Khí N2 tham gia phản ứng hóa học với chất khác như thế nào

Khí Nitơ có rất nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp và trong đời sống hàng ngày. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu một số ứng dụng quan trọng của khí Nitơ nào.

Khái quát sơ lược về khí Nitơ

- Nitơ có tên Tiếng Anh là Nitro, là một nguyên tố hóa học, đứng thứ 7 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

- Ở điều kiện tự nhiên Nitơ tồn tại dưới dạng khí không màu, không mùi, không vị và tương đối trơ. Ngoại trừ Liti nó không phản ứng với bất cứ chất gì ở nhiệt độ phòng.

- Khí Nitơ tự nhiên chiếm đến 78% khí quyển. Nitơ nguyên bản được gọi là đạm Nitơ, không gây ảnh hưởng xấu tới sức khỏe con người. Nitơ cũng là một thành phần quan trọng cấu tạo nên vật chất tự nhiên và các tế bào sống.

Nitơ là thành quan trọng cấu tạo nên tế bào sống

Xem ngay >>Tủ hút khí độc phòng thí nghiệm ESCO - Lựa chọn số 1 cho phòng Lab

- Nitơ là khí không cháy và có tính trơ cao đến mức ban đầu, nó được xếp vào danh sách những loại khí không thể tham gia các phản ứng hóa học. Sau đó, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng trong tự nhiên, khí N2 có thể tham gia chuyển hóa hóa học, tuy nhiên, phản ứng rất chậm và trở thành các hợp chất.

- Do Nitơ rất dễ bay hơi nên người ta làm ấm Nitơ lỏng là có thể sản xuất khí Nitơ. Sau đó chúng được chứa trong các bình chứa chuyên dụng. Trong quá trình vận chuyển, nito cần được giữ lạnh để tránh khí bay mất.

- Với sự phát triển của nền công nghiệp hóa chất, khí Nito thường được chuyển sang hợp chất Amoniac, sau đó chuyển hóa tiếp và trở thành các hóa chất như thuốc nổ, sản xuất phân bón, axit nitric.

Tính chất đặc trưng của khí Nitơ

1. Nitơ là chất oxy hóa

- Tác dụng với kim loại tạo thành muối Nitrua

+ Ở nhiệt độ thường, Nito chỉ tác dụng với Li :

6Li + N2 → 2Li3N

+ Ở nhiệt độ cao, Nito phản ứng với nhiều kim loại như Mg, Ca, Al,…

2Al + N2 → 2AlN

- Nito tác dụng với khí H2 tạo thành Amoniac. Phản ứng thuận nghịch xảy ra trong điều kiện nhiệt độ lớn hơn 400 độ C và có áp suất, chất xúc tác là Fe.

N2 + 3H2 ↔ 2NH3

2. Nito là chất khử

- Nito tác dụng với oxy ở nhiệt độ 3000 độ C hoặc ở trong lò hồ quang điện

N2 + O2 ↔ 2NO

- Khí NO không màu sẽ chuyển sang màu nâu trong không khí do xảy ra phản ứng với oxy

2NO + O2 → 2NO2

Điều chế khí nito bằng cách nào?

1. Trong công nghiệp

Trong công nghiệp, khí Nito được điều chế bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Không khí sau khi đã loại bỏ CO2 và hơi nước sẽ được hóa lỏng ở áp suất cao và nhiệt độ thấp. Nâng dần nhiệt độ không khí lỏng đến -196 độ C thì nito sôi và tách khỏi được oxy vì khí oxy có nhiệt độ sôi cao hơn (-183 độ C). Khí Nito sau đó được nén lại và vận chuyển trong các bình thép, nén dưới áp suất 150 atm.

2. Trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, một lượng nhỏ khí Nito tinh khiết được điều chế bằng cách đun nóng nhẹ dung dịch bão hòa muối amoni nitrit.

NH4NO2 → N2 + 2H2O

Ngoài ra, chúng ta có thể thay muối amoni nitrit kém bền bằng dung dịch bão hòa của muối natri nitrit và amoni clorua.

NH4Cl + NaNO2 →  N2 + NaCl + 2H2O         

Ứng dụng của khí Nitơ

Khí Nitơ có rất nhiều ứng dụng trong các ngành công nghiệp. Có thể kể đến như:

- Khí Nitơ là một loại khí tương đối trơ ở nhiệt độ phòng nên được sử dụng để làm chậm quá trình phân hủy của thực phẩm, giữ thực phẩm được tươi lâu, giúp thực phẩm để được trong thời gian dài. Đây là loại khí rất quan trọng trong việc bảo quản thực phẩm tươi sống và thực phẩm đã qua chế biến.

- Trong y học, khí Nitơ được sử dụng để bảo quản các bộ phận, tế bào của cơ thể, bảo quản trứng và tinh trùng.

- Khí Nitơ cũng được sử dụng để chữa một số bệnh liên quan tới da như: loại bỏ mụn nhọt, mụn cóc…

- Trong công nghiệp hàn, khí Nito nó được sử dụng thay thế khí Heli để hàn những đồ vật làm bằng đồng và hợp kim đồng. Sở dĩ như vậy là do khí Nitơ cung cấp lượng nhiệt hàn giống như Heli nhưng giá thành lại rẻ hơn rất nhiều.

Khí Nitơ được sử dụng trong công nghệ hàn ống đồng

- Được sử dụng để bơm vào lốp ô tô và lốp máy bay.

- Được dùng để làm mát một số bộ phận của máy tính như CPU, giúp máy tính có tốc độ xử lý nhanh hơn, tốt hơn.

- Làm sạch kim loại, chế tạo kim loại tinh khiết, sản xuất thép không rỉ, linh kiện điện tử.

- Do khí Nitơ có khả năng giữ nhiệt tốt nên được sử dụng trong công nghệ nghiên cứu các tác nhân làm lạnh.

- Khí Nitơ là thành phần quan trọng để sản xuất phân đạm, phân bón.

- Một số loại máy phân tích, máy xét nghiệm cần khí Nitơ mới có thể hoạt động được.

- Ngoài ra khí Nitơ cũng có thể sử dụng thay thế cho khí CO2 để tạo áp lực cho các thùng chứa bia, giúp giữ lạnh cho bia.  

Những tác hại khí Nitơ có thể gây ra

1. Gây Cháy nổ

Do nhiệt độ sôi của Oxy cao hơn so với Nito nên oxy có thể bị ngưng tụ từ không khí vào trong Nitơ lỏng. Oxy lỏng có khả năng phản ứng mãnh liệt với các hợp chất hữu cơ gây cháy nổ.

2. Có thể phát nổ thiết bị chứa

Trong trường hợp Nitơ lỏng bị lưu trữ trong không gian kín, nếu hiện tượng hóa hơi xảy ra đột ngột do sự gia tăng áp suất thì nó có thể phát nổ. Đã từng có một tai nạn nổ do khí N2 xảy ra tại một phòng thí nghiệm khiến một nhân viên tại đó tử vong. Nguyên nhân là do người này đã vô tình đổ N2 lỏng xuống đường ống thoát nước.

3. Gây bỏng

Nhiệt độ của Nitơ lỏng khoảng –196 độ C, vì vậy khi tiếp xúc với da, Nitơ lỏng sẽ khiến nạn nhân bị bỏng lạnh. Nếu để lâu có thể bị hoại tử, thậm chí có nguy cơ tử vong. Đây cũng là loại tai nạn này thường gặp nhất tại các trạm sản xuất, sang chiết Nitơ lỏng. Đã có rất nhiều người bị Nitơ lỏng văng bắn vào mắt gây mù lòa.

4. Gây ngạt thở

Gây ngạt thở khi khí Nitơ hoá hơi với khối lượng lớn trong không gian kín và chiếm chỗ oxy. Thông thường, oxy chiếm khoảng 21% trong không khí. Đây cũng là môi trường an toàn cho con người. Tuy nhiên, khi lượng oxy giảm xuống dưới 19.5% thì đây là môi trường thiếu oxy.

5. Tác động đến vật liệu

Vì nhiệt độ của Nitơ lỏng là rất thấp nên trong một số trường hợp, vật liệu khi tiếp xúc với Nitơ lỏng có thể bị nứt vỡ, biến dạng do ứng suất biến dạng không đồng đều.

6. Gây ô nhiễm

Các hợp chất phân bón chứa nitrat khi bị rửa trôi sẽ là nguồn gây ô nhiễm chính cho nước ngầm và các con sông. Đặc biệt, các hợp chất chứa xyanua (-CN) sẽ hình thành các muối cực độc hại và là nguyên nhân gây ra cái chết của nhiều động vật.

Trên đây là một số thông tin liên quan đến khí Nitơ và ứng dụng của nó trong công nghiệp. Hy vọng những thông tin này sẽ đem đến cho bạn thêm nhiều thông tin hữu ích.

Nguồn bài viết: labvietchem.com.vn

Tham khảo thêm:

Câu hỏi: Tính chất hóa học của nitơ

Lời giải:

- Nitơ có các số oxi hoá: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

- N2có số oxi hoá 0 nên vừa thể hiện tính oxi hoá và tính khử.

- Nitơ có EN N= 946 kJ/mol, ở nhiệt độ thường nitơ khá trơ về mặt hóa học nhưng ở nhiệt độ cao hoạt động hơn.

- Nitơ thể hiện tính oxi hóa và tính khử, tính oxi hóa đặc trưng hơn.

1. Tính oxi hoá:Phân tử nitơ có liên kết ba rất bền, nên nitơ khá trơ về mặt hóa học ở nhiệt độ thường.

a. Tác dụng với hidro

-Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có xúc tác. Nitơ phản ứng với hidro tạo amoniac.

b. Tác dụng với kim loại

-Nhiệt độ thường, nitơ tác dụng với liti tạo thành liti nitrua:

6Li + N2→ 2Li3N.

-Ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với Mg, tạo thành magie nitrua:

3Mg + N2→ Mg3N2

-Có 1 điểm cần chú ý là các nitrua rất dễ bị thủy phân tạo ra NH3. Nitơ chỉ thể hiện tính oxi hóa với những nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn.

2. Tính khử

-Khí nito thể hiện tính khử khi kết hợp cùng các nguyên tố có độ âm điện lớn hơn.

-Ở nhiệt độ khoảng 3000ºC,Nitơ tác dụng với oxitạo nitơ monoxit

-Ở điều kiện thường, nitơ monoxit lại tác dụng với oxi có trong không khí, tạo thành nitơ đioxit đặc trưng với màu nâu đỏ.

– Một số oxit khác của nitơ gồm có N2O, N2O3, N2O5, nhưng không được điều chế trực tiếp từ oxi và nitơ.

Cùng Top lời giải tìm hiểu thêm về nitơ nhé!

I. Cấu tạo phân tử

- Nhóm VA có cấu hình electron ngoài cùng là: ns2np3.

- Nên vừa thể hiện được tính oxh và tính khử.

- Cấu hình electron của N2: 1s22s22p3.

- CTCT: N≡ N.

- CTPT: N2.

- Số oxh của N2: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5.

II. Trạng thái tự nhiên

Trong tự nhiên, nito tồn tại ở dạng tự do và dạng hợp chất.

- Ở dạng tự do, nito chiếm 80% thể tích không khí.

- Ở dạng hợp chất, nito có nhiều trong khoáng vật NaNO3có tên là diêm tiêu natri.

Ngoài ra nito có trong thành phần của protein, axit ucleic, … và nhiều hợp chất hữu khác.

III. Tính chất vật lý

-Tính chất vật lý của nitođầu tiên là chất khí không màu, không mùi, không vị, nhẹ hơn không khí với d = 28/29). Nó bị hóa lỏng ở -196ºC.

-Nitơ lỏnghay được gọi là được gọi bằng LN2, là cụm từ xuất hiện rộng rãi ngày nay, đặc biệt trong lĩnh vực y tế, bảo quản thực phẩm. Nó tồn tại trong một trạng thái lỏng ở nhiệt độ rất thấp, được tạo ra bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Một chất lỏng trong suốt, không màu, hằng số điện môi 1.4.

-Vậy khí nitocó tan trong nước không, nó ít tan trong nước, hoá rắn ở nhiệt độ rất thấp.

-Nhiều người cũng thắc mắckhí nito có cháy không. Câu trả lời là không, khí N2 không duy trì sự cháy và sự hô hấp, nên không gây độc hại.

IV. Ứng dụng và điều chế

1. Ứng dụng

Ứng dụng trong bảo quản thực phẩm

-Bởi đặc tính trơ về mặt phản ứng, nên ngăn chặn được ảnh hưởng oxy hóa rất tốt. Vì vậy khí này có được ứng dụng trong việc bảo quản thực phẩm.

-Sử dụng để đóng gói hay dạng rời thực phẩm. Bằng cách làm chậm sự ô thiu và các dạng tổn thất khác gây ra bởi sự oxy hóa.

Ứng dụngcủaKhí N2 trong chùi rửa làm sạch

-Ngoài ra loại khí này còn được dùng trong việc chạy phân tích mẫu. Áp dụng trong việc hàn đường ống, cũng như chế tác các loại kim loại. Nâng cao được độ bền lâu chắc chắn hơn. Cách làm sạch đường ống này đảm bảo an toàn. Không làm hư hại tới các sản phẩm đang thực hiện để chế tác. Nên rất được ưa chuộng từ người sử dụng.

Ứng dụng trong việc luyện kim và chế tác kim loại

-Đối với các ngành luyện kim hay sản xuất các linh kiện điện tử, sản xuất thép không gỉ. Thường cần tới sự có mặt củakhí nitođể hỗ trợ sản xuất. Tùy thuộc vào đặc thù của công ty và nhu cầu sử dụng. Sẽ có lưu lượng và mức độ sử dụng lượng không khí này khác nhau.

Ứng dụng của Khí N2 Sử dụng trong việc bơm lốp ô tô và máy bay

-Với việc sở hữu được đặc tính trơ và thiếu các tính chất ẩm, đặc biệt oxy hóa cực thấp. Vì vậy mà nitơ được sử dụng rất nhiều trong việc bơm lốp ô tô hoặc máy bay.

Khí N2Làm sạch để vận chuyển thực phẩm và các mẫu chế phẩm sinh học

-Khí nitocũng được sử dụng trong việc làm lạnh nhằm phục vụ việc vận chuyển thực phẩm. Một số đặc tính giúp làm lạnh an toàn mà không gây hại cho thực phẩm. Giúp ích cho việc bảo vệ các bộ phận thân thể. Cũng như đảm bảo cho các tế bào tinh trùng và trứng được bảo quản. Ứng dụng trong việc bảo vệ các mẫu và chế phẩm sinh học cơ thể người an toàn.

Ứng dụng của Khí N2 trong trong ngành giáo dục

-Nito là thành phần trong rất nhiều hợp chất. Vì vậykhí nitocũng được sử dụng trong bộ môn hóa học. Đảm bảo áp dụng nghiên cứu. Cũng như giáo dục cho các học sinh biết đặc tính của một số hợp chất.

-Ngoài ra khí này cũng có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong đời sống. Đây được coi là một loại khí quan trọng với cơ thể sống.

V. Điều chế.

a. Trong công nghiệp

-Chưng cất phân đoạn không khí lỏng, thu nitơ ở -196ºC, vận chuyển trong các bình thép, nén dưới áp suất 150 at.

b. Trong phòng thí nghiệm

-Đun dung dịch bão hòa muối amoni nitrit (Hỗn hợp NaNO2và NH4Cl):