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氮气

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  • 简介:   氮气,化学式为N2,通常状况下是一种无色无味的气体,而且一般氮气比空气密度小。氮气占大气总量的78.08%(体积分数),是空气的主要成份之一。在标准大气压下,氮气冷却至-195.8℃时,变成无色…
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  氮气,化学式为N2,通常状况下是一种无色无味的气体,而且一般氮气比空气密度小。氮气占大气总量的78.08%(体积分数),是空气的主要成份之一。在标准大气压下,氮气冷却至-195.8℃时,变成无色的液体,冷却至-209.8℃时,液态氮变成雪状的固体。氮气的化学性质不活泼,常温下很难跟其他物质发生反应,所以常被用来制作防腐剂。但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化,用来制取对人类有用的新物质。
  发现简史
  氮气在大气中含量虽多于98网,但是由于它的性质不活泼,所以人们是在认识98网之后才认识氮气的。不过它的发现却早于98网。1755年英国化学家布拉克(Black,J.1728-1799)发现碳酸气之后不久,发现木炭在玻璃罩内燃烧后所生成的碳酸气,即使用苛性钾溶液吸收后仍然有较大量的空气剩下来。后来他的学生D·卢瑟福继续用动物做实验,把老鼠放进封闭的玻璃罩里直至其死后,发现玻璃罩中空气体积减少1/10;若将剩余的气体再用苛性钾溶液吸收,则会继续减少1/11的体积。D·卢瑟福发现老鼠不能生存的空气里燃烧蜡烛,仍然可以见到微弱的烛光;待蜡烛熄灭后,往其中放入少量的磷,磷仍能燃烧一会,对除掉空气中的助燃气来说,效果是好的。把磷燃烧后剩余的气体进行研究,D·卢瑟福发现这气体不能维持生命,具有灭火性质,也不溶于苛性钾溶液,因此命名为“浊气”或“毒气”。在同一年,普利斯特里作类似的燃烧实验,发现使1/5的空气变为碳酸气,用石灰水吸收后的气体不助燃也不助呼吸。由于他同D·卢瑟福都是深信燃素学说的,因此他们把剩下来的气体叫做“被燃素饱和了的空气”。[1]
  化学性质
  由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图也可以看出,除了NH4+离子外,氧化数为0的N2分子在图中曲线的最低点,这表明相对于其它氧化数的氮的化合物来讲的话,N2是热力学稳定状态结构。氧化数为0到+5之间的各种氮的化合物的值都位于HNO3和N2两点的连线(图中的虚线)的上方。因此,这些化合物在热力学上是不稳定的,容易发生歧化反应。在图中唯一的一个比N2分子值低的是NH4+离子。[3]
  正价氮呈酸性,负价氮呈碱性。
  由氮分子中三键键能很大,不容易被破坏,因此其化学性质十分稳定,只有在高温高压并有催化剂存在的条件下,氮气可以和氢气反应生成氨。同时,由于氮分子N2的化学结构比较稳定,氰根离子CN-和碳化钙CaC2中的C22-和氮分子结构相似。
  氮气用途
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  化工合成
  氮主要用于合成氨,反应式为
  ( 条件为高压,高温、和催化剂。反应为可逆反应)还是合成纤维(锦纶、腈纶),合成树脂,合成橡胶等的重要原料。 氮是一种营养元素还可以用来制作化肥。例如:碳酸氢铵NH4HCO3,氯化铵NH4Cl,硝酸铵NH4NO3等等。
  氮气弹簧
  氮气弹簧(2张)
  其他用途
  由于氮的化学惰性,常用作保护气体,如:瓜果,食品,灯泡填充气。以防止某些物体暴露于空气时被氧所氧化,用氮气填充粮仓,可使粮食不霉烂、不发芽,长期保存。液氮还可用作深度冷冻剂。作为冷冻剂在医院做除斑,包,豆等的手术时常常也使用, 即将斑,包,豆等冻掉,但是容易出现疤痕,并不建议使用。高纯氮气用作色谱仪等仪器的载气。用作铜管的光亮退火保护气体。跟高纯氦气、高纯二氧化碳一起用作激光切割机的激光气体。氮气也作为食品保鲜保护气体的用途。在化工行业,氮气主要用作保护气体、置换气体、洗涤气体、安全保障气体。用作铝制品、铝型材加工,铝薄轧制等保护气体。用作回流焊和波峰焊配套的保护气体,提高焊接质量。用作浮法玻璃生产过程中的保护气体,防锡槽氧化。[4]
  注意事项
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  危险性
  危险性类别:第2.2类 惰性气体
  侵入途径:吸入
  健康危害:空气中氮气含量过高,使吸入气氧分压下降,引起缺氧窒息。吸入氮气浓度不太高时,患者最初感胸闷、气短、疲软无力;继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫喊、神情恍惚、步态不稳,称之为“氮酩酊”,可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度,患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
  潜水员深潜时,可发生氮的麻醉作用;若从高压环境下过快转入常压环境,体内会形成氮气气泡,压迫神经、血管或造成微血管阻塞,发生“减压病”。
  环境危害:无
  燃爆危险:本品不燃。
  急救措施
  皮肤接触:没事(因空气中就含有约78%的氮)
  眼睛接触:没事(理由同上)
  吸入:(浓度较高时)迅速脱离现场至空气新鲜处。保持呼吸道通畅。如呼吸困难,给输氧。呼吸心跳停止时,立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术。就医。
  消防措施
  危险特性:若遇高热,容器内压增大,有开裂和爆炸的危险。
  有害燃烧产物:氮气。
  灭火方法:本品不燃。尽可能将容器从火场移至空旷处。喷水保持火场容器冷却,直至灭火结束用雾状水保持火场中容器冷却。可用雾状水喷淋加速液氮蒸发,但不可使用水枪射至液氮。
  泄漏应急处理
  应急处理:迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。
  操作处置储存
  操作注意事项:密闭操作。密闭操作,提供良好的自然通风条件。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。防止气体泄漏到工作场所空气中。搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损。配备泄漏应急处理设备。
  储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。库温不宜超过30℃。储区应备有泄漏应急处理设备。
  接触控制
  职业接触限值:
  中国MAC(mg/m3):未制定标准
  前苏联MAC(mg/m3):未制定标准
  TLVTN:ACGIH 窒息性气体
  TLVWN:未制定标准
  监测方法:
  工程控制:密闭操作。提供良好的自然通风条件。
  呼吸系统防护:一般不需特殊防护。当作业场所空气中98网浓度低于18%时,必须佩戴空气呼吸器、长管面具。
  眼睛防护:一般不需特殊防护。
  身体防护:穿一般作业工作服。
  手防护:戴一般作业防护手套。
  其它防护:避免高浓度吸入。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业,须有人监护。

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