氮气的物理和化学属性
氮气的物理和化学属性
一、定义
氮气(Nitrogen),是氮元素形成的一种单质,化学式N₂。常温常压下是一种无色无味的气体,只有在高温高压及催化剂条件下才能和氢气反应生成氨气,在放电的情况下能和氧气化合生成一氧化氮;即使Ca、Mg、Sr和Ba等活泼金属也只有在加热的情形下才能与其反应。
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,因为在化学反应中首先受到攻击的是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。
氮是地球上第30丰富的元素。考虑到氮气占大气量的4/5,即占大气的78%以上,几乎可以使用无限量的氮气。工业常使用分馏液态空气的方法来获得大量氮气。
二、物理性质
氮气是无色无味的气体,微溶于酒精和水(在273 K和100 kPa下100 ml水能溶解24 ml氮气),大气中体积分数:78.1%,熔点-209.86℃ ,沸点-196℃,相对密度0.81(-196℃,水=1),相对蒸气密度0.97(空气=1),饱和蒸气压1026.42 kPa(-173℃),临界温度-147.1℃,临界压力3.4 MPa,辛醇/水分配系数:0.67。
三、化学性质
氮气是一种有惰性的气体,一般不与其他物质发生反应,但在一定条件下,氮可与碱金属或碱土金属反应,相当于在氮分子的反键分子轨道上填充一个电子,金属的给电子能力越强,反应越易进行。
四、制备方法
(一)工业制备
1.液态空气分馏法
2.深冷分离法
3.膜分离技术流程
4.变压吸附法(PSA法)
5.氨分解法
(二)实验室制备
1.亚硝酸铵分解法
2,重铬酸铵分解法
3.氨法制氮气
4.叠氮化钠分解法
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