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                氮氣的作用

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                氮氣的作用

                發布日期:2018-08-24 00:00 來源:http://www.jlhlscfx.com 點擊:

                   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。[1]

                  

                  正價氮呈酸性,負價氮呈堿性。

                  

                  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。同時,由于氮分子N2的化學結構比較穩定,氰根離子CN和碳化鈣CaC2中的C2和氮分子結構相似。

                  

                氮氣

                  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

                  

                  二氧化氮溶于水,生成硝酸,一氧化氮

                  

                  五氧化二氮溶于水,生成硝酸,

                  

                  折疊活潑金屬反應

                  

                  N2 與金屬鋰在常溫下就可直接反應

                  

                  N2與堿土金屬Mg 、Ca 、Sr 、Ba 在熾熱的溫度下作用

                  

                  N2與鎂條反應:3Mg+N2=點燃=Mg3N2(氮化鎂)

                  

                  折疊非金屬反應

                  

                  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。

                  

                  折疊編輯本段物理性質

                  

                  氮氣在常況下是一種無色無味的氣體,占空氣體積分數約78%(氧氣約21%),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:[2]

                  

                  氮氣在大氣中雖多于氧氣,由于它的性質不活潑,所以人們在認識氧氣之后才認識氮氣的。不過它的發現卻早于氧氣。1755年英國化學家布拉克(Black,J.1728-1799)發現碳酸氣之后不久,發現木炭在玻璃罩內燃燒后所生成的碳酸氣,即使用苛性鉀溶液吸收后仍然有較大量的空氣剩下來。后來他的學生D·盧瑟福繼續用動物做實驗,把老鼠放進封閉的玻璃罩里直至其死后,發現玻璃罩中空氣體積減少1/10;若將剩余的氣體再用苛性鉀溶液吸收,則會繼續減少1/11的體積。D·盧瑟福發現老鼠不能生存的空氣里燃燒蠟燭,仍然可以見到微弱的燭光;待蠟燭熄滅后,往其中放入少量的磷,磷仍能燃燒一會,對除掉空氣中的助燃氣來說,效果是好的。把磷燃燒后剩余的氣體進行研究,D·盧瑟福發現這氣體不能維持生命,具有滅火性質,也不溶于苛性鉀溶液,因此命名為"濁氣"或"毒氣"。在同一年,普利斯特里作類似的燃燒實驗,發現使1/5的空氣變為碳酸氣,用石灰水吸收后的氣體不助燃也不助呼吸。由于他同D·盧瑟福都是深信燃素學說的,因此他們把剩下來的氣體叫做"被燃素飽和了的空氣"。[3]

                  

                  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。

                  

                  1.提高輪胎行駛的穩定性和舒適性[4]

                  

                  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。

                  

                  折疊其他作用

                  

                  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。


                相關標簽:液態氣體

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