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氮氣

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基本信息:

中文名:氮氣

英文名:Nitrogen

化學式:N2

相對分子質量:28.013

化學性質:不活潑

CAS登錄號:7727-37-9

EINECS登錄號:231-783-9

發現者:亨利·卡文迪許

命名者:安托萬-洛朗·拉瓦錫



化學性質

由氮元素的氧化態-吉布斯自由能圖也可以看出,除了NH4+離子外,氧化數為0的N2分子在圖中曲線的最低點,這表明相對于其它氧化數的氮的化合物來講的話,N2是熱力學穩定狀態結構。氧化數為0到+5之間的各種氮的化合物的值都位于HNO3和N2兩點的連線(圖中的虛線)的上方,因此,這些化合物在熱力學上是不穩定的,容易發生歧化反應。在圖中唯一的一個比N2分子值低的是NH4+離子。

由氮分子中三鍵鍵能很大,不容易被破壞,因此其化學性質十分穩定,只有在高溫高壓并有催化劑存在的條件下,氮氣可以和氫氣反應生成氨。

氮化物反應

氮化鎂與水反應:Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2+2NH3↑

在放電條件下,氮氣才可以和氧氣化合生成一氧化氮:N2+O2=放電=2NO

一氧化氮與氧氣迅速化合,生成二氧化氮2NO+O2=2NO2

二氧化氮溶于水,生成硝酸,一氧化氮3NO2+H2O=2HNO3+NO

五氧化二氮溶于水,生成硝酸,N2O5+H2O=2HNO3

氮和活潑金屬反應

N2 與金屬鋰在常溫下就可直接反應:6Li + N2 === 2Li3N

N2與堿土金屬Mg 、Ca 、Sr 、Ba 在熾熱的溫度下作用: 3Ca + N2 =△= Ca3N2

N2與鎂條反應:3Mg+N2=點燃=Mg3N2(氮化鎂)

氮和非金屬反應

N2與氫氣反應制氨氣:N2+3H2?2NH3 (高溫 高壓 催化劑)

N2與硼要在白熱的溫度才能反應: 2 B + N2=== 2BN (大分子化合物)

N2與硅和其它族元素的單質一般要在高于1473K的溫度下才能反應。



 技術指標

 

物理性質

氮氣在常況下是一種無色無味的氣體,且通常無毒。氮氣占空氣總量的78.12%(體積分數),在標準情況下的氣體密度是1.25g/L,氮氣難溶于水,在常溫常壓下,1體積水中大約只溶解0.02體積的氮氣。氮氣是難液化的氣體。氮氣在極低溫下會液化成無色液體,進一步降低溫度時,更會形成白色晶狀固體。在生產中,通常采用黑色鋼瓶盛放氮氣。其他物理性質見下表:


項 目
化學式
相對分子質量
CAS登錄號
EINECS登錄號
英文名稱
熔點
沸點,101.325kPa(1atm)時
臨界溫度
臨界壓力
臨界體積
臨界密度
臨界壓縮系數
液體密度,-180℃時
液體熱膨脹系數,-180℃時
表面張力,-210℃時
氣體密度,101.325 kPa(atm)和70F(21.1℃)時
氣體相對密度,101.325 kPa(1atm)和70F時(空氣=1)
汽化熱,沸點下
熔化熱,熔點下
氣體定壓比熱容cp,25℃時
氣體定容比熱容cv,25℃時
氣體比熱容比,cp/cv
液體比熱容,-183℃時
固體比熱容,-223℃時
溶解度參數
液體摩爾體積
在水中的溶解度,25℃時
氣體黏度,25℃時
液體黏度,-150℃時
氣體熱導率,25℃ 時
液體熱導率,-150℃時
屬 性
N2
28.013
7727-37-9
231-783-9
Nitrogen
63.15K,-210℃
77.35K,-195.8℃
126.1K,-147.05℃
3.4MPa,33.94bar,33.5atm,492.26psia
90.1cm3/mol
0.3109g/cm3
0.292
0.729g/cm3
0.00753 1/℃
12.2×10-3 N/m,12.2dyn/cm
1.160kg/m3,0.0724 lb/ft3
0.967
202.76kJ/kg,87.19 BTU/1b
25.7kJ/kg,11.05 BTU/1b
1.038kJ/(kg· k),0.248 BTU/(1b·R)
0.741kJ/(kg· k),0.177 BTU/(1b·R)
1.401
2.13kJ/(kg·k),0.509 BTU/(1b·R)
1.489kJ/(kg·k),0.356 BTU/(1b·R)
9.082(J/cm3 )0.5
34.677cm3 /mol
17.28×10-6(w)
175.44×10-7Pa·s,175.44μP
0.038mPa ·s,0.038 cp
0.02475W/(m · K)

0.0646W/(m · K)

化工合成

氮主要用于合成氨,反應式為N2+3H2?2NH3( 條件為高壓,高溫、和催化劑。反應為可逆反應)還是合成纖維(錦綸、腈綸),合成樹脂,合成橡膠等的重要原料。 氮是一種營養元素還可以用來制作化肥。例如:碳酸氫銨NH4HCO3,氯化銨NH4Cl,硝酸銨NH4NO3等等。

汽車輪胎

1.提高輪胎行駛的穩定性和舒適性

氮氣幾乎為惰性的雙原子氣體,化學性質極不活潑,氣體分子比氧分子大,不易熱脹冷縮,變形幅度小,其滲透輪胎胎壁的速度比空氣慢約30~40%, 能保持穩定胎壓,提高輪胎行駛的穩定性,保證駕駛的舒適性;氮氣的音頻傳導性低,相當于普通空氣的1/5,使用氮氣能有效減少輪胎的噪音,提高行駛的寧靜度。 

2.防止爆胎和缺氣碾行

爆胎是公路交通事故中的頭號殺手。據統計,在高速公路上有46%的交通事故是由于輪胎發生故障引起的,其中爆胎一項就占輪胎事故總量的70%。汽車行駛時,輪胎溫度會因與地面磨擦而升高,尤其在高速行駛及緊急剎車時,胎內氣體溫度會急速上升,胎壓驟增,所以會有爆胎的可能。而高溫導致輪胎橡膠老化,疲勞強度下降,胎面磨損劇烈,又是可能爆胎的重要因素。而與一般高壓空氣相比,高純度氮氣因為無氧且幾乎不含水份不含油,其熱膨脹系數低,熱傳導性低,升溫慢,降低了輪胎聚熱的速度,不可燃也不助燃等特性,所以可大大地減少爆胎的幾率。

3.延長輪胎使用壽命

使用氮氣后,胎壓穩定體積變化小,大大降低了輪胎不規則磨擦的可能性,如冠磨、胎肩磨、偏磨,提高了輪胎的使用壽命;橡膠的老化是受空氣中的氧分子氧化所致,老化后其強度及彈性下降,且會有龜裂現象,這時造成輪胎使用壽命縮短的原因之一。氮氣分離裝置能極大限度地排除空氣中的氧氣、硫、油、水和其它雜質,有效降低了輪胎內襯層的氧化程度和橡膠被腐蝕的現象,不會腐蝕金屬輪輞,延長了輪胎的使用壽命,也極大程度減少輪輞生銹的狀況。

4.減少油耗,保護環境

輪胎胎壓的不足與受熱后滾動阻力的增加,會造成汽車行駛時的油耗增加;而氮氣除了可以維持穩定的胎壓,延緩胎壓降低之外,其干燥且不含油不含水,熱傳導性低,升溫慢的特性,減低了輪胎行走時溫度的升高,以及輪胎變形小抓地力提高等,降低了滾動阻力,從而達到減少油耗的目的。

氮氣彈簧

       氮氣彈簧


其他作用

由于氮的化學惰性,常用作保護氣體,如:瓜果,食品,燈泡填充氣。以防止某些物體暴露于空氣時被氧所氧化,用氮氣填充糧倉,可使糧食不霉爛、不發芽,長期保存。液氮還可用作深度冷凍劑。作為冷凍劑在醫院做除斑,包,豆等的手術時常常也使用, 即將斑,包,豆等凍掉,但是容易出現疤痕,并不建議使用。高純氮氣用作色譜儀等儀器的載氣。用作銅管的光亮退火保護氣體。跟高純氦氣、高純二氧化碳一起用作激光切割機的激光氣體。氮氣也作為食品保鮮保護氣體的用途。在化工行業,氮氣主要用作保護氣體、置換氣體、洗滌氣體、安全保障氣體。用作鋁制品、鋁型材加工,鋁薄軋制等保護氣體。用作回流焊和波峰焊配套的保護氣體,提高焊接質量。用作浮法玻璃生產過程中的保護氣體,防錫槽氧化。

操作處置與儲存

操作注意事項:密閉操作。密閉操作,提供良好的自然通風條件。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備泄漏應急處理設備。

儲存注意事項:儲存于陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。儲區應備有泄漏應急處理設備。

運輸信息

危險貨物編號:22005

UN編號:1066

包裝標志:不燃氣體

包裝類別:O53

包裝方法:鋼質氣瓶;安瓿瓶外普通木箱。

運輸注意事項:采用鋼瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,并應將瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超過車輛的防護欄板,并用三角木墊卡牢,防止滾動。嚴禁與易燃物或可燃物等混裝混運。夏季應早晚運輸,防止日光曝曬。鐵路運輸時要禁止溜放。

危險性概述

危險性類別:第2.2類 惰性氣體

侵入途徑:吸入

健康危害:空氣中氮氣含量過高,使吸入氣氧分壓下降,引起缺氧窒息。吸入氮氣濃度不太高時,患者最初感胸悶、氣短、疲軟無力;繼而有煩躁不安、極度興奮、亂跑、叫喊、神情恍惚、步態不穩,稱之為“氮酩酊”,可進入昏睡或昏迷狀態。吸入高濃度,患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。

潛水員深潛時,可發生氮的麻醉作用;若從高壓環境下過快轉入常壓環境,體內會形成氮氣氣泡,壓迫神經、血管或造成徽血管阻塞,發生“減壓病”。

環境危害:無

燃爆危險:本品不燃。

急救措施

皮膚接觸:沒事(因空氣中就含有約78%的氮)

眼睛接觸:沒事(理由同上)

吸入:迅速脫離現場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。呼吸心跳停止時,立即進行人工呼吸和胸外心臟按壓術。就醫。

食入:沒事

消防措施

危險特性:若遇高熱,容器內壓增大,有開裂和爆炸的危險。

有害燃燒產物:氮氣。

滅火方法:本品不燃。盡可能將容器從火場移至空曠處。噴水保持火場容器冷卻,直至滅火結束用霧狀水保持火場中容器冷卻。可用霧狀水噴淋加速液氮蒸發,但不可使用水槍射至液氮。

泄漏應急處理

應急處理:迅速撤離泄漏污染區人員至上風處,并進行隔離,嚴格限制出入。建議應急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿一般作業工作服。盡可能切斷泄漏源。合理通風,加速擴散。漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗后再用。





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