氮气的用途及应用有哪些
中文名氮气英文名Nitrogen别称氮化学式N₂分子量28.013CAS登录号7727379EINECS登录号2317839熔点61.75K沸点77.35K水溶性难溶于水密度1.25g/L（标准状况）外观无色无味气体应用用于合成氨、某些反应作保护气，液氮可用于降温等安全性描述可用于灭火危险性描述空气中氮气含量过高，使吸入气氧分压下降，引起缺氧窒息
第一部分：化学品名称
化学品中文名称： 氮
化学品英文名称： nitrogen
中文名称2： 氮气
英文名称2：
技术说明书编码： 33
CAS No.： 7727-37-9
分子式： N2
分子量： 28.01
第二部分：成分/组成信息
有害物成分 含量 CAS No.
氮 ≥99.5％ 7727-37-9
1、氮气， 化学式为N₂，通常状况下是一种无色无味的气体，而且一般氮气比空气密度小。氮气占大气总量的78.08%（ 体积分数），是空气的主要成份。在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.8℃时，液态氮变成雪状的固体。氮气的化学性质不活泼，常温下很难跟其他物质发生反应，所以常被用来制作 防腐剂。但在高温、高能量条件下可与某些物质发生 化学变化，用来制取对人类有用的新物质。
2、氮气的化学性质：由氮元素的氧化态- 吉布斯自由能图也可以看出，除了NH 4 +离子外，氧化数为0的N 2分子在图中曲线的最低点，这表明相对于其它氧化数的氮的化合物来讲的话，N 2是热力学稳定状态结构。氧化数为0到+5之间的各种氮的化合物的值都位于HNO 3和N 2两点的连线（图中的虚线）的上方。因此，这些化合物在 热力学上是不稳定的，容易发生 歧化反应。在图中唯一的一个比N 2分子值低的是NH 4 +离子。
3、氮气的物理性质：氮气在常况下是一种无色无味的气体，占空气体积分数约78%（氧气约21%），1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。氮气是难液化的气体。氮气在极低温下会液化成无色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。在生产中，通常采用黑色钢瓶盛放氮气。
液氮，液态的氮气。是惰性的，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，温度极低。氮构成了大气的大部分（体积比78.03%，重量比75.5%）。氮是不活泼的，不支持燃烧。汽化时大量吸热接触造成冻伤。氮气占空气78%。
在常压下，液氮温度为－196℃；1立方米的液氮可以膨胀至696立方米 21°C的纯气态氮。液氮是无色、无味，在高压下低温的液体和气体。液氮（常写为LN2），是氮气在低温下形成的液体形态。氮的沸点为-196°C，在正常大气压下温度如果在这以下就会形成液氮；如果加压，可以在更高的温度下得到液氮。
在工业中，液态氮是由空气分馏而得。先将空气净化后，在加压、冷却的环境下液化，借由空气中各组分之沸点不同加以分离。人体皮肤直接接触液氮瞬间是没有问题的，超过2秒才会冻伤且不可逆转。
基本介绍中文名 ：液氮 英文名 ：Liquid nitrogen 化学式 ：N2 分子量 ：28.01 CAS登录号 ：7727-37-9 熔点 ：-209.8℃ 沸点 ：-196.56℃ 水溶性 ：微溶于水 密度 ：0.81g/cm3 外观 ：无色透明液体 套用 ：快速冷冻、冷冻麻醉 危险性符号 ：R20/21 危险品运输编号 ：22006 稳定性 ：稳定 分解产物 ：氮气 理化特性,运输信息,储存防护,危险性,中毒处理,急救措施,消防措施,应急处理,用途,工业用途,生物及医学用途,法规信息, 理化特性 化学品中文名称：液氮 化学品英文名称：Liquidnitrogen 技术说明书编码：84 液氮 CASNo.：7727-37-9 分子式：N2 分子量：28.01 主要成分：含量：高纯氮≥99.999%；工业级一级≥99.5%；二级≥98.5%。 外观与性状：液体，无色无臭。 熔点（℃）：-209.8 沸点（℃）：-196.56 相对密度（水=1）：0.808（-196℃） 汽化潜热：5.56kJ/mol 相对蒸气密度（空气=1）：0.97 饱和蒸气压（kPa）：1026.42（-173℃） 燃烧热（kJ/mol）：无意义 临界温度（℃）：-147 临界压力（MPa）：3.40 辛醇/水分配系数的对数值：无资料 闪点（℃）：无意义 引燃温度（℃）：无意义 爆炸上限%（V/V）：无意义 爆炸下限%（V/V）：无意义 溶解性：微溶于水、乙醇。 主要用途：用作制冷剂等。 其它理化性质： 稳定性：稳定 禁配物：无资料 避免接触的条件：禁忌物 聚合危害：不聚合 分解产物：氮气 运输信息 危险货物编号：22006 UN编号：1977 包装类别：Z01 注意事项：储槽必须定时巡检增压盘等，保持无故障状态，运输工具内不可人货同车，且保持封闭空间内的通风情况，装卸时严禁倾倒、滚动储槽，装车后应加装防倒翻措施。 储存防护 操作注意事项：密闭操作。密闭操作，提供良好的自然通风条件。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员穿防寒服，戴防寒手套。防止气体泄漏到工作场所空气中。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附属档案破损。配备泄漏应急处理设备。 储存注意事项：储存于阴凉、通风的库房。库温不宜超过30℃。储区应备有泄漏应急处理设备。 工程控制：密闭操作，提供良好的自然通风条件。 呼吸系统防护：一般不需特殊防护。但当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。 眼睛防护：戴安全防护面罩。 身体防护：穿防寒服。 手防护：戴防寒手套。 其他防护：避免高浓度吸入。防止冻伤。 危险性 侵入途径：吸入 健康危害：皮肤接触液氮可致冻伤。如在常压下汽化产生的氮气过量，可使空气中氧分压下降，极端情况下可能引起缺氧窒息。 燃爆危险：本品不燃，不易爆。 中毒处理 急救措施 皮肤接触：若有冻伤，就医治疗。 吸入：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。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。 消防措施 危险特性：若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。 有害燃烧产物：本品不燃。 灭火方法：本品不燃。用雾状水保持火场中容器冷却。可用雾状水喷淋加速液氮蒸发，但不可使水枪射至液氮。 应急处理 应急处理：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，穿防寒服。不要直接接触泄漏物。尽可能切断泄漏源。用排风机将漏出气送至空旷处。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。 液氮外泻处理方法 吸入氮气浓度不太高时，患者最初感胸闷、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。 1．迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并设定隔离区域，严格限制出入。 2．通知消防及相关单位。 3．应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿防寒服，戴防寒手套。 4．避免泄漏液体流入地下室或其他密闭有人工作空间，如无法避免应立即通知相关部门。 5．不要直接接触泄漏物。 6．尽可能切断泄漏源。 7．可用雾状水喷淋加速液体蒸发，但不可使水枪射至液体。 8．防止气体在低凹处积聚，用排风机将漏出气送至空旷处。 9．禁止人员在低洼或下风区停留。 用途 工业用途 工业生产中，用压缩液体空气分馏的方法获得液氮，可以用于作为深度制冷剂，由于其化学惰性，可以直接和生物组织接触，立即冷冻而不会破坏生物活性，因此可以用于： （1）迅速冷冻和运输食品，或制作冰品； （2）进行低温物理学的研究； （3）在科学教育中演示低温状态。在常温下柔软的物体在液氮中浸泡一下，就会脆如玻璃； （4）提供高温超导体显示超导性所需的温度，例如钇钡铜氧。 （5）可作制冷剂，用来迅速冷冻生物组织，防止组织被破坏。 （6）用于工业制氮肥。 （7）用于化学检测，如BET比表面积测试法。 生物及医学用途 （1）除灭红火蚁。 （2）在外科手术中可以用迅速冷冻的方法帮助止血和去除皮肤表面的浅层需要割除的部位。 把-170度的针头插入癌变组织，冻死癌细胞 （3）保存活体组织，生物样品以及 *** 和卵子的储存； （4）可作制冷剂，用来迅速冷冻生物组织，防止组织被破坏。 冷冻治疗 液氮冷冻治疗是近代治疗学领域中的一门新技术。液氮冷冻治疗是一种冷冻生物学的综合效应。正常细胞在极度冷冻的状态下，会发生不可逆转的损害。它就是通过极度冷冻的状态下，将病区细胞迅速杀死，使得病区得到正常的恢复。一般用来治疗瘊子、鸡眼以及皮肤病等。 冷冻手术还用以治疗乳腺癌。以色列医疗公司IceCure2012年开发出一种利用冷冻疗法治疗乳腺癌的最新技术，用液氮将乳腺癌细胞冷冻并且杀死，该公司正在对其进行临床试验。如果试验成功，今后乳腺癌患者就能够在不接受外科手术的情况下，将体内肿瘤“切除”。 法规信息 法规信息化学危险物品安全管理条例（1987年2月17日国务院发布），化学危险物品安全管理条例实施细则（化劳发[1992]677号），工作场所安全使用化学品规定（[1996]劳部发423号）等法规，针对化学危险品的安全使用、生产、储存、运输、装卸等方面均作了相应规定；常用危险化学品的分类及标志（GB13690-92）将该物质划为第2.2类不燃气体。
[编辑本段]物理性质
氮气占空气总量的78.12%，二氧化碳，水汽和一些稀有气体占空气总量的0.93％，氧气20.95%
单质氮在常况下是一种无色无臭的气体，在标准情况下的气体密度是1.25g·dm-3，氮气在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.86℃时，液态氮变成雪状的固体。氮分子结构式
氮气在水里溶解度很小，在常温常压下，1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。它是个难于液化的气体。在水中的溶解度很小，在283K时，一体积水约可溶解0.02体积的N2,氮气在极低温下会液化成白色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。
[编辑本段]化学性质
氮气分子的分子轨道式为 ,对成键有贡献的是 三对电子，即形成两个π键和一个σ键。 对成键没有贡献，成键与反键能量近似抵消，它们相当于孤电子对。由于N2分子中存在叁键N≡N，所以N2分子具有很大的稳定性，将它分解为原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的双原子分子中最稳定的，氮气的相对分子质量是27。
检验方法：
将燃着的Mg条伸入盛有氮气的集气瓶，Mg条会继续燃烧（Mg可在任何环境燃烧）
提取出燃烧剩下的灰烬（白色粉末Mg3N2），加入少量水，产生使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体（氨气）
反应方程式
3Mg＋N2＝点燃＝Mg3N2(氮化镁)
Mg3N2＋6H2O＝3Mg(OH)2↓＋2NH3↑
由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图也可以看出，除了NH4离子外，氧化数为0的N2分子在图中曲线的最低点，这表明相对于其它氧化数的氮的化合物来讲，N2是热力学稳定状态。氧化数为0到+5之间的各种氮的化合物的值都位于HNO3和N2两点的连线（图中的虚线）的上方，因此，这些化合物在热力学上是不稳定的，容易发生歧化反应。在图中唯一的一个比N2分子值低的是NH4+离子。（详细氧化态－吉布斯自由能图请参照http://www.jky.gxnu.edu.cn/jpkc/kj/kj14.ppt）
由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图和N2分子的结构均可以看出，单质N2不活泼，只有在高温高压并有催化剂存在的条件下，氮气可以和氢气反应生成氨：
在放电条件下，氮气才可以和氧气化合生成一氧化氮：
N2+O2=放电=2NO
一氧化氮与氧气迅速化合，生成二氧化氮
2NO+O2=2NO2
二氧化氮溶于水，生成硝酸，一氧化氮
3NO2+H2O=2HNO3+NO
在水力发电很发达的国家，这个反应已用于生产硝酸。
N2与电离势小，而且其氮化物具有高晶格能的金属能生成离子型的氮化物。例如：
N2 与金属锂在常温下就可直接反应：
6 Li + N2=== 2 Li3N
N2与碱土金属Mg 、Ca 、Sr 、Ba 在炽热的温度下作用：
3 Ca + N2=== Ca3N2
N2与硼和铝要在白热的温度才能反应：
2 B + N2=== 2 BN （大分子化合物）
N2与硅和其它族元素的单质一般要在高于1473K的温度下才能反应。
[编辑本段]氮的制备
单质氮一般是由液态空气的分馏而制得的，常以1.5210pa的压力把氮气装在气体钢瓶中运输和使用。一般钢瓶中氮气的纯度约99.7% 。 为获得纯氮，可在上述氮气中加入少量氨，并以Pt作催化剂，将氧除去，也可使不纯的氮通过赤热的铜或其他金属以除去微量的氧。
实验室中制备少量氮气的基本原理是用适当的氧化剂将氨或铵盐氧化，最常用的是如下几种方法：
⑴加热亚硝酸铵的溶液：
343k
NH4NO2 ===== N2↑+ 2H2O
⑵亚硝酸钠与氯化铵的饱和溶液相互作用：
NH4Cl + NaNO2 === NaCl + 2 H2O + N2↑
⑶将氨通过红热的氧化铜：
2 NH3+ 3 CuO === 3 Cu + 3 H2O + N2↑
⑷氨与溴水反应：
8 NH3 + 3 Br2 (aq) === 6 NH4Br + N2↑
⑸重铬酸铵加热分解：
（NH4)2Cr2O7===N2↑+Cr2O3+4H2O
[编辑本段]氮的在汽车上的用途
1． 提高轮胎行驶的稳定性和舒适性。氮气几乎为惰性的双原子气体，化学性质极不活泼，气体分子比氧分子大，不易热胀冷缩，变形幅度小，其渗透轮胎胎壁的速度比空气慢约30～40%， 能保持稳定胎压，提高轮胎行驶的稳定性，保证驾驶的舒适性；氮气的音频传导性低，相当于普通空气的1/5，使用氮气能有效减少轮胎的噪音，提高行驶的宁静度。
2．防止爆胎和缺气碾行。爆胎是公路交通事故中的头号杀手。据统计，在高速公路上有46%的交通事故是由于轮胎发生故障引起的，其中爆胎一项就占轮胎事故总量的70%。汽车行驶时，轮胎温度会因与地面磨擦而升高，尤其在高速行驶及紧急刹车时，胎内气体温度会急速上升，胎压骤增，所以会有爆胎的可能。而高温导致轮胎橡胶老化，疲劳强度下降，胎面磨损剧烈，又是可能爆胎的重要因素。而与一般高压空气相比，高纯度氮气因为无氧且几乎不含水份不含油，其热膨胀系数低，热传导性低，升温慢，降低了轮胎聚热的速度，不可然也不助然等特性，所以可大大地减少爆胎的几率。
3．延长轮胎使用寿命 使用氮气后，胎压稳定体积变化小，大大降低了轮胎不规则磨擦的可能性，如冠磨、胎肩磨、偏磨，提高了轮胎的使用寿命；橡胶的老化是受空气中的氧分子氧化所致，老化后其强度及弹性下降，且会有龟裂现象，这时造成轮胎使用寿命缩短的原因之一。氮气分离装置能极大限度地排除空气中的氧气、硫、油、水和其它杂质，有效降低了轮胎内衬层的氧化程度和橡胶被腐蚀的现象，不会腐蚀金属轮辋，延长了轮胎的使用寿命，也极大程度减少轮辋生锈的状况。
4．减少油耗，保护环境。轮胎胎压的不足与受热后滚动阻力的增加，会造成汽车行驶时的油耗增加；而氮气除了可以维持稳定的胎压，延缓胎压降低之外，其干燥且不含油不含水，热传导性低，升温慢的特性，减低了轮胎行走时温度的升高，以及轮胎变形小抓地力提高等，降低了滚动阻力，从而达到减少油耗的目的。
[编辑本段]氮气的其它用途
氮主要用于合成氨，反应式为N2+3H2=2NH3( 条件为高压，高温、和催化剂。反应为可逆反应）还是合成纤维（锦纶、腈纶），合成树脂，合成橡胶等的重要原料。由于氮的化学惰性，常用作保护气体。以防止某些物体暴露于空气时被氧所氧化，用氮气填充粮仓，可使粮食不霉烂、不发芽，长期保存。液氨还可用作深度冷冻剂。作为冷冻剂在医院做除斑,包,豆等的手术时常常也使用, 即将斑,包,豆等冻掉,但是容易出现疤痕,并不建议使用
毒性与防护：
1、 呼吸系统防护：一般不需特殊防护。但当作业场所空气中氧气浓度低于18%时，必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。
2、 眼睛防护：戴安全防护面罩。
3、 其它防护：避免高浓度吸入。
使用注意事项：
密闭操作，提供良好的自然通风条件。操作人员必须经过专门培训，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。
消防应急措施与防护：
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。不要直接接触泄漏物。尽可能切断泄漏源。防止气体在低凹处积聚，遇点火源着火爆炸。用排风机将漏出气送至空旷处。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。
本品不燃。用雾状水保持火场中容器冷却。可用雾状水喷淋加速液氮蒸发，但不可使用水枪射至液氮。
应急措施：
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。如呼吸停止，立即进行人工呼吸。就医。
[编辑本段]氮的成键特征和价键结构
由于单质N2在常况下异常稳定，人们常误认为氮是一种化学性质不活泼的元素。实际上相反，元素氮有很高的化学活性。N的电负性（3.04）仅次于F和O，说明它能和其它元素形成较强的键。另外单质N2分子的稳定性恰好说明N原子的活泼性。问题是目前人们还没有找到在常温常压下能使N2分子活化的最优条件。但在自然界中，植物根瘤上的一些细菌却能够在常温常压的低能量条件下，把空气中的N2转化为氮化合物，作为肥料供作物生长使用。所以固氮的研究一直是一个重要的科学研究课题。因此我们有必要详细了解氮的成键特性和价键结构。
N原子的价电子层结构为2s2p3，即有3个成单电子和一对孤电子对，以此为基础，在形成化合物时，可生成如下三种键型：
1.形成离子键
2.形成共价键
3.形成配位键
N原子有较高的电负性（3.04），它同电负性较低的金属，如Li（电负性0.98）、Ca（电负性1.00）、Mg（电负性1.31）等形成二元氮化物时，能够获得3个电子而形成N3-离子。
N2+ 6 Li == 2 Li3N
N2+ 3 Ca == Ca3N2
N2+ 3 Mg =点燃= Mg3N2
N3-离子的负电荷较高，半径较大（171pm），遇到水分子会强烈水解，因此的离子型化合物只能存在于干态，不会有N3-的水合离子。
形成共价键
N原子同电负性较高的非金属形成化合物时，形成如下几种共价键：
⑴N原子采取sp3杂化态，形成三个共价键，保留一对孤电子对，分子构型为三角锥型，例如NH3、NF3、NCl3等。
若形成四个共价单键，则分子构型为正四面体型，例如NH4+离子。
⑵N原子采取sp2杂化态，形成2个共价键和一个键，并保留有一对孤电子对，分子构型为角形，例如Cl—N=O 。（N原子与Cl 原子形成一个σ 键和一个π键，N原子上的一对孤电子对使分子成为角形。）
若没有孤电子对时，则分子构型为三角形，例如HNO3分子或NO3-离子。硝酸分子中N原子分别与三个O原子形成三个σ键，它的π轨道上的一对电子和两个O原子的成单π电子形成一个三中心四电子的不定域π键。在硝酸根离子中，三个O原子和中心N原子之间形成一个四中心六电子的不定域大π键。
这种结构使硝酸中N原子的表观氧化数为+5，由于存在大π键，硝酸盐在常况下是足够稳定的。
⑶N原子采取sp 杂化，形成一个共价叁键，并保留有一对孤电子对，分子构型为直线形，例如N2分子和CN-中N原子的结构。
形成配位键
N原子在形成单质或化合物时，常保留有孤电子对，因此这样的单质或化合物便可作为电子对给予体，向金属离子配位。例如[Cu(NH3)4]2+或[Tu(NH2)5]7等。
危险特性：若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。
2. 饱和蒸气压 系数(Y 单位:Pa) 使用温度范围:63.15 - 126.2K A= 58.282 B=-1084.1 D= .044127 E= 1
3. 液体热容 C=-8.3144 系数(Y 单位:J/kmol/K) 使用温度范围:63.15 - 112K A= 281970 B=-12281
