1. Khí nitơ là khí gì?
- Nitơ (N) là nguyên tố hóa học thuộc nhóm phi kim trong bảng tuần hoàn các nguyên tố. Nito có mặt trong tất cả các cơ thể sống, nó cấu tạo nên nhiều hợp chất quan trọng như: axit amin, amoniac, axit nitric,… Cơ thể người chứa khoảng 3% nitơ theo trọng lượng.
- Khí nitơ có công thức hoá học là N2. Nó có 5 điện tử trên lớp ngoài cùng nên có thể nhận nhiều electron với nhiều hoá trị khác nhau như II, III và IV.
- Trong không khí, nitơ tồn tại dưới dạng phân tử N2, không phản ứng với các loại khí khác nên được gọi là khí trơ. Hóa lỏng ở nhiệt độ rất thấp - 196 độ C, trong điều kiện áp suất khí quyển.
- Với cấu trúc hoá học của nitơ, nguyên tử nitơ cần nhiều năng lượng hơn để phá vỡ để phản ứng với các chất khác. So với khí oxy, khí nitơ ít phản ứng hơn và không bắt lửa và thực hiện phản ứng đốt cháy. Trong điều kiện bình thường, khí nitơ không hỗ trợ cháy (không giống như oxy, hỗ trợ quá trình cháy), do đó nitơ được sử dụng trong chữa cháy:
+ Nitơ có tính dẫn điện kém nên bình chữa cháy chứa khí nitơ để dập tắt các đám cháy thiết bị điện.
+ Giảm nhiệt khi cháy.
+ Giảm nồng độ oxy tại vùng cháy.
- Ngay cả khi không hỗ trợ sự sống, không hỗ trợ quá trình đốt cháy và chiếm gần 80% trong không khí mà không ảnh hưởng đến sức khỏe thì hàm lượng oxy của cơ thể vẫn được đảm bảo. Có thể thấy khí nitơ là loại khí không độc hại. Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều nitơ có thể gây sốc phản vệ và tê liệt các chi.
2. Tính chất vật lý và tính chất hóa học của Nitơ
Tính chất vật lý
- Là chất khí không màu, không mùi, không vị, hơi nhẹ hơn không khí (d = 28/29), hóa lỏng ở -196 ºC.
- Nitơ ít tan trong nước, hoá lỏng và hoá rắn ở nhiệt độ rất thấp. Không duy trì sự cháy và sự hô hấp (không độc).
Tính chất hóa học
- Nitơ có các số oxi hoá: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5.
- N2 có số oxi hoá 0 nên vừa thể hiện tính oxi hoá và tính khử.
- Nitơ có EN N = 946 kJ/mol, ở nhiệt độ thường nitơ khá trơ về mặt hóa học nhưng ở nhiệt độ cao hoạt động hơn.
- Nitơ thể hiện tính oxi hóa và tính khử, tính oxi hóa đặc trưng hơn.
1. Tính oxi hoá: Phân tử nitơ có liên kết ba rất bền, nên nitơ khá trơ về mặt hóa học ở nhiệt độ thường.
a. Tác dụng với hidro
Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có xúc tác. Nitơ phản ứng với hidro tạo amonia.
b. Tác dụng với kim loại
- Ở nhiệt độ thường nitơ chỉ tác dụng với liti tạo liti nitrua:
6Li + N2 → 2Li3N
- Ở nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với nhiều kim loại:
3Mg + N2 → Mg3N2 (magie nitrua)
Lưu ý: Các nitrua dễ bị thủy phân tạo NH3.
Nitơ thể hiện tính oxi hoá khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn.
2. Tính khử
- Ở nhiệt độ cao (3000 ºC) Nitơ phản ứng với oxi tạo nitơ monoxit.
- Ở điều kiện thường, nitơ monoxit tác dụng với oxi không khí tạo nitơ đioxit màu nâu đỏ.
Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện lớn hơn.
- Các oxit khác của nitơ: N2O, N2O3, N2O5 không điều chế được trực tiếp từ nitơ và oxi.
- Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với các nguyên tố có độ âm điện lớn hơn. Thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với các nguyên tố có độ âm điện lớn hơn.
3. Ứng dụng khí Nitơ trong đời sống và sản xuất
- Khí N2 có được ứng dụng rất nhiều trong đời sống cũng như sản xuất. Cụ thể như chúng tôi sẽ nêu một vài ứng dụng dưới đây:
* Trong công nghiệp
- Khí Nitơ được sử dụng để chống lại sự oxy hóa. Có vai trò bảo vệ bề mặt kim loại trong nhiệt luyện. Xử lý, làm sạch bề mặt kim loại trong ngành luyện thép. Sử dụng khí Nitơ vào công nghệ hàn đường ống. Luyện kim, tinh chế các kim loại, sản xuất ra thép không gỉ và ứng dụng vào các ngành công nghệ sản xuất linh kiện điện tử.
- Ngành dầu khí, các nhà máy lọc dầu, nhà máy hóa dầu và tàu chở dầu biển sử dụng nitơ để thanh lọc thiết bị, bể chứa và đường ống chứa hơi và khí nguy hiểm. Ngoài ra, nitơ còn làm mát các lò phản ứng chứa đầy chất xúc tác trong quá trình bảo trì.
* Trong công nghiệp thực phẩm
- Sử dụng trong việc sản xuất và đóng gói các loại thực phẩm. Dùng để bảo quản độ tươi của thực phẩm đóng gói hay dạng rời, đảm bảo cho việc thực phẩm không bị oxi hóa. Một ví dụ khác về tính đa dụng khác của khí Nitơ là sử dụng nó để tạo áp lực cho các thùng chứa một số loại bia.
* Ngành chế biến hóa chất
- Chế tạo thuốc trừ sâu.
- Chế tạo ra các chế phẩm nilon.
- Chế tạo thuốc nhuộm tóc.
- Chế tạo thuốc nổ.
* Trong y học
- Ứng dụng vào việc bảo quản các bộ phận cơ thể cũng như các tế bào tinh trùng và trứng. Các mẫu và chế phẩm sinh học. Khí Nitơ ứng dụng trong da liễu học để loại bỏ các phần tổn thương da ác tính xấu xí. Hay tiềm năng gây ung thư, ví dụ như các nốt mụn cóc, các vết chai sần trên da,…
* Trong đời sống
- Khí Nitơ được sử dụng trong bơm lốp ô tô do đặc tính trơ và thiếu tính ẩm của Nitơ. Sử dụng khí Nitơ trong vấn đề bảo vệ môi trường và kỹ thuật an toàn. Sử dụng trong các hệ thống thủy lực của ngành công nghiệp hàng không và máy bay quân sự.
- Nitơ có tính dẫn điện thấp nên bình chữa cháy khí N2 có thể dùng để dập tắt đám cháy thiết bị điện, giảm sức nóng của đám cháy, giảm nồng độ oxy tại khu vực cháy.
4. Biện pháp phòng tránh các nguy hiểm khi sử dụng khí nitơ
- Trong quá trình sử dụng khí nitơ, đặc biệt là việc sử dụng không đúng mục đích hoặc quá lạm dụng thành phần khí nitơ dẫn đến ảnh hưởng trực tiếp cho sức khỏe thậm chí gây hại tới cả môi trường và mọi người xung quanh.
+ Gây cháy nổ khi nhiệt độ sôi của oxi cao hơn N2.
+ Gây ra hiện tượng cháy nổ bình chứa.
+ Gây bỏng hoặc hoại tử do bỏng nitơ lỏng quá lâu
+ Gây buồn nôn, chóng mặt, ngột thở
+ Có khả năng gây rạn nứt, biến dạng hoặc phá hoại vật liệu chứa
+ Gây ô nhiễm môi trường.
* Cách bảo quản:
- Yêu cầu khi bảo quản khí nitơ cần đúng phương pháp và điều kiện, sử dụng thùng chứa chất lượng tốt, có đèn báo thông gió, chỉ sử dụng trong hệ thống khép kín, sử dụng các thiết bị phòng cháy nổ, vận chuyển nội bộ an toàn,...
- Bảo quản đúng cách, đúng nhiệt độ, tránh bảo quản trong môi trường kín, tránh bảo quản với các nguồn gây cháy nổ, tách biệt các chất không tương thích.
* Cách sử dụng:
- Phải được đào tạo chuyên nghiệp trước khi thực hiện công việc liên quan đến nitơ. Khi làm việc với khí nitơ phải có phương tiện bảo hộ cá nhân an toàn. Sau mỗi lần tiếp xúc, hãy rửa tay và thay quần áo bị nhiễm bẩn.
- Nên chọn mua bình gas nitơ ở những địa chỉ tin cậy, đảm bảo an toàn, hạn chế tối đa nguy cơ cháy, nổ, rò rỉ.