر جذابیت آن از سوی طعمه ها می افزاید. پنجره های شبکه تار نیز درزهای بین برگهای گیاهان را شبیه سازی می کند که حشرات بین آنها تمایل بیشتری به پرواز دارند.

4. تارها از چه ساخته شده اند؟

هر عنکبوت مانند یک کارخانه ابریشم سازی است. درون بدن آنها تار بصورت یک مایع بسیار غلیظ ذخیره می شود. یک عنکبوت باغی می تواند تا هفت نوع ابریشم تولید کند که هرکدام توالی پروتئینی خاصی دارند. هر نوع تار کارکرد ویژه ای دارد. برای مثال یک نوع تار به قابلیت کشش شبکه می افزاید در حالی که تار دیگر از شکنندگی شبکه می کاهد. نوع دیگری تار نیز شبکه را مرطوب نگاه می دارد.

5. تار عنکبوت بسیار مستحکم است.

یک تار عنکبوت از فولاد هم قطر خود بسیار مستحکم تر است. یک تار عنکبوت به ضخامت یک مداد می تواند هواپیمای در حال حرکت را متوقف کند!

6. خون عنکبوتها آبی رنگ است.

برخلاف انسانها که آهن هموگلوبین به خون آنها رنگ قرمز می دهد، مولکول حامل اکسیژن در خون عنکبوتها دارای اتم مس است که به خون آنها رنگ آبی می دهد.

منابع:

https://daily.jstor.org/surprising-facts-about-spiderwebs/

https://www.westernexterminator.com/spiders/10-interesting-facts-spiders-need-know/

---

تدریس خصوصی ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس خصوصی با سابقه درخشان

09360771981

راهنمایی در حل تمرینهای ریاضیات

ترجمه متون تخصصی ریاضی

---

تغییرات اقلیمی چیست و چگونه بر کره زمین تاثیر می گذارد؟

 

تصویری که میزان عقب نشینی یخچالها را از سال 1908 نشان می دهد.

تغییرات اقلیمی به هرگونه دگرگونی درازمدت در الگوهای متوسط آب و هوایی در مقیاس جهانی یا منطقه ای گفته می شود. تغییرات اقلیمی در تاریخ کره زمین بارها و به دلایل مختلف اتفاق افتاده است. تغییر دما و الگوهای آب و هوای جهانی امروزه نیز دیده می شود، لیکن این بار توسط فعالیت انسان روی داده است. سرعت پیشرفت آن نیز بسیار بیشتر از تغییرات طبیعی آب و هوا در گذشته است.

دانشمندان به روشهای متفاوتی آب و هوا را در طول زمان ردیابی می کنند. تمام شواهد بدست آمده دال بر این هستند که تغییرات آب و هوای امروزین به انتشار گازهای گلخانه ای مانند دی اکسید کربن و متان مربوط می شود. این گازها گرمای تابش خورشید را دز نزدیکی سطح زمین به دام می اندازند، شبیه دیوارهای شیشه ای یک گلخانه که دما را داخل آن محبوس می کند. اثر تغییرات کوچک در نسبتهای گازهای گلخانه ای در هوا می تواند به یکدیگر افزوده شده و منجر به تغییر عمده ای در مقیاس جهانی شوند.

بطور متوسط اثر گازهای گلخانه ای عبارت از افزایش دمای جهانی است. به این دلیل از تغییرات اقلیمی اغلب به عنوان گرمایش جهانی یاد می شود. لیکن بیشتر پژوهشگران امروزه به علت تغییرپذیری آب و هوا و اقلیم در سراسر دنیا از واژه تغییرات اقلیمی استفاده می کنند. برای مثال افزایش متوسط دمای جهانی می تواند گردش جت استریم را تغییر دهد. جت استریم جریان عمده هوا است که بر آب و هوای آمریکای شمالی تاثیر گذارده و به نوبه خود می تواند به دوره های فصلی سرمای شدید در برخی مناطق منجر شود.

چرا دانشمندان تغییرات اقلیمی را واقعی می دانند؟

اثرات گرمایش جهانی مشهود هستند. اقلیم گذشته زمین در یخ، رسوبات، تشکیلات غارها، تپه های مرجانی و حتی حلقه های درختان ثبت شده است. پژوهشگران می توانند به سیگنالهای شیمیایی مانند دی اکسید کربن به دام افتاده در حبابهای درون یخچالها نگریسته و شرایط جوی در گذشته را تعیین کنند. آنها می توانند گرده های فسیل شده میکروسکوپی را مطالعه کرده و دریابند در هر ناحیه ای چه گیاهانی رشد کرده و آب و هوا چگونه بوده است. همچنین می توانند حلقه های تنه درختان را اندازه گیری کرده و گزارش فصلی دما و رطوبت را تهیه کنند. نسبت های اکسیژن در استالاکتیت ها و استالاگمیت ها می تواند الگوهای رسوب گذاری گذشته را تعیین کند.

اما رسوبات اقیانوسها تغییرات فصلی یا حتی سالانه را در خود ثبت نمی کنند. از آنها می توان برای بدست آوردن تصویر تاری از تغییرات اقلیمی در طی میلیونها سال گذشته استفاده کرد. کهن ترین هسته های حفاری شده از رسوبات اقیانوسها به 65 میلیون سال گذشته باز می گردد.

فنون ثبت دمای زمین از سالهای 1800 بهبود قابل توجهی یافتند و کاپیتان های کشتی ها داده های غنی از دمای اقیانوسها را در گزارشات روزانه خود ثبت کردند. ابداع فناوری ماهواره ای در دهه 1970 انفجاری در داده های قابل دسترس ایجاد کرد که هرچیزی از گستره یخ های قطبی تا دمای سطح آب دریا و پوش ابری را شامل می شوند.

اقلیم چگونه تغییر می یابد؟

در مجموع داده های ثبت شده نشان می دهند که اقلیم جدید در حال تغییر عمده نسبت به شرایط گذشته است. پیش از انقلاب صنعتی میزان دی اکسید کربن موجود در جو 280 مولکول در میلیون بود. در سال 2021 مقدار متوسط جهانی این ماده به 419 مولکول در میلیون رسیده است. میزان افزایش دی اکسید کربن جو در دهه گذشته همواره رو به افزایش بوده است.

قابلیت دی اکسید کربن اضافی جو در به دام انداختن گرما باعث افزایش متوسط دمای جهانی می شود. از سال 1880 دمای متوسط جهانی حدود یک درجه افزایش یافته و دو سوم این افزایش مربوط به سالهای پس از 1975 می شود.

آثار تغییرات اقلیمی

این گرمایش باعث تغییراتی در زیست بوم و محیط زیست ها می شود. برخی از تغییرات وخیم در قطب شمال روی داده که در آن سطح یخزده دریا در حال کاهش است. سال 2020 بدترین سال از این لحاظ بوده و دانشمندان حدس می زنند بین سالهای 2040 تا 2060 قطب شمال شاهد یک تابستان عاری از یخ باشد.

یخچالها، این منابع عظیم یخ قطبی در سراسر جهان در حال پس روی هستند. پارک ملی یخچالها در مونتانا در سال 1850 مکان 150 یخچال بود. اکنون تنها 25 تا از آنها باقی مانده و پیش بینی می شود در دهه آینده همه آنها ناپدید شوند.

ذوب یخها و گسترش آبهای اقیانوسی هم اکنون نیز باعث بالا آمدن سطح آب دریا شده است. این پدیده باعث 3 تا 9 برابر شدن سیلابها در تنها در نواحی ساحلی ایالات متحده شده است.

جذب دی اکسید کربن هوا توسط آب اقیانوس باعث اسیدی شدن آب آنها می شود. از زمان انقلاب صنعتی میزان اسیدی بودن آب اقیانوسها سی درصد افزایش یافته است که ادامه حیات برخی جانداران مانند پلانکتونها و صدفها را دشوار ساخته است.

تغییرات اقلیمی زمانبندی آب و هوای بهاری را نیز تغییر می دهد. در نتیجه گیاهان زودتر گل داده و در اثر سرما برگهای خود را زودتر از دست می دهند. در نتیجه به محصولات باغی و زراعی آسیب فراوانی وارد می شود. خشکسالی و آتش سوزی حیات وحش نیز بسیار پرتعدادتر شده است.

بنابراین به نظر می رسد گونه انسان تنها گونه ای از موجودات زنده است که با تاثیرگذاری بر کره زمین در مقیاس بزرگ توانسته است محیط زندگی را برای خود نامساعد سازد. اگر تغییرات بزرگی در رفتار انسانها روی ندهد، آینده خوبی در انتظار نسل بشر نخواهد بود.

منبع اصلی:

https://www.livescience.com/climate-change.html

---

تدریس ریاضیات دبیرستان و دانشگاه

توسط مدرس مجرب

09360771981

در روز مرگ دایناسورها چه اتفاقی افتاد؟

66 میلیون سال پیش، در انتهای دوره مزوزوئیک خورشید مانند همیشه از شرق طلوع کرد. زبانه های تابش خورشید به باتلاق ها و جنگل های مخروطیان در طول ساحلی که اکنون به نام شبه جزیره یوکاتان مکزیک خوانده می شود، فروتابیدن گرفتند. دریاهای گرم و قرمز رنگ خلیج مکزیک دوباره پر از مظاهر زندگی شدند.

در دنیایی که در آن دایناسورها همه جا می غریدند و حشرات غول پیکر جولان می دادند، سیارکی به بزرگی یک کوه در حال فروآمدن بر زمین با سرعتی حدود 64000 کیلومتر بر ساعت بود.

برای چند لحظه کوتاه پیاپی، یک توپ آتشین که بسیار بزرگتر و درخشانتر از خورشید بنظر می رسید از آسمان بسرعت گذشت. لحظه ای بعد، برخورد سیارک با زمین انفجاری به قدرت بیش از 100 تریلیون تن تی ان تی ایجاد کرد.

این برخورد تا عمق چند ده کیلومتر در پوسته زمین نفوذ کرده و حفره ای به عرض بیش از 185 کیلومتر در آن ایجاد نمود. هزاران کیلومتر مربع صخره در دم تبخیر شدند. این رویداد زنجیره ای از بلایای جهانی ایجاد کرد که موجب نابودی 80 درصد از موجودات زنده بر روی زمین شدند که بیشتر آنها دایناسورها بودند.

از زمان طرح نظریه برخورد آسمانی در دهه 1980، این داستان آخرالزمانی در کتابها و نشریات متعددی بازتاب یافته است. شناسایی حفره عطیم چیکسولاب (Chicxulub Crater) در مکزیک در طی دهه 1990 به دانشمندان ایده درستی در مورد زمان و نحوه رخداد این واقعه ارائه کرد. بعدها شبیه سازی های کامپیوتری به دانشمندان این امکان را داد تصویر دقیقتری از روی فاجعه ترسیم کنند.

تکه ای از سیارک برخورد کرده به زمین که از حفره چیکسولاب استخراج شده است.

اکنون می دانیم هر موجودی که در فاصله 1000 کیلومتری محل برخورد بوده در دم کشته شده است. 9 ثانیه پس از برخورد هر مشاهده گری که در آن فاصله قرار داشته توسط تشعشعات گرمایشی سرخ شده است. درختان، علفها و بوته ها در دم به آتش کشیده شده اند. پس از آتش نوبت به سیل رسیده است. این برخورد یک سونامی امواج به ارتفاع 300 متر ایجاد کرده و بدنبال آن زلزله ای به قدرت 10.1 ریشتر پوسته زمین را تکان داده، زمین لرزه ای که از هر واقعه تجربه شده توسط انسانها قدرتمندتر بوده است. این قدرت معادل حاصل جمع تمام زمین لرزه هایی است که در طی 160 سال پیش در زمین رخ داده اگر همگی آنها همزمان روی دهند .

تنها هشت دقیقه پس از برخورد، مواد مذاب شروع به بیرون ریختن از حفره محل تصادم نمود و همه چیز را زیر لایه ای از مواد مذاب و خاکستر پوشاند. حدود 45 دقیقه بعد، طوفانی از باد با سرعت 965 کیلومتر بر ساعت آن منطقه را در نوردید و هر چه را هنوز بر سرپای ایستاده بود با خاک یکسان کرد. صدای انفجار یک غرش 105 دسی بلی بود که به کر کنندگی یک هواپیمای جت که از نزدیکی زمین بگدرد می نمود.

هزاران کیلومتر دورتر، ناظر انفجار حالا شاهد تیره شدن آسمان و بارانی از گردوخاک نای از انفجار بود که لاینقطع بر زمین می ریخت. شاید سالها بطول انجامید تا آسمان دوباره روشنایی خود را بازیابد.

با وجود کشتار عظیم ناشی از برخورد، این تغییرات زیست محیطی درازمدت پس از واقعه بود که به نابودی بیشتر حیات بر روی زمین از جمله دایناسورها انجامید. تاریک شدن هوا به معنای کاهش قابل ملاحظه فتوسنتز گیاهان بود. ماهها بطول انجامید تا ذرات غبار  خاکستر از های اتمسفر زدوده شوند و تازه پس از آن بارانهای اسیدی باریدن گرفت. آتش سوزی های عظیم پی از واقعه مواد سمی ایجاد کردند که بخش قابل ملاحظه ای از لایه محافظ ازن را نابود ساختند.

سپس ردپای کربنی خود برخورد را باید در نظر گرفت. حدود 10 هزار میلیارد تن دی اکسید کربن، 100 میلیارد تن منواکسید کربن و 100 میلیارد تن دیگر گاز متان در اتمسفر آزاد شد و به دنبال آن یک زمستان اتمی و گرمایش جهانی بزرگ مقیاسی پدید آمد که انقراض نهایی دایناسورها را بدنبال داشت.

کاملترین فسیل یک تی رکس که تاکنون کشف شده است

منبع:

https://www.nationalgeographic.com/animals/article/what-happened-day-dinosaurs-died-chicxulub-drilling-asteroid-science