標籤:化工無機化學工業品

氮氣,常況下是一種無色無味無臭的氣體,且通常無毒。氮氣佔大氣總量的78.12%(體積分數),是空氣的主要成份。常溫下為氣體,在標準大氣壓下,冷卻至-195.8℃時,變成沒有顏色的液體,冷卻至-209.86℃時,液態氮變成雪狀的固體。氮氣的化學性質很穩定,常溫下很難跟其他物質發生反應,但在高溫、高能量條件下可與某些物質發生化學變化,用來製取對人類有用的新物質。

1氮氣簡介

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

2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,這表明相對於其它氧化數的氮的化合物來講,N2是熱力學穩定狀態。氧化數為0到+5之間的各種氮的化合物的值都位於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,只有在高溫高壓並有催化劑存在的條件下,氮氣可以和氫氣反應生成氨。
氮和活潑金屬反應
N2 與金屬鋰在常溫下就可直接反應: 6 Li + N2=== 2 Li3N
N2與鹼土金屬Mg 、Ca 、Sr 、Ba 在熾熱的溫度下作用: 3 Ca + N2=== Ca3N2
N2與鎂條反應:3Mg+N2=點燃=Mg3N2(氮化鎂)
化工合成
氮主要用於合成氨,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製作化肥。例如:碳酸氫銨NH4HCO3,氯化銨NH4Cl,硝酸銨NH4NO3等等。
其他作用
由於氮的化學惰性,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於空氣時被氧所氧化,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,並不建議使用。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。用作鋁製品、鋁型材加工,鋁薄軋制等保護氣體。用作迴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。

3化學鍵

由於單質N2在常況下異常穩定,人們常誤認為氮是一種化學性質不活潑的元素。實際上相反,元素氮有
制氮機

  制氮機

很高的化學活性。N的電負性(3.04)僅次於F、Cl、O和Br,說明它能和其它元素形成較強的鍵。另外單質N2分子的穩定性恰好說明N原子的活潑性。問題是目前人們還沒有找到在常溫常壓下能使N2分子活化的最優條件。但在自然界中,植物根瘤上的一些細菌卻能夠在常溫常壓的低能量條件下,把空氣中的N2轉化為氮化合物,作為肥料供作物生長使用。所以固氮的研究一直是一個重要的科學研究課題。因此我們有必要詳細了解氮的成鍵特性和價鍵結構。
鍵型
N原子的價電子層結構為2s2p3,即有3個成單電子和一對孤電子對,以此為基礎,在形成化合物時,可生成如下三種鍵型:
1.形成離子鍵
2.形成共價鍵
3.形成配位鍵
N原子有較高的電負性(3.04),它同電負性較低的金屬,如Li(電負性0.98)、Ca(電負性1.00)、Mg(電負性1.31)等形成二元氮化物時,能夠獲得3個電子而形成N3-離子。
N2+ 6 Li == 2 Li3N
N2+ 3 Ca == Ca3N2
N2+ 3 Mg =點燃= Mg3N2
N3-離子的負電荷較高,半徑較大(171pm),遇到水分子會強烈水解,因此的離子型化合物只能存在於干態,不會有N3-的水合離子。
形成配位鍵
N原子在形成單質或化合物時,常保留有孤電子對,因此這樣的單質或化合物便可作為電子對給予體,向金屬離子配位。例如[Cu(NH3)4]2+或[Tu(NH2)5]7等。

4製備方法

實驗室製法
製備少量氮氣的基本原理是用適當的氧化劑將氨或銨鹽氧化,最常用的是如下幾種方法:
⑴加熱亞硝酸銨的溶液: (343k)NH4NO2 ===== N2↑+ 2H2O
⑵亞硝酸鈉與氯化銨的飽和溶液相互作用: NH4Cl + NaNO2 === NaCl + 2 H2O + N2↑
⑶將氨通過紅熱的氧化銅: 2 NH3+ 3 CuO === 3 Cu + 3 H2O + N2↑
⑷氨與溴水反應:8 NH3 + 3 Br2 (aq) === 6 NH4Br + N2↑
⑸重鉻酸銨加熱分解: (NH4)2Cr2O7===N2↑+Cr2O3+4H2O
{6}加熱疊氮化鈉,使其熱分解,可得到很純的氮氣。
變壓吸附制氮
變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,簡稱PSA)氣體分離技術是非低溫氣體分離技術的重要分支,是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結果。七十年代西德埃森礦業公司成功開發了碳分子篩,為PSA空分制氮工業化鋪平了道路。三十年來該技術發展很快,技術日趨成熟,在中小型制氮領域已成為深冷空分的強有力的競爭對手。
變壓吸附制氮是以空氣為原料,用碳分子篩作吸附劑,利用碳分子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性,運用變壓吸附原理(加壓吸附,減壓解吸並使分子篩再生)而在常溫使氧和氮分離製取氮氣。
變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比,具有顯著的特點:吸附分離是在常溫下進行,工藝簡單,設備緊湊,佔地面積小,開停方便,啟動迅速,產氣快(一般在30min左右),能耗小,運行成本低,自動化程度高,操作維護方便,撬裝方便,無須專門基礎,產品氮純度可在一定範圍內調節,產氮量≤2000Nm3/h。但到目前為止,除美國空氣用品公司用PSA制氮技術,無須后級純化能工業化生產純度≥99.999%的高純氮外(進口價格很高),國內外同行目前一般用PSA制氮技術只能製取氮氣純度為99.9%的普氮(即O2≤0.1%),個別企業可製取99.99%的純氮(O2≤0.01%),純度更高從PSA制氮技術上是可能的,但製作成本太高,用戶也很難接受,所以用非低溫制氮技術製取高純氮還必須加后級純化裝置。
氮氣純化方法
加氫除氧法
在催化劑作用下,普氮中殘餘氧和加入的氫發生化學反應生成水,其反應式:2H2+O2=2H2O,再通過後級乾燥除去水份,而獲得下列主要成份的高純氮:N2≥99.999 %,O2≤5×10-6,H2≤1500×10-6,H2
高壓氮氣壓縮機增壓機,

  高壓氮氣壓縮機增壓機,

O≤10.7×10-6。制氮成本在0.5元/m3左右。
加氫除氧、除氫法
此法分三級,第一級加氫除氧,第二級除氫,第三級除水,獲得下列組成的高純氮:N2≥99.999%,O2≤5×10-6,H2≤5×10-6,H2O≤10.7×10-6。制氮成本在0.6元/m3左右。
碳脫氧法
在碳載型催化劑作用下(在一定溫度下),普氮中之殘氧和催化劑本身提供的碳發生反應,生成CO2。反應式:C+O2=CO2。再經過後級除CO2和H2O獲得下列組成的高純氮氣:N2≥99.999%,O2≤5×10-6,CO2≤5×10-6,H2O≤10.7×10-6。制氮成本在0.6元/m3左右。
優劣評比
上述三種氮氣純化方法中,方法(1)因成品氮中H2量過高滿足不了磁性材料的要求,故不採用;方法(2)成品氮純度符合磁性材料用戶的要求,但需氫源,而且氫氣在運輸、貯存、使用中都存在不安全因素;方法(3)成品氮的質量完全可滿足磁性材料的用氣要求,工藝中不使用H2,無加氫法帶來的問題,氮中無H2且成品氮的質量不受普氮波動的影響,故和其他氮氣純法相比,氮氣質量更加穩定,是最適合磁性材料行業中一種氮氣純化方法。

5注意事項

第一部分 化學品名稱
化學品中文名:氮
化學品英文名:nitrogen
中文名稱2:氮氣
技術說明書編碼:33
CAS號:7727-37-9
分子式:N2
分子量:28.01
第二部分 成分/組成信息
純品或混合物:純品
有害物成分
濃度
CAS No.
≥99.5%
7727-37-9
第三部分 危險性概述
危險性類別:第2.2類 不燃氣體
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。
第四部分 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
第五部分 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。儘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。
第六部分 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,並進行隔離,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。儘可能切斷泄漏源。合理通風,加速擴散。漏氣容器要妥善處理,修復、檢驗后再用。
第七部分 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:儲存於陰涼、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。
第八部分 接觸控制/個體防護
職業接觸限值:
中國MAC(mg/m3):未制定標準
前蘇聯MAC(mg/m3):未制定標準
TLVTN:ACGIH 窒息性氣體
TLVWN:未制定標準
監測方法:
工程式控制制:密閉操作。提供良好的自然通風條件。
呼吸系統防護:一般不需特殊防護。當作業場所空氣中氧氣濃度低於18%時,必須佩戴空氣呼吸器、長管面具。
眼睛防護:一般不需特殊防護。
身體防護:穿一般作業工作服。
手防護:戴一般作業防護手套。
其它防護:避免高濃度吸入。進入罐、限制性空間或其它高濃度區作業,須有人監護。
第九部分 理化特性
外觀與性狀:無色無臭氣體。

溶解性:微溶於水、乙醇。

主要用途:用於合成氨,制硝酸,用作物質保護劑,冷凍劑。

pH值:
熔點(℃):-209.8
相對密度(水=1):0.81(-196℃)
沸點(℃):-195.6
相對蒸氣密度(空氣=1):0.97
閃點(℃):無意義
辛醇/水分配係數:無資料
引燃溫度(℃):無意義
爆炸下限[%(V/V)]:無意義
臨界溫度(℃):-147
爆炸上限[%(V/V)]:無意義
臨界壓力(MPa):3.40
飽和蒸氣壓(kPa):1026.42(-173℃)

其它理化性質:

第十部分 穩定性和反應活性
穩定性:穩定
禁配物:
避免接觸的條件:
聚合危害:聚合
燃燒分解產物:氮氣。
第十一部分 毒理學資料
急性毒性:LD50:無資料
LC50:無資料
亞急性和慢性毒性:無資料
刺激性:
致敏性:無資料
致突變性:無資料
致畸性:無資料
致癌性:無資料
其它:無資料。
第十二部分 生態學資料
生態毒性:無資料
生物降解性:無資料
非生物降解性:無資料
生物富集或生物積累性:無資料
其它有害作用:無資料
第十三部分 廢棄處置
廢棄物性質:
廢棄處置方法:處置前應參閱國家和地方有關法規。廢氣直接排入大氣。
廢棄注意事項:
第十四部分 運輸信息
危險貨物編號:22005
UN編號:1066
包裝標誌: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:採用鋼瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,並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,並用三角木墊卡牢,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,防止日光曝晒。鐵路運輸時要禁止溜放。
第十五部分 法規信息
法規信息:危險化學品安全管理條例 (國務院第344號令),工作場所安全使用化學品規定 ([1996]勞部發423號)等法規,針對化學危險品的安全使用、生產、儲存、運輸、裝卸等方面均作了相應規定;常用危險化學品的分類及標誌 (GB 13690-92)將該物質劃為第2.2 類不燃氣體。

6氮的氧化物

氮可以形成多種不同的氧化物。在氧化物中,氮的氧化數可以從+1到+5。其中以NO和NO2較為重要。
氮的氧化物的性質如下表:
名稱
化學式
狀態
顏色
化學性質
熔點(℃)
沸點(℃)
一般用途
一氧化二氮
N2O
氣態
無色
穩定,注:即是笑氣
-90.8
-88.5
火箭和賽車的氧化劑及增加發動機的輸出功率。
一氧化氮
NO
氣態
無色(固態、液態時為藍色)
反應能力適中
-163.6
-151.8
引起血管的擴張而引起勃起和生產硝酸
三氧化二氮
N2O3
液態
藍色
室溫下分解為NO和NO2
-102
-3.5(分解)

二氧化氮
NO2
氣態
紅棕色
強氧化性
-11.2
21.2
生產硝酸
四氧化二氮
N2O4
氣態
無色
強烈地分解為NO2
-92
21.3
火箭推進劑組分中的氧化劑
五氧化二氮
N2O5
固態
無色
不穩定
30
47(分解)

上一篇[拼位族]    下一篇 [古埃及建築]

相關評論

同義詞:暫無同義詞