질소란 무엇인가요?

질소는 일반적인 상황에서 무색, 무미, 무취의 가스이며 일반적으로 독성이 없습니다. 질소는 전체 대기의 78.12%(부피분율)를 차지합니다. 표준 조건에서의 가스 밀도는 1.25g·dm-3입니다. 표준 대기압에서 질소를 -195.8°C까지 냉각하면 무색의 액체로 변하여 냉각됩니다. -209.86°C에서 액체질소는 눈 같은 고체로 변합니다. 물에 대한 질소의 용해도는 매우 작습니다. 정상적인 온도와 압력에서는 물 1 부피에 약 0.02 부피의 질소만 용해됩니다. 액화하기 어려운 가스입니다. 물에 대한 용해도는 매우 작습니다. 283K에서는 물 1부피에 약 0.02부피의 N2가 용해됩니다. 온도가 더욱 낮아지면 질소는 흰색 액체로 액화됩니다. 생산 과정에서 회색 실린더는 일반적으로 질소를 담는 데 사용됩니다.

질소는 화학원소로, 화학기호는 N, 원자번호는 7이다. 질소의 일반적인 원소 형태는 질소 가스입니다. 표준 조건 하에서는 화학 반응이 일어나지 않는 무색, 무미, 무취의 이원자 가스입니다. 질소는 지구 대기에서 가장 풍부한 가스로 전체 부피의 78.09%를 차지합니다.

물리적 특성

질소는 일반적인 상황에서 무색, 무미, 무취의 가스이며 일반적으로 독성이 없습니다. 질소는 전체 대기의 78.12%(부피 분율)를 차지합니다. 표준 조건에서의 가스 밀도는 1.25g/L입니다. 정상적인 온도와 압력에서는 약 0.02부피의 질소만이 물에 용해됩니다. 물. 질소는 액화하기 어려운 가스입니다. 질소는 매우 낮은 온도에서 무색 액체로 액화되며, 온도가 더 낮아지면 흰색 결정성 고체를 형성합니다. 생산 과정에서 검은색 실린더는 일반적으로 질소를 담는 데 사용됩니다. 기타 물리적 특성은 아래 표에 나와 있습니다.

화학적 특성

질소 원소의 산화 상태-깁스 자유 에너지 다이어그램에서도 NH4 이온을 제외하고는 산화수는 0입니다. N2 분자는 그림에서 곡선의 가장 낮은 지점에 있습니다. 이는 N2가 산화수를 갖는 다른 질소 화합물에 비해 열역학적으로 안정한 상태임을 나타냅니다. 0에서 +5 사이의 산화수를 갖는 다양한 질소 화합물의 값은 HNO3와 N2의 두 지점을 연결하는 선(그림의 점선) 위에 위치하므로 이러한 화합물은 열역학적으로 불안정하고 불균형 반응이 일어나기 쉽습니다. . 그림에서 N2 분자보다 값이 낮은 유일한 것은 NH4+ 이온입니다. [2]

질소원소의 산화상태-깁스 자유에너지 도표와 N2 분자의 구조를 보면 N2원소는 비활성이고 고온, 고압 및 대기하에서만 생성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 촉매가 있으면 질소가 수소와 반응하여 암모니아를 형성할 수 있습니다.

화학 합성

암모니아를 합성하는 데에는 주로 질소가 사용됩니다. 반응식은 N2+3H2=2NH3입니다(조건은 고압, 고온, 촉매입니다. 반응은 a). 가역반응)이나 합성섬유(나일론, 아크릴), 합성수지, 합성고무 등의 중요한 원료이다. 질소는 비료를 만드는 데에도 사용할 수 있는 영양소입니다. 예: 중탄산암모늄 NH4HCO3, 염화암모늄 NH4Cl, 질산암모늄 NH4NO3 등

식품 산업

식품 포장은 질소로 채워지면 신선하게 유지될 수 있습니다.

기타 용도

전구를 채워 질소비료와 폭발물을 만들고, 냉매(액체질소는 기화하고 열을 흡수함)를 만든다.

자동차 타이어

1. 타이어 주행의 안정성과 편안함을 향상시킵니다. [3]

질소는 화학적 성질이 극도로 비활성인 거의 불활성인 이원자 가스입니다. 가스 분자는 산소 분자보다 크며 변형 범위가 작습니다. 타이어 측벽에 공기보다 약 30~40% 더 느려 안정적인 타이어 압력을 유지하고 타이어 주행 안정성을 향상시키며 운전 편의성을 보장합니다. 이는 일반 공기의 1/5에 해당하는 낮은 오디오 전도성을 갖습니다. 질소를 사용하면 타이어 마모와 파손을 효과적으로 줄이고 운전 정숙성을 향상시킬 수 있습니다.

2. 타이어 파열 및 공기 부족을 방지합니다.

타이어 파열은 교통사고의 가장 큰 원인입니다. 통계에 따르면 고속도로 교통사고의 46%가 타이어 고장으로 인해 발생하며, 그 중 타이어 파열이 전체 타이어 사고의 70%를 차지합니다. 자동차 주행 중에는 지면과의 마찰로 인해 타이어 온도가 올라가게 되는데, 특히 고속 주행이나 급제동 시에는 타이어 내부의 가스 온도가 급격히 올라가 타이어 공기압이 급격하게 높아지는 현상이 발생하게 됩니다. 타이어 파열 가능성. 고온은 타이어 고무의 노화, 피로강도 저하, 트레드 마모를 심화시키는 현상 역시 타이어 파열의 원인이 되는 중요한 요인입니다. 일반 고압 공기에 비해 고순도 질소는 산소가 없고 물이나 기름이 거의 포함되어 있지 않으며 열팽창 계수가 낮고 열전도도가 낮으며 온도 상승이 느려 타이어 열 축적 속도가 느려집니다. 불연성이며 연소를 지원하지 않으므로 타이어 파열 가능성을 크게 줄일 수 있습니다.

3. 타이어 수명 연장

질소 사용 후 타이어 압력이 안정되고 부피 변화가 작아서 불규칙한 타이어 마찰 가능성이 크게 줄어듭니다. 크라운 마모, 타이어 숄더 마모, 편심 마모는 타이어의 수명을 증가시킵니다. 고무의 노화는 공기 중의 산소 분자의 산화로 인해 발생하며, 타이어의 강도와 탄성이 감소하고 균열이 발생합니다. 타이어의 수명을 단축시키는 원인 중 하나입니다. 질소 분리 장치는 공기 중의 산소, 황, 오일, 물 및 기타 불순물을 최대한 제거하여 타이어 내부 라이닝의 산화 정도와 고무 부식을 효과적으로 줄이고 금속 림을 부식시키지 않아 수명을 연장합니다. 타이어의 수명도 크게 단축됩니다.

4. 연료 소비를 줄이고 환경을 보호합니다.

타이어 공기압이 부족하고 가열 후 구름 저항이 증가하면 주행 시 연료 소비가 증가합니다. 질소는 타이어 공기압을 안정적으로 유지하고 타이어 공기압 감소를 지연시키는 역할을 하며 건조하고 독성이 없습니다. 오일을 함유하지만 물을 함유하지 않으며, 열전도율이 낮고 온도 상승이 느려 타이어 주행 시 온도 상승이 적어 타이어 변형이 적고 접지력이 향상되며 구름 저항이 감소합니다. , 이로써 연료 소비를 감소시키는 목적을 달성한다.

실험실 준비 방법

소량의 질소를 준비하는 기본 원리는 적절한 산화제를 사용하여 암모니아나 암모늄염을 산화시키는 것입니다.

⑴ 아질산암모늄 용액 가열: (343k) NH4NO2 ===== N2+ 2H2O

⑵ 아질산나트륨과 염화암모늄 포화 용액 사이의 상호 작용: NH4Cl + NaNO2 = == NaCl + 2 H2O + N2

⑶ 암모니아를 적열 산화구리에 통과시킵니다: 2 NH3+ 3 CuO === 3 Cu + 3 H2O + N2

⑷ 암모니아와 브롬수: 8 NH3 + 3 Br2 (aq) === 6 NH4Br + N2

⑸ 중크롬산암모늄의 가열분해: (NH4)2Cr2O7===N2↑+Cr2O3+4H2O

{ 6} 아지드화나트륨을 가열하여 열분해하면 매우 순수한 질소를 생산할 수 있습니다.

극저온 공기 분리 질소 생산

90년 이상의 역사를 지닌 전통적인 공기 분리 기술로, 대량의 가스 생산과 높은 순도의 제품 질소가 특징입니다. , 추가 정제 없이 자성체에 직접 적용할 수 있지만 공정 흐름이 복잡하고, 면적이 넓고, 인프라 비용이 높으며, 전문적인 유지 관리 인력이 필요하고, 작업자가 많이 필요하며, 가스 생산이 느리다. 18~24시간) 대규모 산업 질소 생산에 적합하며 질소 비용은 약 0.7위안/m3입니다.

압력 변동 흡착 질소 생산

압력 변동 흡착(PSA) 가스 분리 기술은 비초저온 가스 분리 기술의 중요한 분야입니다. 저온 공정은 더 간단한 공기 분리 방법의 결과입니다. 1970년대 서독의 Essen Mining Company는 탄소 분자체 개발에 성공하여 PSA 공기 분리 질소 생산 산업화의 길을 열었습니다. 지난 30년 동안 이 기술은 빠르게 발전하여 점점 더 성숙해졌으며 중소형 질소 생산 분야에서 극저온 공기 분리의 강력한 경쟁자가 되었습니다.

압력 변동 흡착 질소 생산은 공기를 원료로 사용하고, 탄소 분자체를 흡착제로 사용하며, 탄소 분자체의 특성을 활용하여 공기 중의 산소와 질소를 선택적으로 흡착하며, 압력 변동 흡착 원리를 이용합니다. (압력 흡착, 분자체를 감압 및 탈착 및 재생) 상온에서 산소와 질소를 분리하여 질소를 생성합니다.

막 분리 공기 분리 질소 생산

막 분리 질소 생산은 공기를 원료로 사용하며, 특정 압력 하에서 중공사막 내 산소와 질소의 서로 다른 투과율을 사용하여 산소를 분리합니다. 그리고 질소를 생산하기 위해 질소를 사용합니다. 위의 두 가지 질소 생산 방식에 비해 장비 구조가 간단하고 부피가 작으며 밸브 전환이 없고 운전 및 유지 관리가 간편하며 가스 생산 속도가 빠르고(3분 이내) 부피 확장이 편리한 특징을 갖고 있으나 중공사막이다. 멤브레인은 압축 공기 청정도에 대한 요구 사항이 더 엄격합니다. 멤브레인은 노후화되고 고장이 나기 쉽고 새 멤브레인으로 교체해야 합니다. 멤브레인 분리 질소 생산은 질소가 필요한 중소 규모 사용자에게 더 적합합니다. 순도 98% 이하로 가격대비 성능이 가장 좋습니다. 따라서 동일한 사양의 질소생산은 막분리 질소생산과 질소정화장치를 결합하여 생산하는데, 순수질소를 사용할 경우 일반적으로 일반질소의 순도가 98%로 제조원가 및 운영비용이 증가하게 된다. 정화 장치.

질소 정화 방법

수소탈산소화 방법

촉매의 작용으로 질소 중의 잔류 산소와 첨가된 수소 사이에 화학 반응이 일어나 질소를 생성합니다. 반응식: 2H2+O2=2H2O, 후건조를 통해 물을 제거하여 다음과 같은 주요 성분을 포함하는 고순도 질소를 얻습니다: N2≥99.999%, O2≤5×10-6, H2≤1500× 10-6 , H2

O≤10.7×10-6. 질소 생산 비용은 약 0.5위안/m3이다.

수소화 및 탈산소화, 그리고 수소화 제거 방법

이 방법은 3단계로 나누어지며, 1단계는 수소화 및 탈산소화, 2단계는 수소 제거, 3단계는 수분 제거 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다. 고순도 질소의 구성: N2≥99.999%, O2≤5×10-6, H2≤5×10-6, H2O≤10.7×10-6. 질소 생산 비용은 약 0.6위안/m3이다.

탄소 탈산소 방법

탄소 담지 촉매의 작용으로(특정 온도에서) 질소 중의 잔류 산소가 촉매 자체에서 제공하는 탄소와 반응하여 CO2. 반응식: C+O2=CO2. 후속 단계에서 CO2와 H2O를 제거한 후 N2≥99.999%, O2≤5×10-6, CO2≤5×10-6, H2O≤10.7×10-6 조성의 고순도 질소를 얻습니다. 질소 생산 비용은 약 0.6위안/m3이다.