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氮氣的用途

2012-7-5 14:58:31

在國民經(jīng)濟和日常生活中，氮氣有廣泛的用途。首先，利用它“性格孤獨”的特點，我們將它充灌在電燈泡里，可防止鎢絲的氧化和減慢鎢絲的揮發(fā)速度，延長燈泡的使用壽命。還可用它來代替惰性氣體作焊接金屬時的保護氣。在博物館里，常將一些貴重而稀有的畫頁、書卷保存在充滿氮氣的圓筒里，這樣就能使蛀蟲在氮氣中被悶死。利用氮氣使糧食處于休眠和缺氧狀態(tài)、代謝緩慢，可取得良好的防蟲、防霉和防變質(zhì)效果，糧食不受污染，管理比較簡單，所需費用也不高，故近年來進展較快。目前，日本和意大利等國已進入小型生產(chǎn)試驗階段。近年來。我國不少地區(qū)也應(yīng)用氮氣來保存糧食，叫做“真空充氮貯糧”，亦可用來保存水果等農(nóng)副產(chǎn)品。

利用液氮給手術(shù)刀降溫，就成為“冷刀”。醫(yī)生用“冷刀”做手術(shù)，可以減少出血或不出血，手術(shù)后病人能更快康復。使用液氮為病人治療皮膚病，效果也很好。這是因為液氮的氣化溫度是－195.8℃，因此，用來治療表淺的皮膚病常常很容易使病變處的皮膚壞死、脫落。過去皮膚科常以“干冰”治療血管瘤，用意雖然相同，但冷度遠不及液氮。醫(yī)治肺結(jié)核的“人工氣胸術(shù)”，也是把氮氣（或空氣）打進肺結(jié)核病人的胸腔里，壓縮有病灶的肺葉，使它得到休息。

現(xiàn)在，人們還利用液氮產(chǎn)生的低溫，來保存良種家畜的精子，貯運各地，解凍后再用于人工授精。如廣西省水產(chǎn)研究所試用液態(tài)氮保藏鯢魚精液，獲得成功。氮氣還是一一種重要的化工原料，可用來制取多種化肥，炸藥等等。氮是“生命的基礎(chǔ)”，它不僅是莊稼制造葉綠素的原料，而且是莊稼制造蛋白質(zhì)的原料，據(jù)統(tǒng)計，全世界的莊稼，在一年之內(nèi)，要從土壤里攝取四千多萬噸氮。

科學家對氮氣抱有很大的希望，他們認為；根瘤菌之所以有一套巧奪天工的妙法，能把空氣中的氮直接捕捉下來變成氮肥。是因為它體內(nèi)有一種固氮酶，這種酶就是捕捉氮氣的能手，倘若我們能用化學的方法人工合成大量的固氨酶，豈不輕而易舉地巧將氮氣變氮肥了嗎？

氮族元素

銻、鉍是金屬元素，主要氧化數(shù)為+3、+5，鉍沒有-3價。

砷、銻、鉍三種單質(zhì)熔點較低，能和絕大多數(shù)金屬生成合金和化合物。如：銻有冷脹性，是制造印刷字模所用合金的材料；近年來發(fā)展較快的ⅢA～ⅤA族半導體材料，就是磷、砷、銻、鉍和ⅢA族金屬元素形成的化合物，如：砷化鎵、銻化鎵、砷化銦和銻化鋁等。

自然界中，砷、銻、鉍三種元素有時以單質(zhì)狀態(tài)存在，但主要以硫化物礦形式存在，如雄黃( )、輝銻礦( )、輝鉍礦( )等。氧化物礦有白砷石( 、方銻礦( )、鉍華( )等。

我國銻的蘊藏量很豐富，主要產(chǎn)地是湖甫，其次是貴州、云南、廣東、廣西、浙江、安徽等省和自治區(qū)。關(guān)于氮氣的制取空氣中約含五分之四(體積分數(shù))的氮氣，因此工業(yè)上所需的氮氣都是從空氣中提取的，其方法通常有兩種，一是將液態(tài)空氣減壓分餾，由于氧氣沸點( )比氮氣沸點( )略高，可先分離出氮氣后，余下的即為氧氣；二是將可燃物在限定容積的容器內(nèi)燃燒除去氧氣，從而獲得氮氣。

在實驗室也可以采用上述第2種方法得到少量氮氣，若要制取較純的氮氣，可以用加熱氯化銨飽和溶液與亞硝酸鈉晶體(或飽和溶液)的混合物來制備氮氣。由于該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以當加熱到開始反應(yīng)時就應(yīng)停止加熱，發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為：關(guān)于磷的發(fā)現(xiàn)史，在元素的發(fā)現(xiàn)史上，磷的發(fā)現(xiàn)頗有特色，同時也有特殊的意義。這是因為磷是一個典型的非金屬，它的發(fā)現(xiàn)為爾后研究非金屬的通性提供了可能，其發(fā)現(xiàn)過程和其他元素相比卻很不同，磷最早是從有機物質(zhì)中提取出來的。

在化學史上第一個發(fā)現(xiàn)磷元素的人，當推十七世紀的一個德國漢堡商人波蘭特（Henning·Brand，1694一？）。他是一個相信煉金術(shù)的人，由于他曾聽傳說從尿里可以制得“金屬之王”黃金，于是抱著圖謀發(fā)財?shù)哪康?，便用尿作了大量實驗?669年，他在一次實驗中，將砂、木炭、石灰等和尿混合，加熱蒸餾，雖沒有得到黃金，而竟意外地得到一種十分美麗的物質(zhì)，它色白質(zhì)軟，能在黑暗的地方放出閃爍的亮光，于是波蘭特給它取了個名字，叫“冷光”，這就是今日稱之為白磷的物質(zhì)。波蘭特對制磷之法，起初極守秘密，不過，他發(fā)現(xiàn)這種新物質(zhì)的消息立刻傳遍了德國。

德國化學家孔克爾曾用盡種種方法想打聽出這一秘密的制法，終于探知這種所謂發(fā)光的物質(zhì)，是由尿里提取出來的，于是他也開始用尿做試驗，經(jīng)過苦心摸索，終于在1678年也告成功。他是把新鮮的尿蒸餾，待蒸到水分快干時，取出黑色殘渣，放置在地窯里，使它腐爛，經(jīng)過數(shù)日后，他將黑色殘渣取出，與兩倍于“尿渣’”重的細砂混合。一起放置在曲頸瓶中，加熱蒸餾，瓶頸則接連盛水的收容器。起初用微火加熱，繼用大火干餾，及至尿中的揮發(fā)性物質(zhì)完全蒸發(fā)后，磷就在收容器中凝結(jié)成為白色蠟狀的固體。后來，他為介紹磷，曾寫過一本書，名叫《論奇異的磷質(zhì)及其發(fā)光丸》。

在磷元素的發(fā)現(xiàn)上，英國化學家波義爾差不多與孔克爾同時，用與他相近的方法也制得了磷。波義爾的學生漢克維茨（Codfrey·Hanckwitz）曾用這種方法在英國制得較大量的磷，作為商品運到歐洲其他國家出售。他在1733年曾發(fā)表論文，介紹制磷的方法，不過說得十分含糊，以后，又有人從動物骨質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了磷。膜法制氮原理　　利用驅(qū)動力給膜兩側(cè)的空氣施加壓力，由于它們在膜中的溶解度和擴散系數(shù)的不同，在壓差作用下，滲透速率較快的水蒸氣，氧等氣體優(yōu)先透過膜，成為富氧氣體；而滲透速率較慢的氮氣在滯留側(cè)富集，成為干燥的富氮氣體。世界的危機——“氮荒” 一八九五年，英國科學家克魯克斯發(fā)表了震驚世界的演講。他說：“由于大洋彼岸智利的硝石礦蘊藏量有限，礦藏資源日益枯竭。一旦沒有了智利硝石，那么歐洲土地中的氮會逐漸減少，收成便會一落千丈。”言外之意一場潛伏的糧食危機就會席卷歐洲。所以他號召化學家們要全力以赴地解決“氮荒”。

人們不禁要問，空氣中含有4/5的氮，其總量約為四千萬億噸（噸），平均每平方公里上空的氮氣就有一千萬噸?！暗摹边@個席卷歐洲和世界的危機從何談起？這不是科學家蠱惑人心嗎？　　其實只要仔細分析就會發(fā)現(xiàn)，氮分子中，氮原子與氮原子之間，有三個共用電子對，形成三個共價鍵（N≡N）。鍵能為226.8千卡/摩爾，從而分子結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定，很難為植物所吸收，具體地說來就是要把氮還原成氨才能被作物所吸收。于是如何把游離態(tài)的氮，變?yōu)榛蠎B(tài)的氨，成為向科學家們提出的一個新的命題。

從氮和氧在空間放電的情況下生成一氧化氮的實驗，揭示了雷在雨季節(jié)，由于“雷電”的作用幫助了氮在自然界中循環(huán)。這一現(xiàn)象是普利斯特列在1779年發(fā)現(xiàn)的。它成為人類歷史上固氮的起點。但是直到1905年，這個方法才在水利資源豐富的挪威，首先投入了工業(yè)化生產(chǎn)，邁開工業(yè)生產(chǎn)的第一步。一件冤案一七七五年，英國著名的化學家布拉克在一個鐘罩內(nèi)，放進燃燒著的木炭，而燃燒一陣子后，木炭就熄滅了。布拉克認為木炭在鐘罩內(nèi)燃燒可以生成“固定空氣”（即二氧化碳氣）。當布拉克用氫氧化鉀溶液吸收了二氧化碳氣后，鐘罩內(nèi)仍有一定剩余氣體留下來。這是什么氣體？它具有什么性質(zhì)？他無法回答。布拉克要求他的學生盧塞福（1749－1819年）繼續(xù)研究這個問題。

17年后，盧塞福用動物重做這個實驗。當他把老鼠放入這個密閉鐘罩內(nèi)時，老鼠會被悶死，而悶死后，氣體的體積又縮小了十分之一。若將密閉器皿內(nèi)的氣體用堿液去吸收，發(fā)現(xiàn)氣體的體積又繼續(xù)失去十分之一?？墒且粋€奇怪的現(xiàn)象吸引了盧塞福，在這老鼠也無法生活的氣體里，居然可以點燃蠟燭，你可見到燭光隱現(xiàn)而當燭光熄滅以后，如果往密閉容器內(nèi)投入磷少許，磷又可繼續(xù)燃燒……。盧塞福的實驗使他明確了這樣兩個問題：一是人們很難從空氣中把氧氣全部除凈。二是　　這種剩余的氣體既不助燃，也無助于呼吸。它不能維持動物的生命，并具有滅火作用。這種氣體在水和氫氧化鉀液溶中也不溶解。盧塞福把這種氣體稱為“油氣”或“毒氣”。很遺憾，由于傳統(tǒng)觀念的影響，盧塞福犯了一個極大的錯誤。他不承認“油氣”是空氣的一種成分，使得他在離真理只有一步遠的地方停了下來。犯有同樣錯誤的還有普利斯特列哩，他也做了上述實驗。他把上述剩余的氣體稱為“被燃素飽和了的空氣”。意思是說因為它吸足了燃素，所以它失去了助燃的能力。普科所特和盧塞稿都是虔信燃素學說的人，因而無法擺脫傳統(tǒng)觀念的束縛。

那么，世界上第一個認為氮是空氣成分之一的人是誰呢？他是瑞典化學家舍勒（1742—1786年）。他在i772年指出：“這種氣體較空氣輕，它能滅火，其性質(zhì)頗似固定空氣（即二氧化碳氣），不過其滅火效力沒有固定空氣顯著。這可以從下面試驗結(jié)果看出：蠟燭在純凈的空氣中燃燒可以維持約80秒針之久，若放在空氣與固定空氣之比為6：55的混和氣體中，便立即熄滅，但在潔凈空氣與這種燃過的空氣的等比混和氣體中，大概可燃26秒鐘左右，他稱這種氣體為“濁氣”或者是“用過的的空氣”。舍勒的可貴之處，”在于人類第一個承認氮是空氣的組成部分。

事隔幾年以后，拉瓦錫在普利斯特列發(fā)現(xiàn)氧氣后，將它定名為“氮”。與此同時也就得出了氮氣無益于生命的這個結(jié)論。于是，這頂帽子就戴在氮氣的頭上。

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