氮氣的這種高度化學穩(wěn)定性與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān),2個N原子以叁鍵結(jié)合成為氮氣分子,包含1個σ鍵和2個π鍵,因為在化學反應中受到攻擊的是π鍵,而在N?分子中π鍵的能級比σ鍵低,打開π鍵困難,因而使N?難以參與化學反應。
氮氣是一種有惰性的氣體,一般不與其他物質(zhì)發(fā)生反應,但在一定條件下,氮可與堿金屬或堿土金屬反應,相當于在氮分子的反鍵分子軌道上填充一個電子,金屬的給電子能力越強,反應越易進行。如,在常溫下鋰可與氮直接反應,而鈣需要加熱到一定條件才能于氮氣反應:
ⅢA和ⅣA族的一些元素在加熱條件下能與氮氣反應:
在高溫、高壓和催化劑存在的條件下,氮能與氫反應生成氨:
液態(tài)空氣分餾法
氮氣主要是從大氣中分離或含氮化合物的分解制得的。每年通過液化空氣生產(chǎn)超過3,300萬噸的氮氣,然后使用分餾的方法在大氣中生產(chǎn)氮氣以及其他氣體。
膜分離法
膜分離技術(shù)是基于薄膜對氣體組分具有選擇性滲透和擴散的特性,以達到氣體分離和純化的目的。氣體中各種組分透過膜的速度不同,每種組分透過膜的速度與該氣體的性質(zhì)、膜的特性和膜兩面的分壓差有關(guān)。透過膜的氣體組分不可能達到的純度。氣體分離膜通??煞譃槎嗫撞馁|(zhì)和非多孔材質(zhì),它們無機物(多孔玻璃、陶瓷、金屬、電子導電性固體和鈀合金等)或有機高分子(微孔聚乙烯、多孔醋酸纖維、均質(zhì)醋酸纖維、聚硅氧烷橡膠和聚碳酸脂)組成。
該方法是以壓縮空氣為原料,一般以分子篩為吸附劑,在一定的壓力下,利用空氣中氧氣和氮氣分子在不同分子篩表面吸附量的差異,在一定時間內(nèi)氧在吸附相富集,氮在氣體相富集,實現(xiàn)氧、氮分離;而卸壓后分子篩吸附劑解析再生,循環(huán)使用。 [3]吸附劑除了分子篩之外,還可應用活性氧化鋁、硅膠等。
2、高純氮氣在金屬熔鑄工藝中被用于對金屬熔體精煉處理,以提高鑄坯質(zhì)量,例如以高純氮氣為主摻合部分氫、氣在銅加工中作為光亮退火熱處理的保護性氣體,它有效地防止銅材的高溫氧化,保持銅材表面的光亮,廢除了酸洗工序。以氮氣為基本的木炭爐煤氣(其成分為:64.1%N2,34.7%CO,1.2%H2和少量CO2)在銅熔鑄時作為保護性氣體,使銅熔體在澆鑄面免受氧化,了產(chǎn)品質(zhì)量。
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