氮气 重庆市万州气体厂 工业级

物理性质
　　氮在常况下是一种无色无味无嗅的气体，且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%（体积分数），在标准情况下的气体密度是1.25g·dm-3，氮气在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.86℃时，液态氮变成雪状的固体。
　　氮气在水里溶解度很小，在常温常压下，1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。它是个难于液化的气体。在水中的溶解度很小，在283k时，一体积水约可溶解0.02体积的n2,氮气在极低温下会液化成白色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。在生产中，通常采用灰色钢瓶盛放氮气。
化学性质
　　氮分子结构式
　　氮气分子的分子轨道式为 ,对成键有贡献的是 三对电子，即形成两个π键和一个σ键。 对成键没有贡献，成键与反键能量近似抵消，它们相当于孤电子对。由于n2分子中存在叁键n≡n，所以n2分子具有很大的稳定性，将它分解为原子需要吸收941.69kj/mol的能量。n2分子是已知的双原子分子中Zui稳定的，氮气的相对分子质量是27。
　　氮气结构式
　　检验方法：
　　将燃着的mg条伸入盛有氮气的集气瓶，mg条会继续燃烧（mg可在任何环境燃烧）
　　提取出燃烧剩下的灰烬（白色粉末mg3n2），加入少量水，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体（氨气）
　　反应方程式：3mg＋n2＝点燃＝mg3n2(氮化镁)；mg3n2＋6h2o＝3mg(oh)2↓＋2nh3↑
　　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Zui低点，这表明相对于其它氧化数的氮的化合物来讲，n2是热力学稳定状态。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。（详细氧化态－吉布斯自由能图请参照http://www.jky.gxnu.edu.cn/jpkc/kj/kj14.ppt）
　　由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图和n2分子的结构均可以看出，单质n2不活泼，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：
　　在放电条件下，氮气才可以和氧气化合生成一氧化氮：n2+o2=放电=2no
　　一氧化氮与氧气迅速化合，生成二氧化氮2no+o2=2no2
　　二氧化氮溶于水，生成硝酸，一氧化氮3no2+h2o=2hno3+no
　　在水力发电很发达的国家，这个反应已用于生产硝酸。
　　n2于氢气反应制氨气：n2+3h2===（可逆符号）2nh3
　　n2与电离势小，而且其氮化物具有高晶格能的金属能生成离子型的氮化物。例如：
　　n2 与金属锂在常温下就可直接反应： 6 li + n2=== 2 li3n
　　n2与碱土金属mg 、ca 、sr 、ba 在炽热的温度下作用： 3 ca + n2=== ca3n2
　　n2与硼和铝要在白热的温度才能反应： 2 b + n2=== 2 bn （大分子化合物）
　　n2与硅和其它族元素的单质一般要在高于1473k的温度下才能反应。
制备方法
　　工业制法：单质氮一般是由液态空气的分馏而制得的，常以1.5210pa的压力把氮气装在气体钢瓶中运输和使用。一般钢瓶中氮气的纯度约99.7% 。 为获得纯氮，可在上述氮气中加入少量氨，并以pt作催化剂，将氧除去，也可使不纯的氮通过赤热的铜或其他金属以除去微量的氧。
　　实验室制法：制备少量氮气的基本原理是用适当的氧化剂将氨或铵盐氧化，Zui常用的是如下几种方法：
　　⑴加热亚硝酸铵的溶液： （343k）nh4no2 ===== n2↑+ 2h2o
　　⑵亚硝酸钠与氯化铵的饱和溶液相互作用： nh4cl + nano2 === nacl + 2 h2o + n2↑
　　⑶将氨通过红热的氧化铜： 2 nh3+ 3 cuo === 3 cu + 3 h2o + n2↑
　　⑷氨与溴水反应：8 nh3 + 3 br2 (aq) === 6 nh4br + n2↑
　　⑸重铬酸铵加热分解： （nh4)2cr2o7===n2↑+cr2o3+4h2o
氮的用途
　　氮主要用于合成氨，反应式为n2+3h2=2nh3( 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。由于氮的化学惰性，常用作保护气体。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。液氨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。
　　在汽车上氮气有着非常重要的作用：
　　1． 提高轮胎行驶的稳定性和舒适性。氮气几乎为惰性的双原子气体，化学性质极不活泼，气体分子比氧分子大，不易热胀冷缩，变形幅度小，其渗透轮胎胎壁的速度比空气慢约30～40%， 能保持稳定胎压，提高轮胎行驶的稳定性，保证驾驶的舒适性；氮气的音频传导性低，相当于普通空气的1/5，使用氮气能有效减少轮胎的噪音，提高行驶的宁静度。
　　2．防止爆胎和缺气碾行。爆胎是公路交通事故中的头号杀手。据统计，在高速公路上有46%的交通事故是由于轮胎发生故障引起的，其中爆胎一项就占轮胎事故总量的70%。汽车行驶时，轮胎温度会因与地面磨擦而升高，尤其在高速行驶及紧急刹车时，胎内气体温度会急速上升，胎压骤增，所以会有爆胎的可能。而高温导致轮胎橡胶老化，疲劳强度下降，胎面磨损剧烈，又是可能爆胎的重要因素。而与一般高压空气相比，高纯度氮气因为无氧且几乎不含水份不含油，其热膨胀系数低，热传导性低，升温慢，降低了轮胎聚热的速度，不可然也不助然等特性，所以可大大地减少爆胎的几率。
　　3．延长轮胎使用寿命 使用氮气后，胎压稳定体积变化小，大大降低了轮胎不规则磨擦的可能性，如冠磨、胎肩磨、偏磨，提高了轮胎的使用寿命；橡胶的老化是受空气中的氧分子氧化所致，老化后其强度及弹性下降，且会有龟裂现象，这时造成轮胎使用寿命缩短的原因之一。氮气分离装置能极大限度地排除空气中的氧气、硫、油、水和其它杂质，有效降低了轮胎内衬层的氧化程度和橡胶被腐蚀的现象，不会腐蚀金属轮辋，延长了轮胎的使用寿命，也极大程度减少轮辋生锈的状况。
　　4．减少油耗，保护环境。轮胎胎压的不足与受热后滚动阻力的增加，会造成汽车行驶时的油耗增加；而氮气除了可以维持稳定的胎压，延缓胎压降低之外，其干燥且不含油不含水，热传导性低，升温慢的特性，减低了轮胎行走时温度的升高，以及轮胎变形小抓地力提高等，降低了滚动阻力，从而达到减少油耗的目的。
使用注意事项
　　毒性与防护：
　　1、 呼吸系统防护：一般不需特殊防护。但当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。
　　2、 眼睛防护：戴安全防护面罩。
　　3、 其它防护：避免高浓度吸入密闭操作，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。
　　消防应急措施与防护：
　　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。不要直接接触泄漏物。尽可能切断泄漏源。防止气体在低凹处积聚，遇点火源着火爆炸。用排风机将漏出气送至空旷处。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。
　　本品不燃。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。
　　应急措施：
　　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。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
氮的成键特征和价键结构
　　由于单质n2在常况下异常稳定，人们常误认为氮是一种化学性质不活泼的元素。实际上相反，元素氮有很高的化学活性。n的电负性（3.04）仅次于f和o，说明它能和其它元素形成较强的键。另外单质n2分子的稳定性恰好说明n原子的活泼性。问题是目前人们还没有找到在常温常压下能使n2分子活化的Zui优条件。但在自然界中，植物根瘤上的一些细菌却能够在常温常压的低能量条件下，把空气中的n2转化为氮化合物，作为肥料供作物生长使用。所以固氮的研究一直是一个重要的科学研究课题。因此我们有必要详细了解氮的成键特性和价键结构。
　　n原子的价电子层结构为2s2p3，即有3个成单电子和一对孤电子对，以此为基础，在形成化合物时，可生成如下三种键型：
　　1.形成离子键
　　2.形成共价键
　　3.形成配位键
　　n原子有较高的电负性（3.04），它同电负性较低的金属，如li（电负性0.98）、ca（电负性1.00）、mg（电负性1.31）等形成二元氮化物时，能够获得3个电子而形成n3-离子。
　　n2+ 6 li == 2 li3n
　　n2+ 3 ca == ca3n2
　　n2+ 3 mg =点燃= mg3n2
　　n3-离子的负电荷较高，半径较大（171pm），遇到水分子会强烈水解，因此的离子型化合物只能存在于干态，不会有n3-的水合离子。
　　形成共价键
　　n原子同电负性较高的非金属形成化合物时，形成如下几种共价键：
　　⑴n原子采取sp3杂化态，形成三个共价键，保留一对孤电子对，分子构型为三角锥型，例如nh3、nf3、ncl3等。
　　若形成四个共价单键，则分子构型为正四面体型，例如nh4+离子。
　　⑵n原子采取sp2杂化态，形成2个共价键和一个键，并保留有一对孤电子对，分子构型为角形，例如cl—n=o 。（n原子与cl 原子形成一个σ 键和一个π键，n原子上的一对孤电子对使分子成为角形。）
　　若没有孤电子对时，则分子构型为三角形，例如hno3分子或no3-离子。硝酸分子中n原子分别与三个o原子形成三个σ键，它的π轨道上的一对电子和两个o原子的成单π电子形成一个三中心四电子的不定域π键。在硝酸根离子中，三个o原子和中心n原子之间形成一个四中心六电子的不定域大π键。
　　这种结构使硝酸中n原子的表观氧化数为+5，由于存在大π键，硝酸盐在常况下是足够稳定的。
　　⑶n原子采取sp 杂化，形成一个共价叁键，并保留有一对孤电子对，分子构型为直线形，例如n2分子和cn-中n原子的结构。
　　形成配位键
　　n原子在形成单质或化合物时，常保留有孤电子对，因此这样的单质或化合物便可作为电子对给予体，向金属离子配位。例如[cu(nh3)4]2+或[tu(nh2)5]7等。
　　危险特性：若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。