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                      氣體知識

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                      什么是氮氣?氮氣的性質和用途是什么?

                      2019-6-12 15:23:10

                      0
                          氮氣,常況下是一種無色無味無嗅的氣體,且通常無毒。氮氣占大氣總量的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,用來制取對人類有用的新物質。

                      物理性質

                        氮在常況下是一種無色無味無臭的氣體,且通常無毒。氮氣占大氣總量的78.12%(體積分數),在標準情況下的氣體密度是1.25g/L,氮氣在水中溶解度很小,在常溫常壓下,1體積水中大約只溶解0.02體積的氮氣。氮氣是難液化的氣體。氮氣在極低溫下會液化成無色液體,進一步降低溫度時,更會形成白色晶狀固體。在生產中,通常采用黑色鋼瓶盛放氮氣。其他物理性質見下表:
                        
                      項 目屬 性
                      化學式N2
                      相對分子質量28.013
                      熔點63.15K,-210℃
                      沸點,101.325kPa(1atm)時77.35K,-195.8℃
                      臨界溫度126.1K,-147.05℃
                      臨界壓力3.4MPa,33.94bar,33.5atm,492.26psia
                      臨界體積90.1cm3/mol
                      臨界密度0.3109g/cm3
                      臨界壓縮系數0.292
                      液體密度,-180℃時0.729g/cm3
                      液體熱膨脹系數,-180℃時0.00753 1/℃
                      表面張力,-210℃時12.2×10-3 N/m,12.2dyn/cm
                      氣體密度,101.325 kPa(atm)和70F(21.1℃)時1.160kg/m3,0.0724 lb/ft3
                      氣體相對密度,101.325 kPa(1atm)和70F時(空氣=1)0.967
                      汽化熱,沸點下202.76kJ/kg,87.19 BTU/1b
                      熔化熱,熔點下25.7kJ/kg,11.05 BTU/1b
                      氣體定壓比熱容cp,25℃時1.038kJ/(kg· k),0.248 BTU/(1b·R)
                      氣體定容比熱容cv,25℃時0.741kJ/(kg· k),0.177 BTU/(1b·R)
                      氣體比熱容比,cp/cv1.401
                      液體比熱容,-183℃時2.13kJ/(kg·k),0.509 BTU/(1b·R)
                      固體比熱容,-223℃時1.489kJ/(kg·k),0.356 BTU/(1b·R)
                      溶解度參數9.082(J/cm3 )0.5
                      液體摩爾體積34.677cm3 /mol
                      在水中的溶解度,25℃時17.28×10-6(w)
                      氣體黏度,25℃時175.44×10-7Pa·s,175.44μP
                      液體黏度,-150℃時0.038mPa ·s,0.038 cp
                      氣體熱導率,25℃ 時0.02475W/(m · K)
                      液體熱導率,-150℃時0.0646W/(m · K)

                      氮的用途
                        氮主要用于合成氨,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。由于氮的化學惰性,常用作保護氣體。以防止某些物體暴露于空氣時被氧所氧化,用氮氣填充糧倉,可使糧食不霉爛、不發芽,長期保存。液氨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,并不建議使用。 氮是一種營養元素還可以用來制作化肥。例如:碳酸氫銨NH4HCO3,氯化銨NH4Cl,硝酸銨NH4NO3等等。
                        氮氣在汽車上的作用
                        1.提高輪胎行駛的穩定性和舒適性。氮氣幾乎為惰性的雙原子氣體,化學性質極不活潑,氣體分子比氧分子大,不易熱脹冷縮,變形幅度小,其滲透輪胎胎壁的速度比空氣慢約30~40%, 能保持穩定胎壓,提高輪胎行駛的穩定性,保證駕駛的舒適性;氮氣的音頻傳導性低,相當于普通空氣的1/5,使用氮氣能有效減少輪胎的噪音,提高行駛的寧靜度。 2.防止爆胎和缺氣碾行。爆胎是公路交通事故中的頭號殺手。據統計,在高速公路上有46%的交通事故是由于輪胎發生故障引起的,其中爆胎一項就占輪胎事故總量的70%。汽車行駛時,輪胎溫度會因與地面磨擦而升高,尤其在高速行駛及緊急剎車時,胎內氣體溫度會急速上升,胎壓驟增,所以會有爆胎的可能。而高溫導致輪胎橡膠老化,疲勞強度下降,胎面磨損劇烈,又是可能爆胎的重要因素。而與一般高壓空氣相比,高純度氮氣因為無氧且幾乎不含水份不含油,其熱膨脹系數低,熱傳導性低,升溫慢,降低了輪胎聚熱的速度,不可燃也不助燃等特性,所以可大大地減少爆胎的幾率。 3.延長輪胎使用壽命 使用氮氣后,胎壓穩定體積變化小,大大降低了輪胎不規則磨擦的可能性,如冠磨、胎肩磨、偏磨,提高了輪胎的使用壽命;橡膠的老化是受空氣中的氧分子氧化所致,老化后其強度及彈性下降,且會有龜裂現象,這時造成輪胎使用壽命縮短的原因之一。氮氣分離裝置能極大限度地排除空氣中的氧氣、硫、油、水和其它雜質,有效降低了輪胎內襯層的氧化程度和橡膠被腐蝕的現象,不會腐蝕金屬輪輞,延長了輪胎的使用壽命,也極大程度減少輪輞生銹的狀況。 4.減少油耗,保護環境。輪胎胎壓的不足與受熱后滾動阻力的增加,會造成汽車行駛時的油耗增加;而氮氣除了可以維持穩定的胎壓,延緩胎壓降低之外,其干燥且不含油不含水,熱傳導性低,升溫慢的特性,減低了輪胎行走時溫度的升高,以及輪胎變形小抓地力提高等,降低了滾動阻力,從而達到減少油耗的目的。
                        對成鍵有貢獻的是三對電子,即形成兩個π鍵和一個σ鍵。 對成鍵沒有貢獻,成鍵與反鍵能量近似抵消,它們相當于孤電子對。由于N2分子中存在叁鍵N≡N,所以N2分子具有很大的穩定性,將它分解為原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的雙原子分子中最穩定的,氮氣的相對分子質量是28。  氮氣結構式而且氮氣通常不易燃燒且不支持燃燒?;瘜W式為N2。


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