Language
Country/Area
No result found
الحالة الصلبة الغامضة للنيتروجين: كيف تم حل هذا اللغز العلمي في عام 1884؟
في عام 1884، لاحظ العالم كارول أولسزيوسكي النيتروجين الصلب لأول مرة، وهو اكتشاف كبير كشف لغز النيتروجين. لا تزال دراسة النيتروجين الصلب تجذب اهتمامًا واسع النطاق في المجتمع الأكاديمي، ليس فقط بسبب تطبيقه في البحث العلمي، ولكن أيضًا لأنه يلعب دورًا مهمًا في تكوين الأجرام السماوية في النظام الشمسي الخارجي.
يعتبر النيتروجين الصلب مكونًا مهمًا للأجسام خارج الأرض عند درجات الحرارة المنخفضة والضغوط المنخفضة؛ وعند درجات الحرارة العالية والضغوط العالية، فهو مادة متفجرة قوية ذات كثافة طاقة تتجاوز كثافة المواد غير النووية الأخرى.
توليد النيتروجين الصلب
إن الطريقة التجريبية التي ابتكرها أولشيفسكي بسيطة للغاية ولكنها مبدعة للغاية: فقد قام أولاً بتسييل الهيدروجين عن طريق تبخير النيتروجين السائل، ثم استخدم درجة الحرارة المنخفضة للهيدروجين السائل لتبريد النيتروجين لجعله صلبًا. وقد مكنته هذه العملية من إنتاج أبرد درجة حرارة للنيتروجين تم تسجيلها على الإطلاق في ذلك الوقت، وهي 48 كلفن (حوالي -225 درجة مئوية)، مسجلاً بذلك رقماً قياسياً عالمياً. وإلى يومنا هذا، لا تزال تقنية إنتاج النيتروجين الصلب في المختبر تتبع عملية مماثلة، وهي تبخير النيتروجين السائل في الفراغ.
الوجود في الطبيعة
يوجد النيتروجين الصلب في الطبيعة بشكل كبير ويمكن العثور عليه حتى على أسطح بلوتو وتريتون قمر نبتون. تم رصد النيتروجين الصلب لأول مرة بشكل مباشر على بلوتو بواسطة مركبة الفضاء نيو هورايزونز في عام 2015، في حين تم تأكيد ظاهرة مماثلة في تريتون بواسطة فوييجر 2 في عام 1989. عند هذه درجات الحرارة المنخفضة، يكون النيتروجين الصلب متقلبًا نسبيًا ويمكن أن يتسامى ويشكل غلافًا جويًا أو يتكثف مرة أخرى في صقيع النيتروجين. يتدفق النيتروجين الصلب عند ضغوط أقل من المواد الأخرى، وعندما يتراكم فإنه يأخذ شكل نهر جليدي، مما يجعل الناس يتعجبون من خصائص النيتروجين الصلب.
رصدت مركبة نيو هورايزونز جليدًا مائيًا "يطفو" على سطح بلوتو، ما ترك المشاهدين في حالة من الدهشة من سلوك النيتروجين الصلب.
تحولات وخصائص النيتروجين الصلب
يظهر النيتروجين الصلب خصائص مختلفة عند ضغوط ودرجات حرارة مختلفة. عند الضغط الجوي القياسي، نقطة انصهار النيتروجين هي 63.23 كلفن. النيتروجين هو عنصر يوجد في العديد من الأشكال الصلبة، وقد جذبت خصائص هذه الأشكال التي تذوب وتتصاعد تحت الضغط العالي أبحاثًا واسعة النطاق. والأمر الأكثر أهمية هو أن النيتروجين الصلب يظهر كثافة طاقة مذهلة تحت الضغط العالي، مما يجعله ذا قيمة في مجال مواد الطاقة.البنية البلورية للنيتروجين الصلب
يوجد النيتروجين الصلب على شكل جزيئات N2 في درجة حرارة الغرفة ومتوسط الضغط. عندما تنخفض درجة الحرارة إلى أقل من 35.6 كلفن، يمكن للنيتروجين أن يتحول إلى الطور ألفا ويبدأ في البلمرة عند ضغط 50 جيجا باسكال. تعمل ظروف الضغط العالي على تعزيز تحويل النيتروجين الصلب إلى بلورات نيتروجين ذات هياكل مختلفة [مثل النيتروجين المكعب والسداسي]. تتمتع هذه الهياكل البلورية المختلفة باختلافات كبيرة في الخصائص الفيزيائية والكيميائية.
لقد أثار وجود النيتروجين في صورة صلبة اهتمامًا كبيرًا باستقراره وتفاعليته في البيئات القاسية، وخاصة تلك الموجودة على أجسام غير الأرض.
التطبيقات والآفاق المستقبلية
إن خصائص النيتروجين الصلب تجعله اتجاهًا مهمًا للأبحاث المستقبلية، وخاصة في تطبيق مواد الطاقة وتعميق الفيزياء النظرية. مع تطور العلوم والتكنولوجيا، قد يلعب النيتروجين الصلب دورًا رئيسيًا في استكشاف الفضاء أو غيره من المجالات العلمية والتكنولوجية. يواصل العلماء استكشاف تنوع النيتروجين الصلب وتطبيقاته المحتملة، على أمل أن يتمكن هذا العنصر الذي يبدو عاديًا من إثبات أداء استثنائي في الأبحاث العلمية المستقبلية.
كيف سيؤثر البحث في النيتروجين الصلب على فهمنا وتطبيقاتنا للمادة في المستقبل؟
