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氮气的用途

2012-7-5 14:58:31

在国民经济和日常生活中，氮气有广泛的用途。首先，利用它“性格孤独”的特点，我们将它充灌在电灯泡里，可防止钨丝的氧化和减慢钨丝的挥发速度，延长灯泡的使用寿命。还可用它来代替惰性气体作焊接金属时的保护气。在博物馆里，常将一些贵重而稀有的画页、书卷保存在充满氮气的圆筒里，这样就能使蛀虫在氮气中被闷死。利用氮气使粮食处于休眠和缺氧状态、代谢缓慢，可取得良好的防虫、防霉和防变质效果，粮食不受污染，管理比较简单，所需费用也不高，故近年来进展较快。目前，日本和意大利等国已进入小型生产试验阶段。近年来。我国不少地区也应用氮气来保存粮食，叫做“真空充氮贮粮”，亦可用来保存水果等农副产品。

利用液氮给手术刀降温，就成为“冷刀”。医生用“冷刀”做手术，可以减少出血或不出血，手术后病人能更快康复。使用液氮为病人治疗皮肤病，效果也很好。这是因为液氮的气化温度是－195.8℃，因此，用来治疗表浅的皮肤病常常很容易使病变处的皮肤坏死、脱落。过去皮肤科常以“干冰”治疗血管瘤，用意虽然相同，但冷度远不及液氮。医治肺结核的“人工气胸术”，也是把氮气（或空气）打进肺结核病人的胸腔里，压缩有病灶的肺叶，使它得到休息。

现在，人们还利用液氮产生的低温，来保存良种家畜的精子，贮运各地，解冻后再用于人工授精。如广西省水产研究所试用液态氮保藏鲵鱼精液，获得成功。氮气还是一一种重要的化工原料，可用来制取多种化肥，炸药等等。氮是“生命的基础”，它不仅是庄稼制造叶绿素的原料，而且是庄稼制造蛋白质的原料，据统计，全世界的庄稼，在一年之内，要从土壤里摄取四千多万吨氮。

科学家对氮气抱有很大的希望，他们认为；根瘤菌之所以有一套巧夺天工的妙法，能把空气中的氮直接捕捉下来变成氮肥。是因为它体内有一种固氮酶，这种酶就是捕捉氮气的能手，倘若我们能用化学的方法人工合成大量的固氨酶，岂不轻而易举地巧将氮气变氮肥了吗？

氮族元素

锑、铋是金属元素，主要氧化数为+3、+5，铋没有-3价。

砷、锑、铋三种单质熔点较低，能和绝大多数金属生成合金和化合物。如：锑有冷胀性，是制造印刷字模所用合金的材料；近年来发展较快的ⅢA～ⅤA族半导体材料，就是磷、砷、锑、铋和ⅢA族金属元素形成的化合物，如：砷化镓、锑化镓、砷化铟和锑化铝等。

自然界中，砷、锑、铋三种元素有时以单质状态存在，但主要以硫化物矿形式存在，如雄黄( )、辉锑矿( )、辉铋矿( )等。氧化物矿有白砷石( 、方锑矿( )、铋华( )等。

我国锑的蕴藏量很丰富，主要产地是湖甫，其次是贵州、云南、广东、广西、浙江、安徽等省和自治区。关于氮气的制取空气中约含五分之四(体积分数)的氮气，因此工业上所需的氮气都是从空气中提取的，其方法通常有两种，一是将液态空气减压分馏，由于氧气沸点( )比氮气沸点( )略高，可先分离出氮气后，余下的即为氧气；二是将可燃物在限定容积的容器内燃烧除去氧气，从而获得氮气。

在实验室也可以采用上述第2种方法得到少量氮气，若要制取较纯的氮气，可以用加热氯化铵饱和溶液与亚硝酸钠晶体(或饱和溶液)的混合物来制备氮气。由于该反应是放热反应，所以当加热到开始反应时就应停止加热，发生反应的化学方程式为：关于磷的发现史，在元素的发现史上，磷的发现颇有特色，同时也有特殊的意义。这是因为磷是一个典型的非金属，它的发现为尔后研究非金属的通性提供了可能，其发现过程和其他元素相比却很不同，磷最早是从有机物质中提取出来的。

在化学史上第一个发现磷元素的人，当推十七世纪的一个德国汉堡商人波兰特（Henning·Brand，1694一？）。他是一个相信炼金术的人，由于他曾听传说从尿里可以制得“金属之王”黄金，于是抱着图谋发财的目的，便用尿作了大量实验。1669年，他在一次实验中，将砂、木炭、石灰等和尿混合，加热蒸馏，虽没有得到黄金，而竟意外地得到一种十分美丽的物质，它色白质软，能在黑暗的地方放出闪烁的亮光，于是波兰特给它取了个名字，叫“冷光”，这就是今日称之为白磷的物质。波兰特对制磷之法，起初极守秘密，不过，他发现这种新物质的消息立刻传遍了德国。

德国化学家孔克尔曾用尽种种方法想打听出这一秘密的制法，终于探知这种所谓发光的物质，是由尿里提取出来的，于是他也开始用尿做试验，经过苦心摸索，终于在1678年也告成功。他是把新鲜的尿蒸馏，待蒸到水分快干时，取出黑色残渣，放置在地窑里，使它腐烂，经过数日后，他将黑色残渣取出，与两倍于“尿渣’”重的细砂混合。一起放置在曲颈瓶中，加热蒸馏，瓶颈则接连盛水的收容器。起初用微火加热，继用大火干馏，及至尿中的挥发性物质完全蒸发后，磷就在收容器中凝结成为白色蜡状的固体。后来，他为介绍磷，曾写过一本书，名叫《论奇异的磷质及其发光丸》。

在磷元素的发现上，英国化学家波义尔差不多与孔克尔同时，用与他相近的方法也制得了磷。波义尔的学生汉克维茨（Codfrey·Hanckwitz）曾用这种方法在英国制得较大量的磷，作为商品运到欧洲其他国家出售。他在1733年曾发表论文，介绍制磷的方法，不过说得十分含糊，以后，又有人从动物骨质中发现了磷。膜法制氮原理　　利用驱动力给膜两侧的空气施加压力，由于它们在膜中的溶解度和扩散系数的不同，在压差作用下，渗透速率较快的水蒸气，氧等气体优先透过膜，成为富氧气体；而渗透速率较慢的氮气在滞留侧富集，成为干燥的富氮气体。世界的危机——“氮荒” 一八九五年，英国科学家克鲁克斯发表了震惊世界的演讲。他说：“由于大洋彼岸智利的硝石矿蕴藏量有限，矿藏资源日益枯竭。一旦没有了智利硝石，那么欧洲土地中的氮会逐渐减少，收成便会一落千丈。”言外之意一场潜伏的粮食危机就会席卷欧洲。所以他号召化学家们要全力以赴地解决“氮荒”。

人们不禁要问，空气中含有4/5的氮，其总量约为四千万亿吨（吨），平均每平方公里上空的氮气就有一千万吨。“氮荒”这个席卷欧洲和世界的危机从何谈起？这不是科学家蛊惑人心吗？　　其实只要仔细分析就会发现，氮分子中，氮原子与氮原子之间，有三个共用电子对，形成三个共价键（N≡N）。键能为226.8千卡/摩尔，从而分子结构很稳定，很难为植物所吸收，具体地说来就是要把氮还原成氨才能被作物所吸收。于是如何把游离态的氮，变为化合态的氨，成为向科学家们提出的一个新的命题。

从氮和氧在空间放电的情况下生成一氧化氮的实验，揭示了雷在雨季节，由于“雷电”的作用帮助了氮在自然界中循环。这一现象是普利斯特列在1779年发现的。它成为人类历史上固氮的起点。但是直到1905年，这个方法才在水利资源丰富的挪威，首先投入了工业化生产，迈开工业生产的第一步。一件冤案一七七五年，英国著名的化学家布拉克在一个钟罩内，放进燃烧着的木炭，而燃烧一阵子后，木炭就熄灭了。布拉克认为木炭在钟罩内燃烧可以生成“固定空气”（即二氧化碳气）。当布拉克用氢氧化钾溶液吸收了二氧化碳气后，钟罩内仍有一定剩余气体留下来。这是什么气体？它具有什么性质？他无法回答。布拉克要求他的学生卢塞福（1749－1819年）继续研究这个问题。

17年后，卢塞福用动物重做这个实验。当他把老鼠放入这个密闭钟罩内时，老鼠会被闷死，而闷死后，气体的体积又缩小了十分之一。若将密闭器皿内的气体用碱液去吸收，发现气体的体积又继续失去十分之一。可是一个奇怪的现象吸引了卢塞福，在这老鼠也无法生活的气体里，居然可以点燃蜡烛，你可见到烛光隐现而当烛光熄灭以后，如果往密闭容器内投入磷少许，磷又可继续燃烧……。卢塞福的实验使他明确了这样两个问题：一是人们很难从空气中把氧气全部除净。二是　　这种剩余的气体既不助燃，也无助于呼吸。它不能维持动物的生命，并具有灭火作用。这种气体在水和氢氧化钾液溶中也不溶解。卢塞福把这种气体称为“油气”或“毒气”。很遗憾，由于传统观念的影响，卢塞福犯了一个极大的错误。他不承认“油气”是空气的一种成分，使得他在离真理只有一步远的地方停了下来。犯有同样错误的还有普利斯特列哩，他也做了上述实验。他把上述剩余的气体称为“被燃素饱和了的空气”。意思是说因为它吸足了燃素，所以它失去了助燃的能力。普科所特和卢塞稿都是虔信燃素学说的人，因而无法摆脱传统观念的束缚。

那么，世界上第一个认为氮是空气成分之一的人是谁呢？他是瑞典化学家舍勒（1742—1786年）。他在i772年指出：“这种气体较空气轻，它能灭火，其性质颇似固定空气（即二氧化碳气），不过其灭火效力没有固定空气显著。这可以从下面试验结果看出：蜡烛在纯净的空气中燃烧可以维持约80秒针之久，若放在空气与固定空气之比为6：55的混和气体中，便立即熄灭，但在洁净空气与这种燃过的空气的等比混和气体中，大概可燃26秒钟左右，他称这种气体为“浊气”或者是“用过的的空气”。舍勒的可贵之处，”在于人类第一个承认氮是空气的组成部分。

事隔几年以后，拉瓦锡在普利斯特列发现氧气后，将它定名为“氮”。与此同时也就得出了氮气无益于生命的这个结论。于是，这顶帽子就戴在氮气的头上。

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