[dàn qì] 氮氣

氮氣在大氣中含量雖多于氧氣，但是由于它的性質(zhì)不活潑，所以人們是在認(rèn)識氧氣之后才認(rèn)識氮氣的。不過它的發(fā)現(xiàn)卻早于氧氣。1755年英國化學(xué)家布拉克（Black,J.1728-1799）發(fā)現(xiàn)碳酸氣之后不久，發(fā)現(xiàn)木炭在玻璃罩內(nèi)燃燒后所生成的碳酸氣，即使用苛性鉀溶液吸收后仍然有較大量的空氣剩下來。后來他的學(xué)生D·盧瑟福繼續(xù)用動物做實驗，把老鼠放進(jìn)封閉的玻璃罩里直至其死后，發(fā)現(xiàn)玻璃罩中空氣體積減少1/10；若將剩余的氣體再用苛性鉀溶液吸收，則會繼續(xù)減少1/11的體積。D·盧瑟福發(fā)現(xiàn)老鼠不能生存的空氣里燃燒蠟燭，仍然可以見到微弱的燭光；待蠟燭熄滅后，往其中放入少量的磷，磷仍能燃燒一會，對除掉空氣中的助燃?xì)鈦碚f，效果是好的。把磷燃燒后剩余的氣體進(jìn)行研究，D·盧瑟福發(fā)現(xiàn)這氣體不能維持生命，具有滅火性質(zhì)，也不溶于苛性鉀溶液，因此命名為“濁氣”或“毒氣”。

在同一年，普利斯特里作類似的燃燒實驗，發(fā)現(xiàn)使1/5的空氣變?yōu)樘妓釟猓檬宜蘸蟮臍怏w不助燃也不助呼吸。由于他同D·盧瑟福都是深信燃素學(xué)說的，因此他們把剩下來的氣體叫做“被燃素飽和了的空氣”。

氮氣在常況下是一種無色無味的氣體，熔點是63 K，沸點是77 K，臨界溫度是126 K，難于液化。溶解度很小，常壓下在283 K 時一體積水可溶解0.02體積的氮氣。

氮氣是難液化的氣體。氮氣在極低溫下會液化成無色液體，進(jìn)一步降低溫度時，更會形成白色晶狀固體。在生產(chǎn)中，通常采用黑色鋼瓶盛放氮氣。其他物理性質(zhì)見下表： 

N?+O?——→2NO ；2NO+O?——→2NO? ；3NO?+H?O——→2HNO?+NO 

由于氮的化學(xué)惰性，常用作保護(hù)氣體，如：瓜果，食品，燈泡填充氣。以防止某些物體暴露于空氣時被氧所氧化，用氮氣填充糧倉，可使糧食不霉?fàn)€、不發(fā)芽，長期保存。液氮還可用作深度冷凍劑。作為冷凍劑在醫(yī)院做除斑，包，豆等的手術(shù)時常常也使用，即將斑，包，豆等凍掉，但是容易出現(xiàn)疤痕，并不建議使用。高純氮氣用作色譜儀等儀器的載氣。用作銅管的光亮退火保護(hù)氣體。跟高純氦氣、高純二氧化碳一起用作激光切割機(jī)的激光氣體。氮氣也作為食品保鮮保護(hù)氣體的用途。在化工行業(yè)，氮氣主要用作保護(hù)氣體、置換氣體、洗滌氣體、安全保障氣體。用作鋁制品、鋁型材加工，鋁薄軋制等保護(hù)氣體。用作回流焊和波峰焊配套的保護(hù)氣體，提高焊接質(zhì)量。用作浮法玻璃生產(chǎn)過程中的保護(hù)氣體，防錫槽氧化。

由于單質(zhì)N2在常況下異常穩(wěn)定，人們常誤認(rèn)為氮是一種化學(xué)性質(zhì)不活潑的元素。實際上相反，元素氮有很高的化學(xué)活性。N的電負(fù)性（3.04）僅次于F、O、Cl和Br，說明它能和其它元素形成較強(qiáng)的鍵。另外單質(zhì)N2分子的穩(wěn)定性恰好說明N原子的活潑性。問題是人們還沒有找到在常溫常壓下能使N2分子活化的有利條件。但在自然界中，植物根瘤上的一些細(xì)菌卻能夠在常溫常壓的低能量條件下，把空氣中的N2轉(zhuǎn)化為氮化合物，作為肥料供作物生長使用。所以固氮的研究一直是一個重要的科學(xué)研究課題。因此我們有必要詳細(xì)了解氮的成鍵特性和價鍵結(jié)構(gòu)。

氮氣分子中對成鍵有貢獻(xiàn)的是三對電子，即形成兩個π鍵和一個σ鍵。 對成鍵有貢獻(xiàn)，成鍵與反鍵能量近似抵消，它們相當(dāng)于孤電子對。由于N2分子中存在叁鍵N≡N，所以N2分子具有很大的穩(wěn)定性，將它分解為原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的雙原子分子中最穩(wěn)定的，氮氣的相對分子質(zhì)量是28。氮氣通常不易燃燒且不支持燃燒。化學(xué)式為N2。

N3-離子的負(fù)電荷較高，半徑較大（171pm），遇到水分子會強(qiáng)烈水解，因此的離子型化合物只能存在于干態(tài)，不會有N3-的水合離子。

N原子在形成單質(zhì)或化合物時，常保留有孤電子對，因此這樣的單質(zhì)或化合物便可作為電子對給予體，向金屬離子配位。例如[Cu(NH3)4]2+或[Tu(NH2)5]7+等。 

現(xiàn)場制氮是指氮氣用戶自購制氮設(shè)備制氮，工業(yè)規(guī)模制氮有三類：即深冷空分制氮、變壓吸附制氮和膜分離制氮。利用各空氣的沸點不同使用液態(tài)空氣分離法，將氧氣和氮氣分離。將裝氮氣的瓶子漆成黑色，裝氧氣的漆成藍(lán)色。

它是一種傳統(tǒng)的空分技術(shù)，已有九十余年的歷史，它的特點是產(chǎn)氣量大，產(chǎn)品氮純度高，無須再純化便可直接應(yīng)用于磁性材料，但它工藝流程復(fù)雜，占地面積大，基建費用高，需專門的維修力量，操作人員較多，產(chǎn)氣慢（18～24h），它適宜于大規(guī)模工業(yè)制氮，氮氣成本在0．7元/m3左右。

變壓吸附（Pressure Swing Adsorption，簡稱PSA）氣體分離技術(shù)是非低溫氣體分離技術(shù)的重要分支，是人們長期來努力尋找比深冷法更簡單的空分方法的結(jié)果。七十年代西德埃森礦業(yè)公司成功開發(fā)了碳分子篩，為PSA空分制氮工業(yè)化鋪平了道路。三十年來該技術(shù)發(fā)展很快，技術(shù)日趨成熟，在中小型制氮領(lǐng)域已成為深冷空分的強(qiáng)有力的競爭對手。

變壓吸附制氮是以空氣為原料，用碳分子篩作吸附劑，利用碳分子篩對空氣中的氧和氮選擇吸附的特性，運用變壓吸附原理（加壓吸附，減壓解吸并使分子篩再生）而在常溫使氧和氮分離制取氮氣。

變壓吸附制氮與深冷空分制氮相比，具有顯著的特點：吸附分離是在常溫下進(jìn)行，工藝簡單，設(shè)備緊湊，占地面積小，開停方便，啟動迅速，產(chǎn)氣快（一般在30min左右），能耗小，運行成本低，自動化程度高，操作維護(hù)方便，撬裝方便，無須專門基礎(chǔ)，產(chǎn)品氮純度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，產(chǎn)氮量≤2000Nm3/h。但到2017年為止，除美國空氣用品公司用PSA制氮技術(shù)，無須后級純化能工業(yè)化生產(chǎn)純度≥99.999%的高純氮外（進(jìn)口價格很高），國內(nèi)外同行一般用PSA制氮技術(shù)只能制取氮氣純度為99．9%的普氮（即O2≤0.1%），個別企業(yè)可制取99.99%的純氮（O2≤0.01%），純度更高從PSA制氮技術(shù)上是可能的，但制作成本太高，用戶也很難接受，所以用非低溫制氮技術(shù)制取高純氮還必須加后級純化裝置。

加氫除氧法

在催化劑作用下，普氮中殘余氧和加入的氫發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水，其反應(yīng)式：2H2+O2=2H2O，再通過后級干燥除去水份，而獲得下列主要成份的高純氮：N2≥99.999 %，O2≤5×10－6，H2≤1500×10－6，H2O≤10.7×10-6。制氮成本在0.5元/m3左右。

加氫除氧、除氫法

此法分三級，第一級加氫除氧，第二級除氫，第三級除水，獲得下列組成的高純氮：N2≥99.999%，O2≤5×10-6，H2≤5×10-6，H2O≤10.7×10-6。制氮成本在0.6元/m3左右。

碳脫氧法

在碳載型催化劑作用下（在一定溫度下），普氮中之殘氧和催化劑本身提供的碳發(fā)生反應(yīng)，生成CO2。反應(yīng)式：C+O2=CO2。再經(jīng)過后級除CO2和H2O獲得下列組成的高純氮氣：N2≥99.999%，O2≤5×10-6，CO2≤5×10-6，H2O≤10.7×10-6。制氮成本在0.6元/m3左右。

優(yōu)劣評比

上述三種氮氣純化方法中，方法（1）因成品氮中H2量過高滿足不了磁性材料的要求，故不采用；方法（2）成品氮純度符合磁性材料用戶的要求，但需氫源，而且氫氣在運輸、貯存、使用中都存在不安全因素；方法（3）成品氮的質(zhì)量完全可滿足磁性材料的用氣要求，工藝中不使用H2，無加氫法帶來的問題，氮中無H2且成品氮的質(zhì)量不受普氮波動的影響，故和其他氮氣純法相比，氮氣質(zhì)量更加穩(wěn)定，是最適合磁性材料行業(yè)中一種氮氣純化方法。

危險性類別：第2.2類 惰性氣體

侵入途徑：吸入

健康危害：空氣中氮氣含量過高，使吸入氣氧分壓下降，引起缺氧窒息。吸入氮氣濃度不太高時，患者最初感胸悶、氣短、疲軟無力；繼而有煩躁不安、極度興奮、亂跑、叫喊、神情恍惚、步態(tài)不穩(wěn)，稱之為“氮酩酊”，可進(jìn)入昏睡或昏迷狀態(tài)。吸入高濃度，患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。

潛水員深潛時，可發(fā)生氮的麻醉作用；若從高壓環(huán)境下過快轉(zhuǎn)入常壓環(huán)境，體內(nèi)會形成氮氣氣泡，壓迫神經(jīng)、血管或造成微血管阻塞，發(fā)生“減壓病”。

環(huán)境危害：無

燃爆危險：本品不燃。

皮膚接觸：沒事（因空氣中就含有約78%的氮）

眼睛接觸：沒事（理由同上）

吸入：（濃度較高時）迅速脫離現(xiàn)場至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。呼吸心跳停止時，立即進(jìn)行人工呼吸和胸外心臟按壓術(shù)。就醫(yī)。 

危險特性：若遇高熱，容器內(nèi)壓增大，有開裂和爆炸的危險。

有害燃燒產(chǎn)物：氮氣。

滅火方法：本品不燃。盡可能將容器從火場移至空曠處。噴水保持火場容器冷卻，直至滅火結(jié)束用霧狀水保持火場中容器冷卻。可用霧狀水噴淋加速液氮蒸發(fā)，但不可使用水槍射至液氮。

應(yīng)急處理：迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處，并進(jìn)行隔離，嚴(yán)格限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器，穿一般作業(yè)工作服。盡可能切斷泄漏源。合理通風(fēng)，加速擴(kuò)散。漏氣容器要妥善處理，修復(fù)、檢驗后再用。 

操作注意事項：密閉操作。密閉操作，提供良好的自然通風(fēng)條件。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。

儲存注意事項：儲存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫溫不宜超過30℃。儲區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。

監(jiān)測方法：

工程控制：密閉操作。提供良好的自然通風(fēng)條件。

呼吸系統(tǒng)防護(hù)：一般不需特殊防護(hù)。當(dāng)作業(yè)場所空氣中氧氣濃度低于18%時，必須佩戴空氣呼吸器、長管面具。

眼睛防護(hù)：一般不需特殊防護(hù)。

身體防護(hù)：穿一般作業(yè)工作服。

手防護(hù)：戴一般作業(yè)防護(hù)手套。

其它防護(hù)：避免高濃度吸入。進(jìn)入罐、限制性空間或其它高濃度區(qū)作業(yè)，須有人監(jiān)護(hù)。 

編輯

穩(wěn)定性：穩(wěn)定

禁配物：無

避免接觸的條件：無

聚合危害：聚合

燃燒（分解）產(chǎn)物：氮氣。 

急性毒性：LD50：無資料

LC50：無資料

亞急性和慢性毒性：無資料

刺激性：無資料

致敏性：無資料

致突變性：無資料

致畸性：無資料

致癌性：無資料

其它：無資料。

生態(tài)毒性：無資料

生物降解性：無資料

非生物降解性：無資料

生物富集或生物積累性：無資料

其它有害作用：無資料 

廢棄處置方法：處置前應(yīng)參閱國家和地方有關(guān)法規(guī)。廢氣可以直接排入大氣。 

危險貨物編號：22005

UN編號：1066

包裝標(biāo)志：不燃?xì)怏w

包裝類別：O53

包裝方法：鋼質(zhì)氣瓶；安瓿瓶外普通木箱。

運輸注意事項：采用鋼瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放，并應(yīng)將瓶口朝同一方向，不可交叉；高度不得超過車輛的防護(hù)欄板，并用三角木墊卡牢，防止?jié)L動。嚴(yán)禁與易燃物或可燃物等混裝混運。夏季應(yīng)早晚運輸，防止日光曝曬。鐵路運輸時要禁止溜放。

法規(guī)信息：危險化學(xué)品安全管理條例（國務(wù)院第344號令），工作場所安全使用化學(xué)品規(guī)定 （[1996]勞部發(fā)423號）等法規(guī)，針對化學(xué)危險品的安全使用、生產(chǎn)、儲存

氮可以形成多種不同的氧化物。在氧化物中，氮的氧化數(shù)可以從+1到+5。其中以NO和NO2較為重要。

氮的氧化物的性質(zhì)如下表：