نيلز هنريك ديويد بوهر در سال 1885 و در كپنهاك دانمارك به دنيا آمد. پدر او كريستيان بوهر استاد فيزيولوژي دانشگاه كپنهاك و مادرش اِلن آلدر بوهر دختر يك خانواده يهودي دانماركي سرشناس در مراكز بانكي و پارلماني بود. خانواده بوهر كليسا رو نبودند ولي زن خانواده برخلاف يهودي بودنش توافق كرده بود كه بچه ها مسيحي بار آورده شوند. بوهر در سال 1903 در رشته فيزيك دانشگاه كپنهاك نام نويسي كرد. در دانشگاه نيلز با انجام آزمايشهايي درباره نيروي كشش سطحي آب و اندازه گيري آن نيرو خود را ممتاز كرد و توانست به پاس انجام آن كار مدال طلاي آكادمي علوم و ادبيات دانمارك را به دست آورد. وي در سال 1911 با نوشتن تزي درباره نظريه الكتروني فلزات- كه تأكيد آن بر نارسايي هاي فيزيك كلاسيك درتوضيح رفتار ماده در سطح اتمي بود- درجه دكتراي خود را دريافت كرد. نوشتن آن تز آغاز تمركز انديشه وي بر روي موضوع تحقيق بقيه دوره زندگي خود بود. بوهر در انگلستان پس از همكاري مختصري با ج.ج. تامسون در كمبريج رهسپار آزمايشگاه رادرفورد در منچستر شد. داشتن رابطه با رادرفورد سرمشق حيات علمي بعدي او شد. آن دو از همان نخستين ملاقات با يكديگر دوست شدند و تا پايان عمر دوستاني نزديك باقي ماندند. در واقع رادرفورد بود كه بوهر را به بالاترين تراز پژوهش در زمينه فيزيك آورد. بوهر كه در درك اهميت نظري شگرف و ارزش انكشافي الگوي هسته اي اتم كه در سال 1910 توسط رادرفورد عرضه شده بود- ذهني تند و تيز داشت از آن استفاده كرد تا نكات ريز را روشن سازد:
1- خواص شيميايي يك اتم از جمله جاي آن در جدول تناوبي بستگي به آرايش الكترونهاي آن دارد.
2- خواص راديواكتيو (پرتو زا) با هسته مرتبط است.
3- ايزوتوپها متناظرند با اتمهايي كه داراي الكترونهاي يكسان اما هسته هاي جرمي متفاوتند.
4- فروپاشي پرتو زا بار هسته و در نتيجه تعداد الكترونها و هويت شيميايي اتم را تغيير مي دهد.
بوهر سپس به نحوه تعيين ماهيت دقيق رابطه ميان عدد اتمي يك عنصر كه فشرده و خلاصه اي از رفتار شيميايي آن به شمار مي رود و تعداد الكترونهاي موجود در اتم پي برد. بوهر در سال 1912 به دانمارك بازگشت و به سمت دانشياري فيزيك دانشگاه كپنهاك منصوب شد. او پس از شكل گيري حرفه آينده اش در كپنهاك با مارگارت نورلند ازدواج كرد. ازدواج آن دو پيوندي محكم و پر از خوشبختي از آب در آمد و براي بوهر منبع مادام العمر وفاق و قوت شد. زن و شوهر شش فرزند پسر پيدا كردند كه چهارتن از آنها به سن بلوغ و بالاتر از آن رسيدند. بوهر در پي استقرار در كپنهاك به انديشه درباره جنبه هاي نظري مدل اتم هسته دار رادرفورد ادامه داد. اين مدل مانند منظومه شمسي بسيار كوچك با هسته اي در ميان به مثابه خورشيد و الكترونهايي در حال گردش به گرد آن به مثابه سيارات بود. فيزيكدانان آن را در در كل پذيرفته بودند اما در آن اشكال بزرگي هم كه امروزه آن را يك ناهنجاري مي خوانند مي ديدند. به موجب نظريه الكترومغناطيس ذره باردار و چرخاني مانند الكتروند بايد در هر دور گردش مقداري انرژي به صورت تابش پخش و در نتيجه بخشي از انرژي خود را از دست بدهد. طبق تئوري در چنين حالتي دايره مسير بايد مارپيچ وار تنگ و تنگ تر شده الكترون سرانجام به درون هسته سقوط ميكند اما اين وضع پيش نيامده و الكترونها به داخل هسته فرو نمي ريزند و اتم به مدت نامحدود پايدار باقي مي ماند. ناهنجاري بدين سان در اين مغايرت رفتار الكترون با پيش بيني نظريه الكترومغناطيس بود.
بوهر براي يافتن توضيح مسأله شيوه تازه اي به كار برد و گفت: تئوري بي تئوري. الكترون تا زماني كه به چرخش ادامه مي دهد هيچ تابشي از خود به بيرون نمي فرستد. او اين را در حالي مي گفت كه نظريه و شواهد آزمايشگاهي، هر دو، نشان مي دادند كه وقتي هيدروژن حرارت ببيند از خود نور تابش ميكند و عقيده اين بود كه آن نور از الكترون اتم هم تابش مي شود. بوهر در سال 1913 با آن روش به تجسم ساختاري براي اتم دست يافت. بوهر در توضيح چگونگي رفتار الكترون از وجود رابطه جديدي بين ماده و ور سخن به ميان آورد و گفت كه الكترون در رفتن از مداري به مدار ديگر انرژي، بصورت بسته يا پيمانه هايي از انرژي تشعشعي جذب يا تابش مي كند (چيزي كه امروزه فوتون يا كوآنتوم نور ناميده مي شود). هرچه طول موج تابيده كمتر باشد انرژي فوتون آن بيشتر است.
هيدروژن سه خط طيفي روشن به رنگهاي قرمز، سبز متمايل به آبي و آبي دارد. بوهر تشريح كرد كه اين خطوط رنگي واضح طيف همان تابشهاي اتم هيدروژن هستند. نور قرمز هنگامي تابش مي شود كه الكترون از مدار سوم به مدار دوم بجهد و نور سبز متمايل به آبي مربوط به جهش الكترون از مدار چهارم به دوم است. در آغاز بسياري از فيزيكدانان مسن تر از جمله ج.ج تامسون درباره درستي نظريه بوهر ترديد كردند اما رادرفورد از حاميان آن شد بطوريكه نظريه جديد سرانجام پذيرفته شد. بوهر در سال 1913 سه مقاله درباره ساختار اتم منتشر كرد كه يكي از آنها مقاله «درباره ساختمان اتم و مولكول» بود. او سالهاي 1914 تا 1916 را در منچستر گذرانيد و يكبار ديگر در آنجا تحت حمايت رادرفورد به كار پراخت. پس از آن در سال 1916 تصدي كرسي استادي فيزيك دانشگاه كپنهاك به او پيشنهاد شد. وي به قصد قبول آن به دانمارك بازگشت و تا پايان عمر مدير آن مؤسسه باقي ماند.
فرهنگستان علوم سوئد در نوامبر سال 1922 جايزه فيزيك نوبل را به نيلز بوهر اعطاء كرد. او ششمين دانماركي و نخستين فيزيكدان دانماركي بود كه به دريافت آن نشان افتخار نائل مي آمد. بوهر در دهه 1930 ضمن ادامه كار روي نظريه كوانتومي، سهمي نيز در پيشبرد زمينه جديد فيزيك هسته اي ادا كرد. برداشت او از هسته اتم كه وي آن را به قطره اي مايع تشبيه كرد، قدم مهمي در راه درك پديده هاي هسته اي بسيار شد. مدل او به ويژه در درك نحوه شكافت هسته اتم كه در سال 1939 مشاهده شد نقشي كليدي داشت. پس از جنگ جهاني دوم، بوهر كه بيشتر و به عبث كوشيده بود تا رهبران كشورهاي متفق را به پذيرش نظرات خود در مورد پيشگامي بين المللي به منظور محدود ساختن خطرات جنگ هسته اي برانگيزد. در ماه ژوئن 1950 نامه سرگشاده اي خطاب به سازمان ملل متحد انتشار داد و درخواست خويش مبني بر ايجاد يك «دنياي آزاد» را به عنوان پيش شرط صلح تكرار كرد. از جمله فعاليتهاي علمي بعدي او نقش رهبرانه اي بود كه در سال 1955 در سازمان دادن به مؤسسه اي دانماركي براي استفاده سازنده از كار مايه هسته اي ايفا كرد. بوهر در سالهاي پاياني عمر خود در عرصه دانش فيزيك بيشتر يك تماشاگر بود تا يك ايفا كننده نقش و با اين حال هنوز در ايجاد يك جو اخلاقي قوي در جامعه اعمال نفوذ مهمي مي كرد. او در دوره اشتغال به حرفه خود به دو نسل فيزيكدان اثر گذاشت، به روش برخورد آنها با مسائل علمي شكل داد و براي نشان دادن راه درست زيستن به انسان دانش پژوه الگويي از شخص خود ارائه داد. بوهر در 18 نوامبر سال 1962 در سن هفتاد و هفت سالگي در كپنهاك درگذشت. وي شخصيت علمي بسيار محبوبي بود كه پس از مرگش جهان متمدن يكسر در سوگ فرو رفت. بوهر در سرتاسر زندگي حرفه اي ممتاز خود شخصيتي روحاً انسان دوست و عميقاً بين المللي بود.
نيتروژن يكي از عناصر شيميايي در جدول تناوبي است كه نماد آن N و عدد اتمي آن 7 است. نيتروژن معمولا به صورت يك گاز،غير فلز، دو اتمي بي اثر، بي رنگ، بي مزه و بي بو است كه 78% جو زمين را در بر گرفته و عنصر اصلي در بافتهاي زنده است. نيتروژن تركيبات مهمي مانند آمونياك اسيد نيتريك و سيانيدها را شكل ميدهد.
خصوصيات قابل توجه
نيتروژن از گروه غير فلزات بوده و دارا بار الكترون منفي 3.0 مي باشد. نيتروژن پنج الكترون در پوسته خود داشته و در نتيجه در اكثر تركيبات سه ظرفيتي ميباشد. نيتروژن خالص يك گاز بي اثر و بي رنگ ميباشد و 78% جو زمين را به خود اختصاص داده است. در 77K منجمد شده و در 63k به صورت مايع تبديل به ماده برودتي معروف Cryogen ميشود.
كاربردها
مهمترين كاربرد اقتصادي نيتروژن براي ساخت آمونياك از طريق فرايند هابر (Haber) ميباشد. آمونياك معمولا براي توليد كود و مواد تقويتي و اسيد نيتريك استفاده ميشود. نيتروژن همچنين بعنوان پر كننده بي اثر، در مخزنهاي بزرگ براي نگهداري مايعات قابل انفجار، در هنگام ساخت قطعات الكترونيك مانند ترانزيستور، ديود و مدار يكپارچه و همچنين براي ساخت فلزات ضد زنگ استفاده ميشود. نيتروژن همچنين به صورت ماده خنك كننده، براي هم منجمد كردن غذا و هم حمل و نقل آن، نگهداري اجساد و سلولهاي تناسلي (اسپرم و تخم مرغ)، و در بيولوژي براي نگهداري پايدار از نمونه هاي زيستي كاربرد دارد.
نمك اسيد نيتريك شامل تركيبات مهمي مانند نيترات پتاسيوم و سديوم و نيترات آمونيوم ميباشد. كه اولي براي توليد باروت و دومي براي توليد كود به كار ميرود. تركيبات نيترات شده مانند نيتروگليسرين و تري نيترو تولوئن «TNT) معمولا منفجر شونده هستند.
اسيد نيتريك به عنوان ماده اكسيد كننده در مايع سوخت راكتها استفاده ميشود. هيدرازين و مشتقات آن نيز در سوخت راكتها بكار ميروند.
نيتروژن اغلب در مبردها (Cryogenic)، به صورت مايع (معمولا LN2) استفاده ميشود. نيتروژن مايع با عمل تقطير هوا به دست مي آيد. در فشار جو، نيتروژن در دماي -195.8 درجه سانتيگراد (-320.4 درجه فارنهايت) مايع ميشود.
تاريخچه
نيتروژن (كه لاتين آن nitrum و يوناني آن Nitron به معني "جوش شيرين محلي"، "شكل دادن" و "ژن يا عامل" ميباشد) توسط شخصي به نام Daniel Rutherford كه آن را هواي مهلك ناميد، در سال 1772 كشف شد. دو اواخر قرن 18 شيميدانان بخشي از هوا را يافتند، كه عمل احتراق را همراهي نميكرد. در همان زمان نيتروژن توسط Carl Wilhelm Scheele، Henry Cavendish و Joseph Priestley كه آن را هواي سوخته ناميدند مطالعه و برسي شد. گاز نيتروژن به قدري بي اثر بود كه Antoine Lavoisier آن را ازت كه به معني بدون زندگي است، نام نهاد.
تركيبات نيتروژن در قرون وسطي شناخته شده بود. كيميا گران اسيد نيتريك را به عنوان بازدم آب ميشناختند. تركيب نيتريك و اسيد هيدروكلريك به عنوان تيزاب سلطاني شناخته شده بود، براي آب كردن طلا مشهور بود.
پيدايش
نيتروژن بيشترين عنصر جو كره زمين از نظر حجم ميباشد. (78.1 % حجمي) و براي اهداف صنعتي با عمل تقطير هواي مايع بدست مي آيد. تركيباتي كه حاوي اين عنصر هستند در فضاي بيروني نيز مشاهده شده اند . نيتروژن -14 در اثر عمل هم جوشي هستهاي در ستارگان، توليد ميگردد. نيتروژن از تركيبات عمده ضايعات حيواني(مانند چلغوز يا كود) بوده و معمولا به صورت اوره، H3)، البته هيدرازين (N2H4) نيز مشهور است. تركيب آمونياك ساده تر از آب بوده و در محلول يونهاي آمونياك (NH4+) را تشكيل ميدهد. آمونياك مايع در حقيقت كمي آمفيروتيك بوده و آمونياك و يونهاي آمينه (NH2-) را بوجود مي آورد؛ كه البته هر دو نمك آميدها و نيتريد شناخته شدهاند، ولي در آب تجزيه مي شوند. تركيبات جانشين آمونياك به تنهايي يا باهم، آمينها ناميده ميشوند. زنجيره ها، حلقه ها و ساختارهاي بزرگتر هيدريدهاي نيتروژني نيز شناخته شده اند، ولي در واقع ناپايدار هستند.
گروههاي ديگر آنيونهاي نيتروژن، آزيدين ها (N3-) هستند، كه خطي بوده و نسبت به دي اكسيد كربن ايزو الكتريك ميباشند. مولوكول ديگر با ساختار مشابه، مونوكسيد دي نيتروژن N2O يا گاز خنده ميباشد، و يكي از اكسيدهاي گوناگون بوده و برجسته تر از مونوكسيد نيتروژن (NO) و دي اكسيد نيتروژن (NO2) است، كه هر دوي آنها الكترون غير زوج دارند. كه دومي تمايلي را به dimerize نشان داده و از اجزاي تشكيل دهنده هواي آلوده است.
اكسيدهاي استاندارد بيشتري مانند تري اكسيد دي نيتروژن (N2O3) و پنتاكسيد دي نيتروژن (N2O5) معمولا تا حدي نا پايدار و قابل انفجار هستند. اسيدهاي متناظر آنها نيتروس (HNO2) و اسيد نيتريك (HNO3) بوده با نمكهاي متناظر كه نيتريتها و نيتراتها ناميده ميشوند. اسيد نيتريك يكي از چند اسيدي است كه از هيدرونيوم قوي تر ميباشد.
نقش بيولوژيكي
نيتروژن عنصر اصلي اسيدهاي آمينه و اسيدهاي هسته اي كه نيتروژن را ماده اي حياتي براي ادامه زندگي ميكنند، ميباشد. لوبيا مانند اكثر گياهاني كه دانه هاي سبوسي دارند ميتواند عمل بازيافت نيتروژن را به طور مستقيم از هوا انجام دهد، چراكه ريشه هاي آنها داراي برآمدگي هايي، براي نگهداري ميكروبهايي است كه عمل تبديل به آمونياك را فرايندي به نام تثبيت نيتروژن انجام ميدهد، مي باشد. اين گياهان آمونياك را به اكسيدهاي نيتروژن و آمينو اسيد تبديل كرده و چچپروتئينجج ميسازند.
ايزوتوپها
نيتروژن دو ايزوتوپ پايدار دارد: (N-14 , N-15). كه مهمترين آن دو N-14 (99.634%) ميباشد كه در چچچرخه CNOجج در ستارگان توليد ميشود. مابقي، ايزوتوپ N-15 ميباشد. يكي از ده ايزوتوپي كه به صورت مصنوعي توليد ميشوند داراي چچنيمه عمرجج نه دقيقه اي داشته و ايزوتوپهاي ديگر نيمه عمر چند ثانيه يا كمتر دارند.
واكنشهاي بيولوژيكي-واسطهاي (مانند همانند سازي، جذب و تركيب نيترات سازي) و ... پويايي نيتروژن در خاك را به شدت كنترل ميكنند. اين تركيبات معمولا باعث عمل غني سازي N-15 لايه زيرين و تخليه محصول ميشود. البته اين فرايند سريع اغلب مقاديري از آمونيام و نيترات نيز در بر دارد، زيرا آمونيوم بصورت ترجيحي بوسيله سايبان جو نيترات، نكهداري مي شود. خاك نيتراتي نسبت به خاك آمونيومي، توسط ريشه درختان بهتر جذب و تركيب ميشود.
هشدارها
كودهاي نيتراتي شسته شده منبع اصلي آلودگي رودها و آبهاي زير زميني است. سيانو (-CN) حاوي تركيباتي است كه بي نهايت سمي بوده و براي حيوانات و همه چچپستاندارانجج كشنده است.
