氮氣的物理性質和化學性質是什么

氮在室溫和大氣壓力下是無色、無嗅、無毒和不可燃的氣體。沸點為-195.8℃。在高溫下，氮變得比較活潑，并能與氫、氧和一些金屬結合。

氮氣物理性質

氮氣在常況下是一種無色無味的氣體，熔點是63K，沸點是77K，臨界溫度是126K，難于液化。溶解度很小，常壓下在283K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，進一步降低溫度時，更會形成白色晶狀固體。在生產中，通常采用黑色鋼瓶盛放氮氣。

氮氣化學性質

正價氮呈酸性，負價氮呈堿性。由氮分子中三鍵鍵能很大，不容易被破壞，因此其化學性質十分穩定，只有在高溫高壓并有催化劑存在的條件下，氮氣成分可以和氫氣反應生成氨。同時，由于氮分子的化學結構比較穩定，氰根離子CN-和碳化鈣CaC2中的C22-和氮分子結構相似。

氮分子中存在氮氮叁鍵，鍵能很大（941KJ/mol），以至于加熱到3273K時僅有0.1%離解，氮分子是已知雙原子分子中最穩定的。氮氣是CO的等電子體，在結構和性質上有許多相似之處。

不同活性的金屬與氮氣的反應情況不同。與堿金屬在常溫下直接化合；與堿土金屬—般需要在髙溫下化合；與其他族元素的單質反應則需要更高的反應條件。

氮氣的用途

一、工業領域的應用

在工業領域，氮氣被廣泛應用于金屬加工、電子制造、食品加工和石油化工等行業。在金屬加工中，氮氣可用于防止金屬氧化和腐蝕，提高產品質量。在電子制造中，氮氣可用于制造高純度電子元器件，保證電子產品的穩定性和可靠性。在食品加工中，氮氣可用于保鮮、防腐和充氣包裝，延長食品的保質期。在石油化工中，氮氣可用于催化裂化、合成氨等反應過程，提高生產效率和產品質量。

二、醫療領域的應用

在醫療領域，氮氣被廣泛應用于醫療診斷和治療過程中。例如，氮氣可用于制備氮氣麻醉劑，為手術患者提供無痛治療。此外，氮氣還可用于制備氮氣氧合器，幫助患者進行呼吸治療。同時，氮氣還可用于制備液態氮，用于冷凍療法和皮膚科治療。

三、環保領域的應用

在環保領域，氮氣發揮著重要作用。氮氣的化學性質穩定，不會對環境造成污染。因此，氮氣被廣泛應用于污水處理、垃圾焚燒和廢氣治理等環保領域。在污水處理中，氮氣可用于脫氮處理，減少污水中的氮含量。在垃圾焚燒中，氮氣可用于控制燃燒速度和溫度，減少有害氣體的排放。在廢氣治理中，氮氣可用于稀釋和凈化廢氣，降低廢氣對環境的污染。

四、農業領域的應用

在農業領域，氮氣同樣具有廣泛的應用。氮是植物生長的重要元素之一，而氮氣是植物吸收氮的主要來源。通過合理的氮肥施用，可以提高農作物的產量和品質。此外，氮氣還可用于制備氮肥、農藥和植物生長調節劑等農業化學品，為農業生產提供有力支持。

五、其他領域的應用

除了以上幾個領域外，氮氣還在許多其他領域得到了應用。例如，在航空航天領域，氮氣可用于制造火箭燃料和推進劑，為航天器提供動力。在能源領域，氮氣可用于制備燃料電池和太陽能電池等新型能源設備，推動能源技術的創新和發展。在交通運輸領域，氮氣可用于制備輪胎充氣劑，提高輪胎的安全性和使用壽命。

氮氣常見的制備方法

低溫分離

低溫分離過程也稱為低溫蒸餾過程，其中利用空氣中氮和氧的不同沸點來分離氧和氮。由于氮氣的沸點（-196℃）低于氧氣的沸點，液氮在液態空氣蒸發過程中比液氧更容易變成氣體，而氧氣在空氣液化過程中比氮氣更容易變成液體。

由于氮和氧的沸點相差不大，液態空氣和氣態空氣必須經過反復的蒸發、冷凝和再蒸發過程（此過程稱為低溫蒸餾過程）。最后，可以從敵方蒸餾塔頂部的氣相餾分中獲得高純度氮氣。氮的純度取決于蒸餾塔的級數和蒸餾效率。