Азот: применение, свойства, получение. Получение азота
Способы получения азота
Азот наиболее распространенный элемент на планете, содержание азота в воздухе 78,09%. В зависимости от необходимого объема и сферы применения, способы получения азота можно разделить на лабораторный и промышленный.
Лабораторные способы получения азотаВ небольших количествах азот получают:• в процессе окисления аммиака или иона аммония,• при окислении иона аммония нитрит - ионом,• посредством разложения при нагревании азидов (такой способ позволяет получать самый чистый азот): 2NaN3 →(t) 2Na + 3N2↑,• при разложении аммиака оксидом меди при температуре около 700 С: 2Nh4 + 3CuO → N2↑ + 3h3O + 3Cu,• за счет взаимодействия нитритов с мочевиной или сульфаминовой кислотой,• каталитическим разложением аммиака при высоких температурах,• при нагревании смеси сульфата аммония и дихромата калия в соотношении 1:2,• при реакциях воздуха и раскаленного кокса можно получать «атмосферный» или «воздушный» азот, который представляет собой смесь азота и благородных газов. Такой газ может использоваться в качестве топлива или сырья для химического синтеза: O2+ 4N2 + 2C → 2CO + 4N2.
Промышленный способ получения азотаВ промышленности азот получают из атмосферного воздуха тремя способами: мембранным, адсорбционным и криогенным. Первыми двумя способами получают газообразный азот, а криогенным способом – жидкий азот.
Мембранный способ получения азота осуществляется при помощи азотной станции. Сжатый и очищенный атмосферный воздух проходит сквозь мембрану. Волокна мембраны поглощают молекулы кислорода, углекислого газа, водорода, аргона и др. Более крупные молекулы азота проходят сквозь мембрану не поглощаясь волокнами. Чистота полученного мембранным способом азота от 95% до 99,5%.
Адсорбционный способ получения азота осуществляется так же при помощи азотной станции. Технологический процесс выработки азота схож с мембранным. Сжатый атмосферный воздух проходит сквозь молекулярное сито (адсорбент), которое поглощает все составные газы кроме азота. Чистота полученного адсорбционным способом азота выше по сравнению с мембранным и составляет 99,9999%.
Выбор азотной станции мембранного или адсорбционного типа зависит от требований к чистоте азота той или иной области применения.
azotnaya.ru
свойства, применение и получение азота
Азот является одним из самых распространенных на Земле элементов – в атмосфере его содержание превышает 78%. Существование такого большого количества азота в свободном состоянии говорит о его инертности и трудном взаимодействии с другими элементами в обычных условиях.
В связанном состоянии это вещество можно найти в органической и неорганической материи. Связанный с углеродом и кислородом, азот находится в белках животных и растений.
Само по себе название «азот» придумал Лавуазье, который в ходе многочисленных опытов установил наличие в атмосфере некоего инертного вещества. Ученый счел эту субстанцию безжизненной – по-гречески «azote».
Азотный цикл
Несмотря на инертность азота, в природе происходят постоянные процессы его фиксации или связывания. Так, например, в корнях бобовых растений накапливаются особые бактерии, которые фиксируют азот, перерабатывая его в нитраты.
Химические свойства азота
Его основное свойство в нормальных условиях – это инертность, т.е. минимальная химическая активность. Атом азота может образовывать связь с другим атомом азота, что достаточно необычно для химических элементов (исключение составляют лишь кремний и углерод).
При нагревании этот элемент реагирует с большинством металлов. При этом образуются ионные, ковалентные или промежуточные нитриды с отрицательно заряженным ионом азота.
В реакции с водородом азот образует достаточно устойчивые соединения – азотоводороды, которые отдаленно напоминают углеводороды. К подобным веществам относятся аммиак, гидразин и азотистоводородная кислота.
Получение и применение азота
Соединения этого вещества, играют важную роль в промышленности и сельском хозяйстве. Способ получения азота в виде химического элемента зависит от необходимой степени его чистоты. Больше всего азота необходимо для производства аммиака, но при этом допускается незначительное содержание в нем благородных газов.
Получение азота из атмосферы
Это один из самых экономичных способов, в ходе которого очищенный воздух последовательно сжижают путем охлаждения и расширения. Полученный жидкий воздух перегоняют через фракции, медленно поднимая при этом температуру. При этом процессе сначала выделяются благородные газы, а затем азот. Остается только жидкий кислород.
Подобное получение азота позволяет произвести много миллионов тонн этого вещества каждый год. Используют азот в основном для последующего производства аммиака, который, в свою очередь, выступает в роли сырья для получения промышленных и сельскохозяйственных азотосодержащих соединений.
Чистую азотную атмосферу также могут использовать, когда необходимо полное отсутствие кислорода.
Получение азота в лаборатории
В небольших количествах этот газ получают, окисляя ионы аммония или аммиак. В частности, ион аммония можно окислить нитрит-ионом.
Получение азота в процессе разложения
При нагревании разлагаются азиды, аммиак разлагается оксидом меди, нитриты разлагаются от взаимодействия с мочевиной или сульфаминовой кислотой – в результате всех этих реакций образуется азот.
fb.ru
Азот: применение, свойства, получение
Дата публикации 07.02.2013 02:01
Азот является одним из самых распространенных на Земле элементов – в атмосфере его содержание превышает 78%. Существование такого большого количества азота в свободном состоянии говорит о его инертности и трудном взаимодействии с другими элементами в обычных условиях.
В связанном состоянии это вещество можно найти в органической и неорганической материи. Связанный с углеродом и кислородом, азот находится в белках животных и растений.
Само по себе название «азот» придумал Лавуазье, который в ходе многочисленных опытов установил наличие в атмосфере некоего инертного вещества. Ученый счел эту субстанцию безжизненной – по-гречески «azote».
Азотный цикл
Несмотря на инертность азота, в природе происходят постоянные процессы его фиксации или связывания. Так, например, в корнях бобовых растений накапливаются особые бактерии, которые фиксируют азот, перерабатывая его в нитраты.
В атмосфере этот газ окисляется во время разряда молний. Затем оксиды азота растворяются в осадках, образуя кислоту азотную и азотистую. Со снегом, дождем, туманом азот попадает в почву, где происходит превращение его в нитриты или нитраты. Затем различные растения используют их для строительства белка. Животные питаются растениями, и растительный белок перерабатывается в животный. При разложении растений и животных после смерти все азотные соединения в их организмах превращаются в аммиак. Бактерии разрушают его до простейших элементов, выделяя при этом вновь чистый азот и водород. Так происходит азотный цикл или круговорот азота в природе.
Химические свойства азота
Его основное свойство в нормальных условиях – это инертность, т.е. минимальная химическая активность. Атом азота может образовывать связь с другим атомом азота, что достаточно необычно для химических элементов (исключение составляют лишь кремний и углерод).
При нагревании этот элемент реагирует с большинством металлов. При этом образуются ионные, ковалентные или промежуточные нитриды с отрицательно заряженным ионом азота.
В реакции с водородом азот образует достаточно устойчивые соединения – азотоводороды, которые отдаленно напоминают углеводороды. К подобным веществам относятся аммиак, гидразин и азотистоводородная кислота.
Получение и применение азота
Соединения этого вещества, играют важную роль в промышленности и сельском хозяйстве. Способ получения азота в виде химического элемента зависит от необходимой степени его чистоты. Больше всего азота необходимо для производства аммиака, но при этом допускается незначительное содержание в нем благородных газов.
Получение азота из атмосферы
Это один из самых экономичных способов, в ходе которого очищенный воздух последовательно сжижают путем охлаждения и расширения. Полученный жидкий воздух перегоняют через фракции, медленно поднимая при этом температуру. При этом процессе сначала выделяются благородные газы, а затем азот. Остается только жидкий кислород.
Подобное получение азота позволяет произвести много миллионов тонн этого вещества каждый год. Используют азот в основном для последующего производства аммиака, который, в свою очередь, выступает в роли сырья для получения промышленных и сельскохозяйственных азотосодержащих соединений.
Чистую азотную атмосферу также могут использовать, когда необходимо полное отсутствие кислорода.
Получение азота в лаборатории
В небольших количествах этот газ получают, окисляя ионы аммония или аммиак. В частности, ион аммония можно окислить нитрит-ионом.
Получение азота в процессе разложения
При нагревании разлагаются азиды, аммиак разлагается оксидом меди, нитриты разлагаются от взаимодействия с мочевиной или сульфаминовой кислотой – в результате всех этих реакций образуется азот.
Опубликовано в Образование и наука
Добавить комментарий
www.vigivanie.com
Использование азота
Азот – это газ, слаборастворимый в воде, без вкуса, запаха и цвета. Не смотря на то, что название элемента означает «безжизненный», он необходим для жизнедеятельности. Использование азота в свободном виде широко распространено во многих отраслях промышленности. Производство связанного азота стало быстро развиваться после Первой мировой войны и в наше время достигло очень больших масштабов. Рассмотрим подробнее использование азота по отраслям.
Газ, нефть, химия
- Использование в газообразном виде для освоения скважин. Этот метод снижения в скважинах уровня жидкости является наиболее перспективным. Для него характерны надежность и простота регулирования и контроля процесса в большом диапазоне давлений и расходов. Газообразный азот помогает быстро опорожнять глубокие скважины, резко и быстро или плавно и медленно снижать давление в скважине; может обеспечить дренирование пласта с подпиткой сжатым газом, чтобы создать фонтанирование.
- Создание инертной среды при погрузочно-разгрузочных работах в емкостях. Азот также применяется в целях пожаротушения, испытания и продувки трубопроводов (особенно актуальна эта проблема на Крайнем Севере, где сосредоточена добыча газа и нефти, вследствие невозможности использования во время морозов пенообразующих средств и воды).
- Использование в чистом виде для синтеза аммиака и при производстве азотных удобрений, для переработки попутных газов и конверсии метана.
- Использование для уменьшения серных отложений на нефтеперерабатывающих заводах, для высокоэффективной переработки высокооктановых компонентов, для повышения производительности предприятий по крекингу нефти.
Металлургия
- Азот применяется во время отжига, при нейтральной закалке, при спекании порошковым металлом, цианировании, пайке твердым припоем, для защиты цветных и черных металлов.
- Азот нужен для работы загрузочного устройства доменной печи, сероводородных компрессоров, машины огневой зачистки металла цеха блюминга, коксохимического производства.
Горнодобывающая промышленность
- При пожаротушении в угледобывающих шахтах также используется азот.
Пищевая промышленность
- Азот необходим для хранения, перевалки и упаковки продуктов питания с целью увеличения сроков хранения и сохранности их вкусовых качеств.
- Использование азота важно для предотвращения размножения бактерий путем заполнения упаковки смесью диоксида углерода и азота.
- Азот применяют для защиты продуктов от вредных насекомых, для которых инертная атмосфера может быть губительной.
Фармацевтика
- Азот используют при упаковке, транспортировке и вытеснении кислорода из резервуаров с продуктом.
Медицина
- Использование азота распространено в лабораторных исследованиях, для проведения больничных анализов.
Целлюлозно-бумажная промышленность
- Азот используется для обработки картона и бумаги, а также деревянных предметов катодным лучом или ультрафиолетом, с целью полимеризации лаковых покрытий. Это позволяет снизить затраты на фотоинициаторы, уменьшить выброс летучих соединений, повысить качество обработки.
Пожаротушение
- Обладая инертными свойствами, азот позволяет вытеснить кислород и предотвратить реакцию окисления. Горение – это реакция быстрого окисления, которая происходит за счет присутствия кислорода и источника воспламенения (электрическая дуга, искра, химическая реакция с большим выделением тепла) в атмосфере. Азот позволяет не допустить такую ситуацию. При концентрации в среде азота 90 %, горения не возникает. Мобильные азотные станции и стационарные установки по производству азота от 5 до 5000 нм³/ч с чистотой от 90% до 99.99%, эффективно предотвращают возгорание, либо тушат его очаг.
azotnaya.ru
Азот в лаборатории
Историческая справка.
Различные соединения азота – аммиак, селитра, азотная кислота – знали еще до получения азота в свободном виде. Д. Резерфорд в 1772 г., при сжигании фосфора и иных веществ в стеклянном колоколе, получил, что оставшийся газ после сгорания не поддерживает горения и дыхания. А. Лавуазье в 1787 г. предложил название "Азот". Г. Кавендиш в 1784 г. показал, что Азот входит в состав селитры. К началу XIX века определилась инертность азота в свободном виде и его исключительная роль в соединениях с элементами в качестве связанного азота. "Связывание" азота и воздуха с тех пор стало одной из самых важных технических проблем в химии.
Получение Азота.
Азот в лаборатории получают при нагревании концентрированного раствора нитрита аммония: Nh5NO2 = N2 + 2h3O. При техническом способе получения азота происходит разделение предварительно сжиженного воздуха, подвергающегося затем разгонке.
Применение Азота.
Основная часть свободного добываемого азота применяется для промышленного производства аммиака, который впоследствии перерабатывается на удобрения, азотную кислоту, взрывчатые вещества.
Основными свойствами простого азота являются: инертность, возможность вступления в химические реакции при весьма «жестких» условиях, низкая температура кипения. Как известно, температура газа, давление и занимаемый объем тесно взаимосвязаны (это отражено уравнением Менделеева-Клапейрона). Это значит, что азот в лаборатории можно сжижать воздействием на его объем. Жидкий азот получается ректификацией жидкого воздуха.
Азот в лаборатории используют в простом виде для создания инертной среды при синтезе разных соединений, которые чувствительны к кислороду, воде и углекислому газу, находящимся в воздухе. При хранении произведений искусства, их запаковывают в герметичные, наполненные азотом, футляры. Азотом заполняются камеры автомобилей, чтобы продлить их срок службы. Большое применение (многотоннажное) нашел также жидкий азот в лаборатории. В научных лабораториях химики цистернами «выпивают» его. К примеру, химфак МГУ в неделю расходует около 2х тонн. Азот в лаборатории (жидкий) также применяют, чтобы избежать быстрого испарения дорогостоящего жидкого гелия.
Первоначально явление сверхпроводимости (полной потери сопротивления) было открыто для некоторого числа металлов в жидком гелии при температуре, близкой к абсолютному нулю. Позже оказалось, что сверхпроводниками могут быть не только металлы. Полученные на основе оксидов соединения могут переходить в сверхпроводящее состояние в жидком гелии, а также в жидком азоте с его температурой кипения на 80° выше. При этом жидкий азот дешевле, чем жидкий гелий, и позволяет расширить перспективы применения и изучения сверхпроводников. Это довольно полезное явление: запущенный единожды в контуре ток не затухнет, и не изменятся его параметры. Это позволяет изготовить сверхпроводящие электромагниты.
Азот в лаборатории также применяется для синтеза аммиака. Этот метод является довольно быстрым, непрерывным, безотходным, менее энергоемким, чем прочие методы фиксации атмосферного азота. Отметим, что разнообразные способы и методы фиксации атмосферного азота в начале ХХ века стали активно изучаться и применяться в промышленности.
azotnaya.ru
Способ получения азота | Сварка и сварщик
Воздух как неисчерпаемый источник промышленного азота долгое время оставался неиспользованным. Объясняется это тем, что разделение воздуха на азот, кислород и другие газы представляло большие трудности. Основная причина заключалась в том, что азот, который занимает 80% объема воздуха, как правило, не вступает в соединение с другими элементами.
Можно было бы пойти по другому пути - вместо фиксации азота связать кислород, который легко вступает в соединения со многими элементами, встречающимися в природе. Азот в этом случае остался бы в газообразном состоянии. Но этот дорогой и малопроизводительный метод не мог служить источником азота для промышленных целей.
По аналогии с методом разделения жидкости полагали, что самым рациональным способом разделения воздуха является его ожижение с последующим испарением каждого газа в отдельности. Но получить жидкий воздух долгое время не удавалось.
В дальнейшем выяснилось, что критическая температура для азота составляет -147°C, для кислорода -119°C, а для воздуха -141°C. Каждый газ имеет не только свою критическую температуру, но и свое критическое давление, ниже которого газ, охлажденный до своей критической температуры, не переходит в жидкость.
После этого открытия стало понятно, чтобы получить жидкий воздух, необходимо было температуру газообразного воздуха понизить до -141°C, а давление поднять до 37,2 атмосферы. При более высокой температуре, как бы велико ни было давление, получить жидкий воздух нельзя. Но при более низкой температуре можно сжижать воздух и при меньшем давлении. Например, если охладить воздух до температуры -195°C, то он перейдет в жидкое состояние и при атмосферном давлении.
Получив жидкий воздух, начали искать способ его разделения на составные части. Было известно, что для разделения смеси, состоящей из нескольких жидкостей с различными температурами кипения, необходимо медленно отгонять сначала одну из них, кипящую при более низкой температуре, а затем ту, температура кипения которой выше.
Жидкий воздух представляет собой смесь жидкостей с различными температурами кипения, и к нему могут быть применены все законы фракционной перегонки.
Как известно, температура кипения азота на 195,8°C, а кислорода - на 183°C ниже нуля. Чтобы испарить азот или кислород, не нужен специальный источник теплоты. Даже та теплота, которая поступает из окружающего воздуха, вызывает бурное кипение этих жидкостей.
Чтобы понизить скорость кипения и устранить возможное одновременное испарение азота и кислорода, необходимо уменьшить приток теплоты из окружающей среды.
Азот из жидкого воздуха получают путем медленного его испарения. Но однократным разделением жидкого воздуха нельзя получить чистых продуктов отгона. Даже в начале процесса, когда в жидком воздухе содержится 78% азота и 21% кислорода, полученный газообразный азот будет содержать примесь кислорода и чем меньше азота будет оставаться в жидкой смеси, тем количество примеси кислорода будет больше.
Например, когда в жидкой фазе останется только 50 процентов азота, то в газообразной фазе, кроме азота, будет содержаться до 20, процентов кислорода.
Поэтому неминуемо повторное разделение газов, для чего их необходимо снова сконденсировать. Но конденсировать азот нецелесообразно, обычно из получаемой смеси газов конденсируют только кислород.
Пропуская через жидкий воздух газообразный азот, содержащий примеси кислорода, можно получить чистый азот, так как часть газообразного кислорода сконденсируется и останется в жидкой фазе. Одновременно из жидкого воздуха дополнительно испарится часть азота.
На принципе повторной конденсации кислорода с одновременным испарением азота из жидкого воздуха основан процесс разделения жидкого воздуха на чистый газообразный азот и жидкий кислород.
Аппарат, в котором осуществляется разделение жидкого воздуха на азот и кислород, называется ректификационной колонной, а число ступеней, в которых конденсируется кислород и испаряется азот, носит название числа тарелок. Чем больше тарелок в ректификационной колонне, тем чище конечные продукты разделения жидкого воздуха на его составные части.
Ректификационная колонна состоит из ряда перегородок, в которые впаяны сливные стаканы. В верхнее отделение (тарелку) - медленно подают жидкий воздух. По сливным стаканам он постепенно стекает вниз, заполняя все тарелки колонны.
1 - корпус колонны; 2 - латунные перегородки; 3 - сливные стаканы; 4 - сливной кран
Схема ректификационной колонны
Перегородки сделаны из латунного листа, в котором на расстоянии около 3 миллиметров друг от друга в шахматном порядке пробиты мелкие отверстия диаметром в 0,8-0,9 миллиметра. Образующийся при (испарении жидкого воздуха газообразный азот с примесью кислорода под небольшим давлением проходит через отверстия в дне тарелок, не давая жидкости просочиться через них. Газы, пройдя через слой жидкости, вспенивают ее, хорошо перемешиваясь с ней. Во время перемешивания газообразный кислород конденсируется и переходит в жидкое состояние. За счет теплоты, выделенной при конденсации кислорода, испаряется новая часть азота, которая вместе с поступившим азотом переходит вверх на следующую тарелку, где он все больше обедняется кислородом. В результате наверху, на выходе из колонны, получают чистый газообразный азот, а внизу колонны собирается чистый жидкий кислород.
weldering.com
Промышленный способ получения азота
Газ азот бесцветен и нетоксичен, без вкуса и запаха. В природе не воспламеняется при обычном давлении и температуре. С увеличением высоты концентрация азота увеличивается, поскольку он легче воздуха. Бесцветной жидкостью газ становится до точки кипения в связи с охлаждением. При определенных температурных условиях и особом давлении такая бесцветная жидкость превращается в твердое бесцветное кристаллическое вещество. Азот плохо растворим в воде и во многих других жидкостях, плохо проводит электричество и тепло.
Распространенность в использовании азотного газа обуславливается во многом его инертным свойством. Но при высоком давлении и температуре азот входит во взаимодействие с отдельными видами активных металлов, это может быть, например, литий или магний, образовывая нитриды. А также вступает в реакцию с определенными газами. Например, кислородом и водородом.
Промышленный способ получения азота основан, прежде всего, на наличии на предприятии азотных станций и определенного оборудования для них. Существует несколько технологий выделения азота из атмосферного воздуха. Это адсорбционная, мембранная и криогенная технология. Любой промышленный способ получения азота выбирается исходя из объемов потребления газа, сферы его применения, экономической целесообразности. При мембранном воздухоразделении криогенная температура в разделении газов не используется. Здесь процесс основан на различии скоростей проникновения газов через мембрану из полимера. Такой промышленный способ получения азота позволяет получить газ чистотой до 99,9% и по низкой цене.
Адсорбционная технология производит азот селективным поглощением адсорбентом, то есть специальным веществом, воздушных компонентов. Если в требованиях присутствует большой объем азота со средней чистотой, то промышленный способ получения азота, использующий адсорбционную технологию наиболее выгоден.
Криогенные установки дают возможность получить азот в жидком состоянии. Его дальнейшее применение - это область медицины, фармацевтике, сельском хозяйстве. С помощью криогенной технологии производят большие объемы азота, но сам процесс установки таких азотных станций более трудоемкий, чем установка других станций.
azotnaya.ru
