液氮,聽起來很神秘而且科學(xué),但是實(shí)際上是什么呢?
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化學(xué):
氮是元素周期表中的第七元素。對(duì)人類而言,它是無色,無味,無味且無毒的。它也是非腐蝕性和不易燃的。作為一種雙原子氣體(di表示兩個(gè),原子表示原子),在大氣中幾乎總是以兩個(gè)鍵合的兩個(gè)氮原子對(duì)的形式存在。該三鍵使其非常穩(wěn)定,因此相對(duì)惰性。惰性氣體的穩(wěn)定性在于它們在正常條件下不會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),也不會(huì)與許多物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。盡管氮?dú)獠幌裣∮袣怏w那么穩(wěn)定或惰性,但它非常接近。
氮占地球大氣總量的78.03%,按重量計(jì)占75.5%。(相比之下,火星大氣中的氮含量僅為1.89%至2.6%。)氮是有機(jī)化合物的組成部分,存在于所有生物組織中。氮原子在外殼中具有7個(gè)電子和7個(gè)質(zhì)子,其中5個(gè)電子。它是光化學(xué)物質(zhì)或戊二酮系列中的**個(gè),構(gòu)成周期表中的第15組。pentel中的“ pent”表示五,表示氮的“ 五價(jià) ”。價(jià)鍵是衡量一個(gè)原子形成化合物或 分子時(shí)與其他原子的結(jié)合能力的量度 因此,五價(jià)性意味著氮和它的族中其他原子傾向于與一個(gè)分子中的其他原子具有5個(gè)鍵,并且它們具有5個(gè)價(jià)電子或可與其他原子形成鍵的電子。例如:例如N2O5,它是兩個(gè)氮原子和五個(gè)氧原子。
1972年,蘇格蘭植物學(xué)家丹尼爾·盧瑟福(Daniel Rutherford)首次從大氣中隔離了氮?dú)?。他通過使用密封容器中的老鼠將常規(guī)空氣中的氧氣去除,從而收集了大氣中的氮?dú)?。老鼠幫助去除了所有可呼吸的空氣,然后他點(diǎn)燃了一支蠟燭,然后點(diǎn)燃了一塊磷,以燃燒掉所有剩余的氧氣。**,他使空氣通過一種吸收二氧化碳的溶液,該溶液僅留下氮?dú)?,他稱之為“有毒空氣”。
1790年,法國化學(xué)家讓·安托萬·查普塔爾(Jean Antoine Chaptal)發(fā)現(xiàn)硝石(硝酸鉀)是盧瑟福發(fā)現(xiàn)的相同氣體,硝石是一種天然存在的礦物,通常被用作肥料。由于它與niter的關(guān)系,他通過將niter與后綴-gen組合在一起來創(chuàng)造了氮?dú)膺@個(gè)詞。
硝酸鹽之所以能制成如此優(yōu)質(zhì)的肥料,是因?yàn)榈诩?xì)胞壁,蛋白質(zhì)和DNA中的作用使所有生命都需要氮。由于氮具有三重鍵合的性質(zhì),即使我們實(shí)際上被氮包圍,動(dòng)植物也很難獲得大氣中的氮。這就是為什么肥料中的氮與其他元素(如硝酸鹽中的硝酸鉀)結(jié)合在一起,從而使植物更容易獲得生長所需的氮。氮不僅對(duì)于植物生長是必需的,而且對(duì)動(dòng)物也至關(guān)重要。例如,氮?dú)饧s占人體體重的3%。
空氣到底是什么,氮與氧的關(guān)系如何?
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平均而言,干燥空氣包含約78.09%的氮?dú)猓?0.95%的氧氣,0.93%的氬氣,0.04%的二氧化碳和少量其他氣體??諝庵械乃魵饬恳泊蠖及吹貐^(qū)波動(dòng),在整個(gè)大氣層中平均約為0.4%,但在海平面上則接近1%。不管怎么說,呼吸的空氣大部分都是氮?dú)狻?br />
氧氣由于在所有溫度和壓力下均具有較重的原子量,因此比氮?dú)猓? g / mol)的密度稍大。由于它們的重量是如此相似,而且它們通常不會(huì)彼此分開,因此實(shí)際上沒有理由擔(dān)心它會(huì)更輕或更重。[在所有溫度和壓力下,原子量較重的氧氣比空氣和氮?dú)舛几砻埽珒H略微。由于它們不會(huì)彼此分開,因此我們通常不必?fù)?dān)心它更輕或更重。氮?dú)夂脱鯕獾拿芏炔町悂碜云浞肿恿?,分子量很?。? g / mol)。]
常規(guī)空氣中氧氣含量為20.8%至21%,而氮?dú)夂繛?5%至78%。少量的氧氣對(duì)氧氣的影響更大,因?yàn)樵谒猩卸剂⒓葱枰鯕?,其?9.5%的氧氣缺乏,而22%的氧氣豐富。
是什么使它成為液態(tài)氮?
簡單地說,一切都有三種可能的狀態(tài):氣體,液體和固體。事物處于哪種狀態(tài)取決于溫度和組成,并且每個(gè)元素和分子都是不同的。凝固點(diǎn)是指某種東西從液態(tài)變成固態(tài),而沸點(diǎn)是指某種東西從液態(tài)變成氣態(tài)。對(duì)于水,冰點(diǎn)是32°F,沸點(diǎn)是212°F,因此我們最經(jīng)常在地球上發(fā)現(xiàn)液態(tài)的水。氮?dú)獾姆悬c(diǎn)為-320°F,凝固點(diǎn)為-346°F,因此在地球上不會(huì)自然出現(xiàn)為液態(tài)或固態(tài)。人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了創(chuàng)造條件的方式,其中氮冷凝成液體,這就是我們今天獲得液態(tài)氮的方式。
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