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    什么是氮气?氮气的性质和用途是什么?

    2012-6-8 7:00:46

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        氮气,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),是空气的主要成份。常温下为气体,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。氮气的化学性质很稳定,常温下很难跟其他物质发生反应,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。

    物理性质

      氮在常况下是一种无色无味无臭的气体,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/L,氮气在水中溶解度很小,在常温常压下,1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。氮气是难液化的气体。氮气在极低温下会液化成无色液体,进一步降低温度时,更会形成白色晶状固体。在生产中,通常采用黑色钢瓶盛放氮气。其他物理性质见下表:
      
    项 目属 性
    化学式N2
    相对分子质量28.013
    熔点63.15K,-210℃
    沸点,101.325kPa(1atm)时77.35K,-195.8℃
    临界温度126.1K,-147.05℃
    临界压力3.4MPa,33.94bar,33.5atm,492.26psia
    临界体积90.1cm3/mol
    临界密度0.3109g/cm3
    临界压缩系数0.292
    液体密度,-180℃时0.729g/cm3
    液体热膨胀系数,-180℃时0.00753 1/℃
    表面张力,-210℃时12.2×10-3 N/m,12.2dyn/cm
    气体密度,101.325 kPa(atm)和70F(21.1℃)时1.160kg/m3,0.0724 lb/ft3
    气体相对密度,101.325 kPa(1atm)和70F时(空气=1)0.967
    汽化热,沸点下202.76kJ/kg,87.19 BTU/1b
    熔化热,熔点下25.7kJ/kg,11.05 BTU/1b
    气体定压比热容cp,25℃时1.038kJ/(kg· k),0.248 BTU/(1b·R)
    气体定容比热容cv,25℃时0.741kJ/(kg· k),0.177 BTU/(1b·R)
    气体比热容比,cp/cv1.401
    液体比热容,-183℃时2.13kJ/(kg·k),0.509 BTU/(1b·R)
    固体比热容,-223℃时1.489kJ/(kg·k),0.356 BTU/(1b·R)
    溶解度参数9.082(J/cm3 )0.5
    液体摩尔体积34.677cm3 /mol
    在水中的溶解度,25℃时17.28×10-6(w)
    气体黏度,25℃时175.44×10-7Pa·s,175.44μP
    液体黏度,-150℃时0.038mPa ·s,0.038 cp
    气体热导率,25℃ 时0.02475W/(m · K)
    液体热导率,-150℃时0.0646W/(m · K)

    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。 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。
      氮气在汽车上的作用
      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,不可燃也不助燃等特性,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。
      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最稳定的,氮气的相对分子质量是28。  氮气结构式而且氮气通常不易燃烧且不支持燃烧。化学式为N2。


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