واکنش گاز نیتروژن با گاز اکسیژن | واکنش N2 با O2

جهت خرید نیتروژن و سایر گازهای صنعتی و آزمایشگاهی با خلوص بالا و قیمت مناسب از سپهر گاز کاویان، دارنده گواهینامه ISO17025، با شماره ­های 02146837950 و 02146835980 تماس حاصل فرمایید.

 

 

 

 

 

 

نیتروژن یک عنصر شیمیایی با نماد N، عدد اتمی 7 و جرم اتمی میانگین 14.00643 00643/14 است. N یکی از اجزای سازنده پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک است و در تمام سلول های زنده یافت می شود. ازت یک مولکول تشکیل شده از دو اتم نیتروژن با پیوند سه گانه است و حد

ود 78 درصد از جو زمین را از نظر حجمی تشکیل می دهد. به عنوان عضوی از گاز بسته بندی مواد غذایی و پیشران مواد غذایی نقش دارد. در دمای اتاق، یک گاز دو اتمی شفاف و بی بو است.

در این مقاله واکنش­های Nitrogen به ویژه با اکسیژن مورد بحث قرار خواهد گرفت.

تاریخچه نیتروژن

اگرچه تعیین دقیق اولین دانشمندی که گاز ازت را تولید کرد، دشوار است، اما هنری کاوندیش مطمئناً در میان آنها می­باشد.

کاوندیش در آزمایشگاه خود در سال 1772 از دستگاه مخصوصی

برای عبور هوا از روی زغال های گرم شده استفاده کرد. پس از چندین بار تکرار این فرآیند، سپس هوا را با مواد قلیایی تصفیه کرد. کاوندیش ماده به دست آمده در این آزمایش را به دلیل خواص آن گاز «خفه کننده» نامید.

اما این دانشمند نمی توانست بفهمد گاز خفه کننده چیست. با این حال، با داشتن دانش شیمی مدرن، می‌توانیم استدلال کنیم که عبور هوا از روی زغال‌های گرم شده، دی اکسید کربن را تولید می‌کند و ماده قلیایی آن را خنثی می‌کند.

بخش “خفه کننده” باقیمانده هوا بعلت مصرف اغلب O₂ عمدتاً از مولکول های N₂ تشکیل شده است. کاوندیش یافته های خود را به همکار خود جوزف پریستلی گزارش داد.

جالب اینجاست که این اولین موردی نیست که دانشمندان ماده ای را که در آزمایشات خود ایجاد کرده بودند، درک نکردند. به عنوان مثال، زمانی که پریستلی اکسیژن و Nitrogen را با استفاده از جریان الکتریکی واکنش داد، اما متوجه نشد که آرگون، یک گاز بی اثر را به دست آورده است.

در حالت مایع، Nitrogen در 195.8- درجه سانتیگراد می جوشد، در حالی که در حالت جامد در 209.86- درجه سانتیگراد ذوب می شود.

خواص شیمیایی نیتروژن

مولکول های Nitrogen کاملاً پایدار هستند. آنها دو اتمی هستند و یک پیوند سه گانه تشکیل می دهند. بنابراین، این دو اتم در مولکول ازت عملا هرگز از هم جدا نمی شوند و فعالیت شیمیایی پایینی را نشان می دهد. برعکس، ترکیبات Nitrogen بسیار ناپایدار هستند و گرم کردن آنها مولکول پایدار نیتروژن را آزاد می­کند.

روش های تولید ازت

سه تکنیک اصلی مورد استفاده در تهیه صنعتی گاز N

itrogen در زیر ذکر شده است:

1. جذب نوسان فشار (PSA): این روش تولید گاز Nitrogen بر توانایی مواد جاذب برای جداسازی مخلوط گازی به اجزای آن متکی است. جذب نوسان فشار یک فرآیند تهیه ازت دو مرحله ای است که شامل جذب و دفع به طور همزمان در دو نوع برج است.
2. تولید غشایی: از یک غشای نیمه تراوا برای دستیابی به جداسازی جریان هوا به گازهای تشکیل دهنده آن با استفاده از سرعت های مختلف سفر استفاده می کند. ماژول غشای فیبر توخالی برای تسهیل سرعت‌های سریع‌تر نفوذ با فراهم کردن سطح بزرگ‌تر برای جریان گاز طراحی شده است.
3. تقطیر جزء به جزء: تقطیر جزئی یک روش بسیار موثر برای تولید ازت برای مصارف صنعتی است. این فرآیند شامل فوق خنک شدن هوا تا نقطه مایع شدن آن و سپس تقطیر گازهای تشکیل دهنده آن در نقاط جوش مختلف آنها است.

واکنش­های Nitrogen

واکنش با فلزات

گاز ازت تنها می تواند با گروه کوچکی از فلزات وارد واکنش شود که همگی خواص کاهندگی دارند. به عنوان مثال، گاز Nitrogen می تواند با لیتیم واکنش دهد:

6Li + N₂ → 2Li₃N

همچنین با فلز نقره ای روشن منیزیم واکنش نشان می دهد، اما فقط در دمای بالای 300 درجه سانتی گراد. این واکنش باعث تولید نیترید منیزیم – بلورهای زرد مایل به سبز – می شود که با حرارت دادن به منیزیم و ازت آزاد تجزیه می شوند:

3Mg + N₂ → Mg₃N₂

در دمای 1000 درجه سانتیگراد یا بالاتر       رMg₃N₂ → 3Mg + N­

اگر نیترید یک فلز فعال به آب اضافه شود، فرآیند هیدرولیز آغاز می شود و هیدروکسید فلز و آمونیوم به دست می آید.

نیتروژن و هیدروژن

ازت و هیدروژن در دمای حدود 400 درجه سانتیگراد، با فشار 200 اتمسفر و در حضور آهن متخلخل که به عنوان کاتالیزور عمل می کند، واکنش می دهند:

3H2 + N₂ → 2NH₃.

واکنش نیتروژن و سایر غیر فلزات

تمام فعل و انفعالات مواد با Nitrogen در دماهای بالا انجام می شود. به عنوان مثال، بور را در نظر بگیرید:

2B + N₂ → 2BN

با بسیاری از هالوژن ها یا با گوگرد برهمکنش نمی کند، اما سولفیدها و هالوژنیدها ممکن است به طور غیر مستقیم به دست آیند.

واکنش Nitrogen با اکسیژن

اکسیژن عنصری با عدد اتمی 8 است. گازی شفاف بدون بو و رنگ و در حالت مایع آبی رنگ است.

اکسیژن همچنین می تواند در یک حالت تجمعی جامد از بلورهای آبی وجود داشته باشد که دارای مولکول های دو اتمی است.

جالب اینجاست که پریستلی در ابتدا نمی دانست که اکسیژن را کشف کرده است و معتقد بود که جزء خاصی از هوا را به دست آورده است. پریستلی تجزیه اکسید جیوه را در یک دستگاه هرمتیک مشاهده کرد. این دانشمند از یک عدسی برای هدایت پرتوهای نور خورشید به اکسید استفاده کرد.

در مورد برهمکنش N₂ و اکسیژن، این مواد در حضور جریان الکتریکی واکنش نشان می دهند، زیرا ازت یک مولکول پایدار است و ناخواسته با مواد دیگر واکنش نشان می دهد:

O₂ + N₂ → 2NO

چندین اکسید Nitrogen وجود دارد که حالت اکسیداسیون آنها از یک تا پنج متغیر است.

از واکنش بین N₂ و اکسیژن ترکیب های زیر می توانند تشکیل شوند که عدد اکسایش N در آنها از +1 تا +5 متغیر است:

نوع اکسید	عدد اکسایش N	نام آیوپاک	نام متداول
N2O	1+	دی نیتروژن مونوکسید	نیتروز اکسید
NO	2+	نیتروژن مونوکسید	نیتریک اکسید
N2O3	3+	دی نیتروژن تری اکسید	دی نیتروژن تری اکسید
NO2	4+	نیتروژن دی اکسید	نیتروژن دی اکسید
N2O5	5	نیتروژن پنتوکسید	نیتروژن پنتوکسید

خواص برخی اکسیدهای Nitrogen

• نیتروز اکسید، N₂O، یک ماده بی حس کننده، از طریق تجزیه نیترات آمونیوم به دست می آید. این گاز بی رنگ با بوی مطبوع مشخص است. اکسید به خوبی در آب حل می شود.

N₂O نیز جزء ثابت هوا است. این فرآیند در دمای 200 درجه سانتیگراد انجام می شود. واکنش این است:

↑NH₄NO₃ → 2Н₂О + N₂O

• نیتریک اکسید، NO، نیز گازی بی رنگ است که تقریباً در آب نامحلول است. این ترکیب به راحتی اکسیژن آزاد نمی کند، اما به دلیل واکنش های افزایشی آن، برای مثال با گاز سمی و سبز مایل به زرد کلر، شناخته شده است:

2NO + Сl₂ → 2NOCl

منابع اکسیدهای Nitrogen

• منابع طبیعی- صاعقه­ ها

منبع طبیعی اکسیدهای Nitrogen در اثر رعد و برق به وجود می آید. دمای بسیار بالا در مجاورت یک رعد و برق باعث می شود که گازهای اکسیژن و نیتروژن موجود در هوا واکنش نشان دهند و اکسید نیتریک تشکیل دهند.

N₂ + O₂ ⟶ NO

اکسید نیتریک خیلی سریع با اکسیژن بیشتری واکنش می دهد و دی اکسید نیتروژن تشکیل می دهد.

NO + O₂ ⟶ NO₂

هر دو ترکیب نیتروژن در مجموع به عنوان اکسیدهای Nitrogen یا NO_x شناخته می شوند.

• منابع انسانی

در دمای معمولی گازهای اکسیژن و ازت با هم واکنش نمی دهند، اما در دماهای بسیار بالا Nitrogen و اکسیژن با هم واکنش داده و اکسید نیتریک را تشکیل می دهند. این شرایط در احتراق زغال سنگ و نفت در نیروگاه های برق و همچنین در هنگام احتراق بنزین در خودروها مشاهده می شود. هر دوی این منابع تقریباً به یک اندازه در تشکیل اکسیدهای Nitrogen نقش دارند.

در مناطق پر تردد خودرو، مانند شهرهای بزرگ، میزان اکسیدهای Nitrogen منتشر شده در جو می تواند بسیار قابل توجه و منبع اصلی باران اسیدی باشد.

 

برای خرید گاز ترکیبی N₂ و O₂ از سپهر گاز کاویان کلیک کنید.