Азот - безжизненный газ, который так необходим для жизни

Версия для печатиВерсия для печати
Азот
химический элемент, атомный номер 7, атомная масса 14,0067. В воздухе свободный азот (в виде молекул N2) составляет 78,09%. Азот немного легче воздуха, плотность 1,2506 кг/м3 при нулевой температуре и нормальном давлении. Температура кипения -195,8°C. Критическая температура -147°C и критическое давление 3,39 МПа. Азот бесцветный, без запаха и вкуса, нетоксичен, невоспламеняемый, невзрывоопасен и не поддерживающий горение газ в газообразном состоянии при обычной температуре обладает высокой инертностью. Химическая формула - N. В обычных условиях молекула азота двухатомная - N2.

Производство азота в промышленных масштабах основано на получении его из воздуха (см. Способ получения азота).

До сих пор ведутся споры о том, кто был первооткрывателем азота. В 1772 г. шотландский врач Даниель Резерфорд (Daniel Rutherford) пропуская воздух через раскаленный уголь, а потом через водный раствор щелочи - получил газ, который он назвал «ядовитый газ». Оказалось, что горящая лучинка, внесенная в сосуд, наполненный азотом, гаснет, а живое существо в атмосфере этого газа быстро гибнет.

Данный опыт можно посмотреть на видео: Горящая лучинка в азоте гаснет.

В тоже время, проводя подобный опыт, азот получили британский физик Генри Кавендшин (Henry Cavendish) назвав его «удушливый воздух», британский естествоиспытатель Джозеф Пристли (Joseph Priestley) дал ему имя «дефлогистированный воздух», шведский химик Карл Вильгельм Шееле (Carl Wilhelm Scheele) - «испорченный воздух».

Окончательное имя «азот» данному газу дал французский ученый Антуан Лоран Лавуазье (Antoine Laurent de Lavoisier). Слово «азот» греческого происхождения и означает «безжизненный».

Как мы уже писали в статье «Карбид кальция и ацетилен - друзья не разлей вода!» - азот довольно легко поглощается раскаленным карбидом кальция, образуя при этом важный технический продукт - цианамид кальция.

Жидкий азот
бесцветная жидкость без запаха с температурой кипения -195,8°C при давлении 101,3 кПа и удельным объемом 1,239 дм3/кг при температуре -195,8°C и давлении 101,3 кПа. Жидкий азот используется как хладагент. Жидкий азот может вызвать обморожение кожи и поражение слизистой оболочки глаз.
Закись азота
бесцветный газ, имеет сладковатый вкус и слабый, приятный запах. Свойства этого газа были изучены английским химиком Гемфри Дэви (Humphry Davy) в 1799 году. Интересуясь действием различных газов на организм человека, Дэви обычно испытывал их на себе. При вдыхании закиси азота, он пришел в возбужденное состояние, сопровождаемое смехом. За эти свойства закись азота была названа им - веселящим газом. В дальнейшем было установлено, что при более длительном вдыхании закиси азота наступает потеря сознания. Закись азота - окисел, не дающий кислот, он относится к несолеобразующим окислам.

Закись азота (N2O) не может быть получена из газообразного кислорода и азота, она образуется из азотно-кислой соли аммония, которая при осторожном нагревании разлагается на закись азота и воду по реакции:

NH4NO3 = N2O + 2H2O

Газообразный азот
относительно инертный по своим свойствам газ без цвета и запаха плотностью 1,25046 кг/м3 при 0°C и давлении 101,3 кПа. Удельный объем газообразного азота равен 860,4 дм3/кг при давлении около 105 Па и температуре 20°C.

В отличие от кислорода, который взаимодействует почти со всеми элементами, встречающимися в природе, газообразный азот при комнатной температуре соединяется с единственным элементом - литием, образуя при этом нитрид лития:

N2 + 6Li = 2Li3N

Но при высоких температурах ряд металлов (титан, молибден и др.) с азотом образуют нитриды, снижающие механические свойства металла и поэтому его концентрацию в зоне плавления стремятся ограничить.

Газообразный азот чаще всего применяют:

  • для создания инертной атмосферы при производстве, хранении и транспортировке легко окисляемых продуктов;
  • при высокотемпературных процессах (например - сварка и резка) обработки металлов, не взаимодействующих с азотом;
  • для консервации замкнутых металлических сосудов и трубопроводов.

Азот является инертным по отношению к меди и ее сплавам (он не растворяется в меди и не реагирует с ней) даже при высоких температурах. Поэтому его используют, как в чистом виде, так и в составе защитного газовой смеси с аргоном Ar (70-90%) + N2 (30-10%).

Также газообразный азот используют для сварки аустенитных нержавеющих сталей - исключительно как компонент защитной газовой смеси с аргоном.

Возникает логичный вопрос: «Если азот образует карбиды, какой смысл его использовать для сварки нержавеющих сталей, в составе которых есть карбидообразующие элементы?»

Все дело в том, что даже сравнительно небольшое содержание азота увеличивает тепловую мощность дуги. Из-за этой особенности, азот чаще всего используют не для сварки, а для плазменной резки.

Азот относится к нетоксичным газам, но может действовать как простой асфиксант (удушающий газ). Удушье наступает тогда, когда уровень азота в воздухе сокращает содержание кислорода на 75% или ниже нормальной концентрации.

Выпускают азот по ГОСТ 9293 газообразным и жидким. Для сварки и плазменной резки применяют газообразный азот 1-го (99,6% азота) и 2-го (99,0% азота) сортов.

Хранят и транспортируют его в сжатом состоянии в стальных баллонах по ГОСТ 949. Баллоны окрашены в черный цвет и надписью желтыми буквами «АЗОТ» на верхней цилиндрической части.

Баллон с азотом

Коэффициенты перевода объема и массы газа при Т=15°C и Р=0,1 МПа

Масса, кг

Объем

Газ, м3

Жидкость, л

1,170

1

1,447

0,809

0,691

1

1

0,855

1,237

Коэффициенты перевода объема и массы газа при Т=0°C и Р=0,1 МПа

Масса, кг

Объем

Газ, м3

Жидкость, л

1,251

1

1,548

0,809

0,646

1

1

0,799

1,237

Газ в баллоне

Объем баллона, л

Масса газа в баллоне, кг

Объем газа (м3) при Т=15°C, Р=0,1 МПа

40

7,37

6,3

Давление газа в баллоне при различной температуре окружающей среды

Температура окружающей среды

Давление в баллоне, МПа

-40

11,2

-30

11,9

-20

12,6

-10

13,4

0

14,0

+10

14,7

+20

15,3

+30

15,9