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氮气(N2)的应用技术

氮 气 N2

1、别名·英文名

Nitrogen.

2、用途

化肥、氨、硝酸等化合物的制造,惰性保护介质,速冻食品、低温粉碎等的制冷剂、冷却剂,电子工业中的外延、扩散、化学气相淀积、离子注入、等离子干刻、光刻等,还用作标准气、校正气、零点气、平衡气等。

3、制法

①空气分离法。

②氨或亚硝酸铵的分解法:NH4NO2→N2+2H2O。

③在铜屑上通过氧化氮。

4、理化性质

分子量: 28.0134

熔点(三相点,12.53kPa): -210.0℃

沸点(101.325kPa): 195.8℃

液体密度(-210℃,12.534kPa):869.5 kg/m3

相对密度(气体,20℃,101.325kPa,空气=1):0.967

比容(21.1℃,101.325kPa):861.5m3/kg

气液容积比(15℃,100kPa): 691L/L

临界温度: -146.9℃

临界压力: 3400kPa

临界密度: 311 kg/m3

压缩系数:

熔化热(-210.002℃,12.53kPa):25.75 kJ/kg

气化热(-195.803℃,101.325kPa):198.70kJ/kg

比热容(100kPa,300K):Cp=1040.8J/(kg·K)

Cv=742.74J/(kg·K)

比热比(16.8℃,101,326kPa,气体): Cp/Cv=1.407

蒸气压(-200℃): 60 kPa

(-180℃): 465kPa

(-150℃): 2950 kPa

粘度(100kPa,280K):0.01691 mPa·S

表面张力(70K): 10.53mN/m

导热系数(100kPa,280K):0.02447W/(m·K)

折射率(液体,77.12K,101,325kPa,6563?):1.19844

(气体,0℃,101,325kPa,6563?):1.00029729

毒性级别: 3

易燃性级别:0

易爆性级别:0

在常温常压下,氮为无色无臭无味的惰性气体。氮在空气中约占78.1%。液态氮也是无色无臭,比水轻。在空气中不燃烧。

常温下呈现惰性,但在高温下与氧化合。在高温高压有催化剂时与氢化合成氨。

N2+O2→2NO

N2+3H2→2NH3

与卤素不直接化合,而且间接得的卤化物非常不稳。

减压下放电可得到活化的氮。在高温与金属化合生成氮化物(Mg3N2,Cu3N2等)。在1000℃与碳化钙反应生成氨腈钙。微溶于水、酒精和醚。在25℃、101.325kPa时的溶解度为,在甲醇中16.45 ml/100ml,在乙醇中14.89 ml/100ml,在乙醚中29.30ml/100ml。在水中的溶解度为0.02354 ml/g(0℃),0.01358 ml/g(30℃),0.01023 ml/g(60℃)。

5、毒性

氮本身无毒,无刺激性,吸入的氮气仍以原形通过呼吸道排出。然而,空气中含氮量增加会造成氧的稀释,影响人的正常呼吸。高浓度的氮气可引起窒息。液氮接触皮肤能引起冷烧伤。

吸入高浓度氮气的患者应迅速转移至空气新鲜处,安置休息并保持温暖。皮肤接触液氮时立即用水冲洗,如果产生冻疮,须就医诊治。

6、安全防护

氮气要用受压钢瓶贮装,液氮要用绝热容器、槽车贮运。氮无腐蚀性,在常温下可使用碳钢、不锈钢、铜、铜合金、铝等通用金属材料和普通的塑胶材料。对液氮可使用镍钢(90%Ni)、不锈钢、铜、黄铜和硅青铜。在低温下可使用聚四氟乙烯和聚三氟氯乙烯聚合体。

当出现火情时,不能往液氮容器中灌进水。废气可排入大气中。

氮气的用途: 在国民经济和日常生活中,氮气有广泛的用途。首先,利用它“性格孤独”的特点,我们将它充灌在电灯泡里,可防止钨丝的氧化和减慢钨丝的挥发速度,延长灯泡的使用寿命。

还可用它来代替惰性气体作焊接金属时的保护气。

在博物馆里,常将一些贵重而稀有的画页、书卷保存在充满氮气的圆筒里,这样就能使蛀虫在氮气中被闷死。

利用氮气使粮食处于休眠和缺氧状态、代谢缓慢,可取得良好的防虫、防霉和防变质效果,粮食不受污染,管理比较简单,所需费用也不高,故近年来进展较快。

目前,日本和意大利等国已进入小型生产试验阶段。

近年来。我国不少地区也应用氮气来保存粮食,叫做“真空充氮贮粮”,亦可用来保存水果等农副产品。

利用液氮给手术刀降温,就成为“冷刀”。医生用“冷刀”做手术,可以减少出血或不出血,手术后病人能更快康复。使用液氮为病人治疗皮肤病,效果也很好。这是因为液氮的气化温度是-195.8℃,因此,用来治疗表浅的皮肤病常常很容易使病变处的皮肤坏死、脱落。过去皮肤科常以“干冰”治疗血管瘤,用意虽然相同,但冷度远不及液氮。

医治肺结核的“人工气胸术”,也是把氮气(或空气)打进肺结核病人的胸腔里,压缩有病灶的肺叶,使它得到休息。

现在,人们还利用液氮产生的低温,来保存良种家畜的精子,贮运各地,解冻后再用于人工授精。

如广西省水产研究所试用液态氮保藏鲵鱼精液,获得成功。氮气还是一一种重要的化工原料,可用来制取多种化肥,炸药等等。

氮是“生命的基础”,它不仅是庄稼制造叶绿素的原料,而且是庄稼制造蛋白质的原料,据统计,全世界的庄稼,在一年之内,要从土壤里摄取四千多万吨氮。

科学家对氮气抱有很大的希望,他们认为;根瘤菌之所以有一套巧夺天工的妙法,能把空气中的氮直接捕捉下来变成氮肥。是因为它体内有一种固氮酶,这种酶就是捕捉氮气的能手,倘若我们能用化学的方法人工合成大量的固氨酶,岂不轻而易举地巧将氮气变氮肥了吗?

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