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深度剖析-氮?dú)猓∟2)

更新時(shí)間:2023-11-07 14:18:37


氮?dú)?,是氮元素形成的一種單質(zhì),化學(xué)式N?。常溫常壓下是一種無色無味的惰性氣體,只有在高溫高壓及催化劑條件下才能和氫氣反應(yīng)生成氨氣,在放電的情況下能和氧氣化合生成一氧化氮;即使Ca、Mg、Sr和Ba等活潑金屬也只有在加熱的情形下才能與其反應(yīng)。氮?dú)獾倪@種高度化學(xué)穩(wěn)定性與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān),2個(gè)N原子以叁鍵結(jié)合成為氮?dú)夥肿?,包?個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵,因?yàn)樵诨瘜W(xué)反應(yīng)中首先受到攻擊的是π鍵,而在N?分子中π鍵的能級比σ鍵低,打開π鍵困難,因而使N?難以參與化學(xué)反應(yīng)。

氮是地球上第30豐富的元素??紤]到氮?dú)庹即髿饬康?/5,即占大氣的78%以上,幾乎可以使用無限量的氮?dú)狻9I(yè)常使用分餾液態(tài)空氣的方法來獲得大量氮?dú)?/span>

氮?dú)庠诖髿庵须m多于氧氣,由于它的性質(zhì)不活潑,所以人們在認(rèn)識氧氣之后才認(rèn)識氮?dú)獾?。不過它的發(fā)現(xiàn)卻早于氧氣。1755年英國化學(xué)家布拉克(Black,J.1728-1799)發(fā)現(xiàn)碳酸氣之后不久,發(fā)現(xiàn)木炭在玻璃罩內(nèi)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(xué)生盧瑟福繼續(xù)用動物做實(shí)驗(yàn),把老鼠放進(jìn)封閉的玻璃罩里直至其死后,發(fā)現(xiàn)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(xù)減少1/11的體積。盧瑟福發(fā)現(xiàn)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?xì)鈦碚f,效果是好的。把磷燃燒后剩余的氣體進(jìn)行研究,盧瑟福發(fā)現(xiàn)這氣體不能維持生命,具有滅火性質(zhì),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(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)使1/5的空氣變?yōu)樘妓釟?,用石灰水吸收后的氣體不助燃也不助呼吸。由于他同盧瑟福都是深信燃素學(xué)說的,因此他們把剩下來的氣體叫做"被燃素飽和了的空氣



由氮元素的氧化態(tài)-吉布斯自由能圖也可以看出,除了NH4離子外,氧化數(shù)為0的N2分子在圖中曲線的最低點(diǎn),這表明相對于其它氧化數(shù)的氮的化合物來講的話,N2是熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài)結(jié)構(gòu)。氧化數(shù)為0到+5之間的各種氮的化合物的值都位于HNO3和N2兩點(diǎn)的連線(圖中的虛線)的上方。因此,這些化合物在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的,容易發(fā)生歧化反應(yīng)。在圖中唯一的一個(gè)比N2分子值低的是NH4離子。正價(jià)氮呈酸性,負(fù)價(jià)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(xué)性質(zhì)十分穩(wěn)定,只有在高溫高壓并有催化劑存在的條件下,氮?dú)饪梢院蜌錃夥磻?yīng)生成氨。同時(shí),由于氮分子N2的化學(xué)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定,氰根離子CN和碳化鈣CaC2中的C2和氮分子結(jié)構(gòu)相似。





氮?dú)庠诔r下是一種無色無味的氣體,占空氣體積分?jǐn)?shù)約78%(氧氣約21%),1體積水中大約只溶解0.02體積的氮?dú)?。氮?dú)馐请y液化的氣體。氮?dú)庠跇O低溫下會液化成無色液體,進(jìn)一步降低溫度時(shí),更會形成白色晶狀固體。在生產(chǎn)中,通常采用黑色鋼瓶盛放氮?dú)狻?/span>

外觀

無色無味的氣體

溶解性

微溶于酒精和水(在273 K和100 kPa下100 ml水能溶解2.4 ml氮?dú)猓?/span>

體積分?jǐn)?shù)

大氣中體積分?jǐn)?shù):78.1% [6]

熔點(diǎn)

-209.86℃ [5]

沸點(diǎn)

-196℃ [1]

相對密度

0.81(-196℃,水=1);相對蒸氣密度0.97(空氣=1)

飽和蒸氣壓

1026.42 kPa(-173℃)

臨界溫度

-147.1℃

臨界壓力

3.4 MPa

辛醇/水分配系數(shù)

0.67 [7]



1、氮?dú)獾幕瘜W(xué)性質(zhì)很穩(wěn)定,一般不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。這種惰性品質(zhì)使它可以廣泛應(yīng)用于許多厭氧環(huán)境,比如用氮?dú)鈱⑻囟ㄈ萜髦械目諝怛?qū)替置換,起到隔離、阻燃、防爆、防腐的作用,這項(xiàng)技術(shù)在輕烴裝置檢修、LPG工程、輸氣管道和液化氣管網(wǎng)吹掃等工業(yè)、民用方面得以應(yīng)用 。氮?dú)膺€可在已加工的食品和藥品的包裝中用作覆蓋氣體,密封電纜、電話線以及給可膨脹的橡膠輪胎加壓等。作為一種防腐劑,氮?dú)庖渤1惶嬷门c井下,以減緩管柱與地層流體接觸所產(chǎn)生的腐蝕。

2、高純氮?dú)庠诮饘偃坭T工藝中被用于對金屬熔體精煉處理,以提高鑄坯質(zhì)量,例如以高純氮?dú)鉃橹鲹胶喜糠謿?、氣在銅加工中作為光亮退火熱處理的保護(hù)性氣體,它有效地防止銅材的高溫氧化,保持銅材表面的光亮,廢除了酸洗工序。以氮?dú)鉃榛镜哪咎繝t煤氣(其成分為:64.1%N2,34.7%CO,1.2%H2和少量CO2)在銅熔鑄時(shí)作為保護(hù)性氣體,使銅熔體在澆鑄面免受氧化,保證了產(chǎn)品質(zhì)量。

3、生產(chǎn)的氮?dú)獯蠹s10%用作制冷劑,主要包括:通常軟的或類似橡膠物質(zhì)的凝固磨碎、低溫加工橡膠、工程技術(shù)部件的冷縮配合和安裝、生物標(biāo)本,如血液的的保存、在運(yùn)輸中制冷等。

4、氮?dú)饪捎糜诤铣梢谎趸蚨趸?,以此來制造硝酸,這種制造方法純度高且價(jià)格較為低廉。此外氮?dú)膺€可用于合成氨及金屬氮化物等。


1、危險(xiǎn)性

危險(xiǎn)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?dú)夂窟^高,使吸入氣氧分壓下降,引起缺氧窒息。吸入氮?dú)鉂舛炔惶邥r(shí),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(tài)不穩(wěn),稱之為"氮酩酊",可進(jìn)入昏睡或昏迷狀態(tài)。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(shí),可發(fā)生氮的麻醉作用;若從高壓環(huán)境下過快轉(zhuǎn)入常壓環(huán)境,體內(nèi)會形成氮?dú)鈿馀?,壓迫神?jīng)、血管或造成微血管阻塞,發(fā)生"減壓病"。

環(huán)境危害:無

燃爆危險(xiǎn):本品不燃。

2、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:(濃度較高時(shí))迅速脫離現(xiàn)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(shí),立即進(jìn)行人工呼吸和胸外心臟按壓術(shù)。就醫(yī)。

3、消防措施

危險(xiǎn)特性:若遇高熱,容器內(nèi)壓增大,有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。

有害燃燒產(chǎn)物:氮?dú)狻?/span>

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(jié)束用霧狀水保持火場中容器冷卻??捎渺F狀水噴淋加速液氮蒸發(fā),但不可使用水槍射至液氮。

4、泄漏應(yīng)急處理

應(yīng)急處理:迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處,并進(jìn)行隔離,嚴(yán)格限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿一般作業(yè)工作服。盡可能切斷泄漏源。合理通風(fēng),加速擴(kuò)散。漏氣容器要妥善處理,修復(fù)、檢驗(yàn)后再用。

5、操作處置儲存

操作注意事項(xiàng):密閉操作。密閉操作,提供良好的自然通風(fēng)條件。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn),嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。搬運(yùn)時(shí)輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。

儲存注意事項(xiàng):儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。儲區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。

6、接觸控制

職業(yè)接觸限值:

中國MAC(mg/m):未制定標(biāo)準(zhǔn)

前蘇聯(lián)MAC(mg/m):未制定標(biāo)準(zhǔn)

TLVTN:ACGIH 窒息性氣體

TLVWN:未制定標(biāo)準(zhǔn)

監(jiān)測方法:

工程控制:密閉操作。提供良好的自然通風(fēng)條件。

呼吸系統(tǒng)防護(hù):一般不需特殊防護(hù)。當(dāng)作業(yè)場所空氣中氧氣濃度低于18%時(shí),必須佩戴空氣呼吸器、長管面具。

眼睛防護(hù):一般不需特殊防護(hù)。

身體防護(hù):穿一般作業(yè)工作服。

手防護(hù):戴一般作業(yè)防護(hù)手套。

其它防護(hù):避免高濃度吸入。進(jìn)入罐、限制性空間或其它高濃度區(qū)作業(yè),須有人監(jiān)護(hù)。




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