氮氣(Nitrogen),是氮元素形成的一種單質,化學式N?。常溫常壓下是一種無色無味的氣體,只有在高溫高壓及催化劑條件下才能和氫氣反應生成氨氣,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。
氮氣的這種高度化學穩(wěn)定性與其分子結構有關,2個N原子以叁鍵結合成為氮氣分子,包含1個σ鍵和2個π鍵,因為在化學反應中受到攻擊的是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?難以參與化學反應。
氮是地球上第30豐富的元素??紤]到氮氣占大氣量的4/5,即占大氣的78%以上,幾乎可以使用無的氮氣。工業(yè)常使用分餾液態(tài)空氣的方法來獲得大量氮氣
瑞典化學家卡爾·謝勒(Carl Scheele)和蘇格蘭植物學家丹尼爾·盧瑟福(Daniel Rutherford)在1772年分別發(fā)現了氮。牧師卡文迪許和拉瓦錫也在差不多的同一時間立地獲得了氮。Rutherford在他的老師Joseph Black的啟發(fā)下,研究含碳物質在有的空氣中燃燒后所留下的殘余“空氣”的性質時,他用KOH除去CO2,從而獲得了氮。他認為這是從已燃燒的物質中吸收了燃素的普通空氣。有些人不顧A. L. Lavoisier的研究成果,直到1840年還在爭論關于氮氣的基本性質。
氮分子中的兩個氮原子之間形成一條σ鍵和兩個π鍵。與類似的CO、C2H4等分子相比,N2的成鍵分子軌道σ2p(-15.59 eV)和π2p(-16.73 eV)能量比較低,反鍵分子軌道π*2p(8.17 eV)能量比較高,不但難以接受電子也不易給出電子,具有較強的穩(wěn)定性,離解能高達945 kJ/mol,即使在3273 K時也不分解
氮氣是一種有惰性的氣體,一般不與其他物質發(fā)生反應,但在一定條件下,氮可與堿金屬或堿土金屬反應,相當于在氮分子的反鍵分子軌道上填充一個電子,金屬的給電子能力越強,反應越易進行。如,在常溫下鋰可與氮直接反應,而鈣需要加熱到一定條件才能于氮氣反應:
ⅢA和ⅣA族的一些元素在加熱條件下能與氮氣反應:
在高溫、高壓和催化劑存在的條件下,氮能與氫反應生成氨:
該方法是以壓縮空氣為原料,一般以分子篩為吸附劑,在一定的壓力下,利用空氣中氧氣和氮氣分子在不同分子篩表面吸附量的差異,在一定時間內氧在吸附相富集,氮在氣體相富集,實現氧、氮分離;而卸壓后分子篩吸附劑解析再生,循環(huán)使用。 [3]吸附劑除了分子篩之外,還可應用活性氧化鋁、硅膠等。
1、氮氣的化學性質很穩(wěn)定,一般不與其他物質發(fā)生反應。這種惰性品質使它可以廣泛應用于許多厭氧環(huán)境,比如用氮氣將特定容器中的空氣驅替置換,起到隔離、阻燃、防爆、防腐的作用,這項技術在輕烴裝置檢修、LPG工程、輸氣管道和液化氣管網吹掃等工業(yè)、民用方面得以應用 [11]。氮氣還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,氮氣也常被替置與井下,以減緩管柱與地層流體接觸所產生的腐蝕
儲存方法
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(qū)應備有泄漏應急處理設備 [10]。
運輸方法
采用剛瓶運輸時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?jié)L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。 [10]