氮气的这种高度化学稳定性与其分子结构有关,2个N原子以叁键结合成为氮气分子,包含1个σ键和2个π键,因为在化学反应中受到攻击的是π键,而在N₂分子中π键的能级比σ键低,打开π键困难,因而使N₂难以参与化学反应。
氮(Nitrogen)这个名称,在1970年由Jean-Antoine-ClaudeChaptal提出,是基于它是硝酸和硝酸盐的一个组分的考虑(希腊文Νιτροζόλη,硝酸灵)。由于这种气体的窒息性,Lavoisier更喜欢用azote(氮)这个名称(希腊文άψυχη,无生命),而且这个名称在语法中以诸如azo、dizao、azide等形式还在使用。德文名称stickstoff指的是相同的性质(sticken,窒息或闷熄)
氮分子中的两个氮原子之间形成一条σ键和两个π键。与类似的CO、C2H4等分子相比,N2的成键分子轨道σ2p(-15.59 eV)和π2p(-16.73 eV)能量比较低,反键分子轨道π*2p(8.17 eV)能量比较高,不但难以接受电子也不易给出电子,具有较强的稳定性,离解能高达945 kJ/mol,即使在3273 K时也不分解
膜分离法
膜分离技术是基于薄膜对气体组分具有选择性渗透和扩散的特性,以达到气体分离和纯化的目的。气体中各种组分透过膜的速度不同,每种组分透过膜的速度与该气体的性质、膜的特性和膜两面的分压差有关。透过膜的气体组分不可能达到的纯度。气体分离膜通常可分为多孔材质和非多孔材质,它们无机物(多孔玻璃、陶瓷、金属、电子导电性固体和钯合金等)或有机高分子(微孔聚乙烯、多孔醋酸纤维、均质醋酸纤维、聚硅氧烷橡胶和聚碳酸脂)组成。
氨分解法
在高温且有镍的催化下,氨逐渐分解为氮气与氢气:
然后把混合气在燃烧室内燃烧并控制空气比例,让氢气不完全燃烧,其燃烧生成物通过除氧,干燥则可得到不同氮氢混合比的保护性气体(其氢含量可控制在1%~25%)被使用于铜材的光亮退火(此方法仅适用于氮气氢气来源困难而氨价格又较低廉的情况时)。
2、高纯氮气在金属熔铸工艺中被用于对金属熔体精炼处理,以提高铸坯质量,例如以高纯氮气为主掺合部分氢、气在铜加工中作为光亮退火热处理的保护性气体,它有效地防止铜材的高温氧化,保持铜材表面的光亮,废除了酸洗工序。以氮气为基本的木炭炉煤气(其成分为:64.1%N2,34.7%CO,1.2%H2和少量CO2)在铜熔铸时作为保护性气体,使铜熔体在浇铸面免受氧化,了产品质量。
4、氮气可用于合成一氧化氮或二氧化氮,以此来制造硝酸,这种制造方法纯度高且价格较为低廉。此外氮气还可用于合成氨及金属氮化物等
健康危害
空气中氮气含量过高,使吸入气氧分压下降,引起缺氧窒息。吸入氮气浓度不太高时,患者初感胸闷、气短、疲软无力;继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫喊、神情恍惚、步态不稳,称之为“氮酩酊”,可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度,患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
潜水员深潜时,可发生氮的麻醉作用;若从高压环境下过快转入常压环境,体内会形成氮气气泡,压迫神经、血管或造成微血管阻塞,发生“减压病”。
危害防治
应急处理方法: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,穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。
操作方法:密闭操作,提供良好的自然通风条件,操作人员经过培训,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。
若吸入过量氮气应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。呼吸心跳停止时,立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术,及时就医
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