氮?dú)?/h1>

時(shí)間：2020/12/8閱讀：2210

分享：

物理性質(zhì)

　　氮在常況下是一種無(wú)色無(wú)味無(wú)嗅的氣體,，且通常無(wú)毒。氮?dú)庹即髿饪偭康?8.12%（體積分?jǐn)?shù)）,，在標(biāo)準(zhǔn)情況下的氣體密度是1.25g·dm-3,，氮?dú)庠跇?biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冷卻至-195.8℃時(shí),，變成沒(méi)有顏色的液體,，冷卻至-209.86℃時(shí)，液態(tài)氮變成雪狀的固體,。
　　氮?dú)庠谒锶芙舛群苄?，在常溫常壓下?體積水中大約只溶解0.02體積的氮?dú)狻Ｋ莻€(gè)難于液化的氣體,。在水中的溶解度很小,，在283K時(shí)，一體積水約可溶解0.02體積的N2,氮?dú)庠跇O低溫下會(huì)液化成白色液體,，進(jìn)一步降低溫度時(shí),，更會(huì)形成白色晶狀固體。在生產(chǎn)中,，通常采用灰色鋼瓶盛放氮?dú)狻?nbsp;

化學(xué)性質(zhì)

　　 

 

氮分子結(jié)構(gòu)式

　　氮?dú)夥肿拥姆肿榆壍朗綖?nbsp;,對(duì)成鍵有貢獻(xiàn)的是 三對(duì)電子,，即形成兩個(gè)π鍵和一個(gè)σ鍵。 對(duì)成鍵沒(méi)有貢獻(xiàn),，成鍵與反鍵能量近似抵消,，它們相當(dāng)于孤電子對(duì)。由于N2分子中存在叁鍵N≡N,，所以N2分子具有很大的穩(wěn)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穩(wěn)定的,，氮?dú)獾南鄬?duì)分子質(zhì)量是27,。
　　 

 

氮?dú)饨Y(jié)構(gòu)式

　　檢驗(yàn)方法：
　　將燃著的Mg條伸入盛有氮?dú)獾募瘹馄?，Mg條會(huì)繼續(xù)燃燒（Mg可在任何環(huán)境燃燒）
　　提取出燃燒剩下的灰燼（白色粉末Mg3N2），加入少量水,，產(chǎn)生使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體（氨氣）
　　反應(yīng)方程式：3Mg＋N2＝點(diǎn)燃＝Mg3N2（氮化鎂）,；Mg3N2＋6H2O＝3Mg（OH）2↓＋2NH3↑
　　由氮元素的氧化態(tài)-吉布斯自由能圖也可以看出，除了NH4離子外,，氧化數(shù)為0的N2分子在圖中曲線的低點(diǎn),，這表明相對(duì)于其它氧化數(shù)的氮的化合物來(lái)講，N2是熱力學(xué)穩(wěn)定狀態(tài),。氧化數(shù)為0到+5之間的各種氮的化合物的值都位于HNO3和N2兩點(diǎn)的連線（圖中的虛線）的上方,，因此，這些化合物在熱力學(xué)上是不穩(wěn)定的,，容易發(fā)生歧化反應(yīng),。在圖中*的一個(gè)比N2分子值低的是NH4+離子。（詳細(xì)氧化態(tài)－吉布斯自由能圖請(qǐng)參照http://www.jky.gxnu.edu.cn/jpkc/kj/kj14.ppt）
　　由氮元素的氧化態(tài)-吉布斯自由能圖和N2分子的結(jié)構(gòu)均可以看出,，單質(zhì)N2不活潑,，只有在高溫高壓并有催化劑存在的條件下，氮?dú)饪梢院蜌錃夥磻?yīng)生成氨：
　　在放電條件下,，氮?dú)獠趴梢院脱鯕饣仙?/span>一氧化氮：N2+O2=放電=2NO
　　一氧化氮與氧氣迅速化合,，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
　　在水力發(fā)電很發(fā)達(dá)的國(guó)家,，這個(gè)反應(yīng)已用于生產(chǎn)硝酸。
　　N2于氫氣反應(yīng)制氨氣：N2+3H2===（可逆符號(hào)）2NH3
　　N2與電離勢(shì)小,，而且其氮化物具有高晶格能的金屬能生成離子型的氮化物,。例如：
　　N2 與金屬鋰在常溫下就可直接反應(yīng)： 6 Li + N2=== 2 Li3N
　　N2與堿土金屬M(fèi)g 、Ca ,、Sr ,、Ba 在熾熱的溫度下作用： 3 Ca + N2=== Ca3N2
　　N2與硼和鋁要在白熱的溫度才能反應(yīng)： 2 B + N2=== 2 BN （大分子化合物）
　　N2與硅和其它族元素的單質(zhì)一般要在高于1473K的溫度下才能反應(yīng)。 

制備方法

　　工業(yè)制法：?jiǎn)钨|(zhì)氮一般是由液態(tài)空氣的分餾而制得的,，常以1.5210pa的壓力把氮?dú)庋b在氣體鋼瓶中運(yùn)輸和使用,。一般鋼瓶中氮?dú)獾募兌燃s99.7% 。 為獲得純氮,，可在上述氮?dú)庵屑尤肷倭堪?，并以Pt作催化劑，將氧除去,，也可使不純的氮通過(guò)赤熱的銅或其他金屬以除去微量的氧,。
　　實(shí)驗(yàn)室制法：制備少量氮?dú)獾幕驹硎怯眠m當(dāng)?shù)难趸瘎被蜾@鹽氧化，常用的是如下幾種方法：
　?、偶訜醽喯跛徜@的溶液： （343k）NH4NO2 ===== N2↑+ 2H2O
　?、苼喯跛徕c與氯化銨的飽和溶液相互作用： NH4Cl + NaNO2 === NaCl + 2 H2O + N2↑
　?、菍蓖ㄟ^(guò)紅熱的氧化銅： 2 NH3+ 3 CuO === 3 Cu + 3 H2O + N2↑
　　⑷氨與溴水反應(yīng)：8 NH3 + 3 Br2 （aq） === 6 NH4Br + N2↑
　?、芍劂t酸銨加熱分解： （NH4）2Cr2O7===N2↑+Cr2O3+4H2O 

氮的用途

　　氮主要用于合成氨,，反應(yīng)式為N2+3H2=2NH3（ 條件為高壓，高溫,、和催化劑,。反應(yīng)為可逆反應(yīng)）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(xué)惰性,，常用作保護(hù)氣體,。以防止某些物體暴露于空氣時(shí)被氧所氧化，用氮?dú)馓畛浼Z倉(cāng),，可使糧食不霉?fàn)€,、不發(fā)芽，長(zhǎng)期保存,。液氨還可用作深度冷凍劑,。作為冷凍劑在醫(yī)院做除斑,包,豆等的手術(shù)時(shí)常常也使用, 即將斑,包,豆等凍掉,但是容易出現(xiàn)疤痕,并不建議使用。
　　在汽車上氮?dú)庥兄浅Ｖ匾淖饔茫?/span>
　　1． 提高輪胎行駛的穩(wěn)定性和舒適性,。氮?dú)鈳缀鯙槎栊缘碾p原子氣體，化學(xué)性質(zhì)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(wěn)定胎壓，提高輪胎行駛的穩(wěn)定性,，保證駕駛的舒適性,；氮?dú)獾囊纛l傳導(dǎo)性低，相當(dāng)于普通空氣的1/5,，使用氮?dú)饽苡行p少輪胎的噪音,，提高行駛的寧?kù)o度。
　　2．防止爆胎和缺氣碾行,。爆胎是公路交通事故中的*殺手,。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在高速公路上有46%的交通事故是由于輪胎發(fā)生故障引起的,，其中爆胎一項(xiàng)就占輪胎事故總量的70%,。汽車行駛時(shí),，輪胎溫度會(huì)因與地面磨擦而升高，尤其在高速行駛及緊急剎車時(shí),，胎內(nèi)氣體溫度會(huì)急速上升,，胎壓驟增，所以會(huì)有爆胎的可能,。而高溫導(dǎo)致輪胎橡膠老化,，疲勞強(qiáng)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?dú)庖驗(yàn)闊o(wú)氧且?guī)缀醪缓莶缓?，其熱膨脹系?shù)低,，熱傳導(dǎo)性低，升溫慢,，降低了輪胎聚熱的速度,，不可然也不助然等特性，所以可大大地減少爆胎的幾率,。
　　3．延長(zhǎng)輪胎使用壽命 使用氮?dú)夂?，胎壓穩(wěn)定體積變化小，大大降低了輪胎不規(guī)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(qiáng)度及彈性下降,，且會(huì)有龜裂現(xiàn)象,，這時(shí)造成輪胎使用壽命縮短的原因之一。氮?dú)夥蛛x裝置能限度地排除空氣中的氧氣,、硫,、油、水和其它雜質(zhì),，有效降低了輪胎內(nèi)襯層的氧化程度和橡膠被腐蝕的現(xiàn)象,，不會(huì)腐蝕金屬輪輞，延長(zhǎng)了輪胎的使用壽命,，也程度減少輪輞生銹的狀況,。
　　4．減少油耗，保護(hù)環(huán)境。輪胎胎壓的不足與受熱后滾動(dòng)阻力的增加,，會(huì)造成汽車行駛時(shí)的油耗增加,；而氮?dú)獬丝梢跃S持穩(wěn)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(dǎo)性低，升溫慢的特性,，減低了輪胎行走時(shí)溫度的升高,，以及輪胎變形小抓地力提高等，降低了滾動(dòng)阻力,，從而達(dá)到減少油耗的目的,。 

使用注意事項(xiàng)

　　毒性與防護(hù)：
　　1、 呼吸系統(tǒng)防護(hù)：一般不需特殊防護(hù),。但當(dāng)作業(yè)場(chǎng)所空氣中氧氣濃度低于18%時(shí),，必須佩戴空氣呼吸器、氧氣呼吸器或長(zhǎng)管面具,。
　　2,、 眼睛防護(hù)：戴安全防護(hù)面罩。
　　3,、 其它防護(hù)：避免高濃度吸入密閉操作,，提供良好的自然通風(fēng)條件。操作人員必須經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn),，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,。防止氣體泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。搬運(yùn)時(shí)輕裝輕卸,，防止鋼瓶及附件破損,。配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。
　　消防應(yīng)急措施與防護(hù)：
　　迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處,，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入,。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器,。不要直接接觸泄漏物。盡可能切斷泄漏源,。防止氣體在低凹處積聚,，遇點(diǎn)火源著火爆炸。用排風(fēng)機(jī)將漏出氣送至空曠處,。漏氣容器要妥善處理,，修復(fù)、檢驗(yàn)后再用,。
　　本品不燃,。用霧狀水保持火場(chǎng)中容器冷卻,。可用霧狀水噴淋加速液氮蒸發(fā),，但不可使用水槍射至液氮,。
　　應(yīng)急措施：
　　迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢,。如呼吸困難,，給輸氧。如呼吸停止,，立即進(jìn)行人工呼吸,。就醫(yī)。 

氮的成鍵特征和價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

　　由于單質(zhì)N2在常況下異常穩(wěn)定,，人們常誤認(rèn)為氮是一種化學(xué)性質(zhì)不活潑的元素,。實(shí)際上相反，元素氮有很高的化學(xué)活性,。N的電負(fù)性（3.04）僅次于F和O,，說(shuō)明它能和其它元素形成較強(qiáng)的鍵。另外單質(zhì)N2分子的穩(wěn)定性恰好說(shuō)明N原子的活潑性,。問(wèn)題是目前人們還沒(méi)有找到在常溫常壓下能使N2分子活化的條件,。但在自然界中，植物根瘤上的一些細(xì)菌卻能夠在常溫常壓的低能量條件下,，把空氣中的N2轉(zhuǎn)化為氮化合物,，作為肥料供作物生長(zhǎng)使用。所以固氮的研究一直是一個(gè)重要的科學(xué)研究課題,。因此我們有必要詳細(xì)了解氮的成鍵特性和價(jià)鍵結(jié)構(gòu),。
　　N原子的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為2s2p3，即有3個(gè)成單電子和一對(duì)孤電子對(duì),，以此為基礎(chǔ),，在形成化合物時(shí)，可生成如下三種鍵型：
　　1.形成離子鍵
　　2.形成共價(jià)鍵
　　3.形成配位鍵
　　N原子有較高的電負(fù)性（3.04）,，它同電負(fù)性較低的金屬,，如Li（電負(fù)性0.98）、Ca（電負(fù)性1.00）,、Mg（電負(fù)性1.31）等形成二元氮化物時(shí),，能夠獲得3個(gè)電子而形成N3-離子。
　　N2+ 6 Li == 2 Li3N
　　N2+ 3 Ca == Ca3N2
　　N2+ 3 Mg =點(diǎn)燃= Mg3N2
　　N3-離子的負(fù)電荷較高,，半徑較大（171pm）,，遇到水分子會(huì)強(qiáng)烈水解，因此的離子型化合物只能存在于干態(tài)，不會(huì)有N3-的水合離子,。
　　形成共價(jià)鍵
　　N原子同電負(fù)性較高的非金屬形成化合物時(shí),，形成如下幾種共價(jià)鍵：
　　⑴N原子采取sp3雜化態(tài),，形成三個(gè)共價(jià)鍵,，保留一對(duì)孤電子對(duì)，分子構(gòu)型為三角錐型,，例如NH3,、NF3、NCl3等,。
　　若形成四個(gè)共價(jià)單鍵,，則分子構(gòu)型為正四面體型，例如NH4+離子,。
　?、芅原子采取sp2雜化態(tài)，形成2個(gè)共價(jià)鍵和一個(gè)鍵,，并保留有一對(duì)孤電子對(duì),，分子構(gòu)型為角形，例如Cl—N=O ,。（N原子與Cl 原子形成一個(gè)σ 鍵和一個(gè)π鍵,，N原子上的一對(duì)孤電子對(duì)使分子成為角形。）
　　若沒(méi)有孤電子對(duì)時(shí),，則分子構(gòu)型為三角形,，例如HNO3分子或NO3-離子。硝酸分子中N原子分別與三個(gè)O原子形成三個(gè)σ鍵,，它的π軌道上的一對(duì)電子和兩個(gè)O原子的成單π電子形成一個(gè)三中心四電子的不定域π鍵,。在硝酸根離子中，三個(gè)O原子和中心N原子之間形成一個(gè)四中心六電子的不定域大π鍵,。
　　這種結(jié)構(gòu)使硝酸中N原子的表觀氧化數(shù)為+5,，由于存在大π鍵，硝酸鹽在常況下是足夠穩(wěn)定的,。
　?、荖原子采取sp 雜化，形成一個(gè)共價(jià)叁鍵,，并保留有一對(duì)孤電子對(duì)，分子構(gòu)型為直線形,，例如N2分子和CN-中N原子的結(jié)構(gòu),。
　　形成配位鍵
　　N原子在形成單質(zhì)或化合物時(shí)，常保留有孤電子對(duì)，因此這樣的單質(zhì)或化合物便可作為電子對(duì)給予體,，向金屬離子配位,。例如[Cu（NH3）4]2+或[Tu（NH2）5]7等。
　　危險(xiǎn)特性：若遇高熱,，容器內(nèi)壓增大,，有開裂的危險(xiǎn)。

上一篇： 什么是氫氣,？

下一篇： 什么是有害氣體,？