氮?dú)猓∟itrogen),是氮元素形成的一種單質(zhì),化學(xué)式N?。常溫常壓下是一種無(wú)色無(wú)味的氣體,只有在高溫高壓及催化劑條件下才能和氫氣反應(yīng)生成氨氣,在放電的情況下能和氧氣化合生成一氧化氮;即使Ca、Mg、Sr和Ba等活潑金屬也只有在加熱的情形下才能與其反應(yīng)。
氮是地球上第30豐富的元素??紤]到氮?dú)庹即髿饬康?/5,即占大氣的78%以上,幾乎可以使用無(wú)的氮?dú)?。工業(yè)常使用分餾液態(tài)空氣的方法來(lái)獲得大量氮?dú)?br/>
瑞典化學(xué)家卡爾·謝勒(Carl Scheele)和蘇格蘭植物學(xué)家丹尼爾·盧瑟福(Daniel Rutherford)在1772年分別發(fā)現(xiàn)了氮。牧師卡文迪許和拉瓦錫也在差不多的同一時(shí)間立地獲得了氮。Rutherford在他的老師Joseph Black的啟發(fā)下,研究含碳物質(zhì)在有的空氣中燃燒后所留下的殘余“空氣”的性質(zhì)時(shí),他用KOH除去CO2,從而獲得了氮。他認(rèn)為這是從已燃燒的物質(zhì)中吸收了燃素的普通空氣。有些人不顧A. L. Lavoisier的研究成果,直到1840年還在爭(zhēng)論關(guān)于氮?dú)獾幕拘再|(zhì)。
氮分子中的兩個(gè)氮原子之間形成一條σ鍵和兩個(gè)π鍵。與類似的CO、C2H4等分子相比,N2的成鍵分子軌道σ2p(-15.59 eV)和π2p(-16.73 eV)能量比較低,反鍵分子軌道π*2p(8.17 eV)能量比較高,不但難以接受電子也不易給出電子,具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,離解能高達(dá)945 kJ/mol,即使在3273 K時(shí)也不分解
氮?dú)馐且环N有惰性的氣體,一般不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),但在一定條件下,氮可與堿金屬或堿土金屬反應(yīng),相當(dāng)于在氮分子的反鍵分子軌道上填充一個(gè)電子,金屬的給電子能力越強(qiáng),反應(yīng)越易進(jìn)行。如,在常溫下鋰可與氮直接反應(yīng),而鈣需要加熱到一定條件才能于氮?dú)夥磻?yīng):
ⅢA和ⅣA族的一些元素在加熱條件下能與氮?dú)夥磻?yīng):
在高溫、高壓和催化劑存在的條件下,氮能與氫反應(yīng)生成氨:
凈化后的壓縮空氣經(jīng)過(guò)緩沖罐,聯(lián)合過(guò)濾器后由膜組一端進(jìn)入,氣體分子在壓力作用下在膜的高壓側(cè)接觸。混合氣體在膜的高壓側(cè)表面以不同的溶解度溶于膜內(nèi),然后在膜兩側(cè)壓力差的推動(dòng)下,混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓側(cè)擴(kuò)散。經(jīng)過(guò)溶解和擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程的選擇,終混合氣體被分離成各個(gè)組分。例如:空氣、氧氣的透過(guò)速度大于氮?dú)?,?jīng)過(guò)膜分離之后,高壓側(cè)留下的氣體富氮,而透過(guò)去的氣體富氧
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