Химические и физические свойства азота: молярная масса, плотность

28.09.2018

Азот относится к одним из самых биогенных элементов, так как он встречается в составе нуклеиновых кислот и белков. Также это самый распространенный газ в земной атмосфере, так как в составе воздуха на его долю выпадает 78%. Это двухатомное вещества, которое не обладает ни вкусом, ни цветом, ни запахом. Химические свойства азота определяют его как инертный газ, но в то же время он реагирует вместе с комплексными соединениями переходных металлов. Чаще всего данный газ добывают из воздуха, так как там содержится его большое количество. В сварке он применяется как инертная среда, но не очень активно используется.

Решение задачи по теме "Число Авогадро" №6

Молекула азота

Помимо газообразного состояния в промышленности применяют жидкий азот. Это очень распространенный хладагент. В природе он образует множество изотопов. Для транспортировки и хранения материала используют баллоны черного цвета. Они должны выдерживать, как минимум, 150 атмосфер, так как именно под таким давлением хранится вещество. Азот в нормальном состоянии легче воздуха, так как в воздухе еще имеется кислород и другие, более тяжелые примеси.

Гелий - СВЕРХТЕКУЧИЙ И САМЫЙ ХОЛОДНЫЙ ЭЛЕМЕНТ!

Использование азота снижает у получаемого шва ударную вязкость. В это же время он повышает температуру перехода наплавленного металла в хрупкое состояние и делает их более прочными. Азот вызывает старение швов. Чтобы применять данный газ относительно безвредно, нужно использовать дополнительные легирующие элементы, которыми выступают бор и кислород в баллонах . Это сохраняет механические свойства металла на шве.

Область применения при сварке

Применение азота в сварке не очень широко. Он значительно уступает по количеству общего количества операций другим газам, несмотря на то, что его легче добывать, и он обходится довольно дешево для индустрии. Это обусловлено тем, что азот активно взаимодействует со многими различными металлами. При контакте со сплавами нитриды и эти химические соединения могут навредить крепости и надежности шва. Из-за того, что прочность сварных соединений сильно страдает, приходится заменять его на другие, более нейтральные газы. При сварке сталей, различных сплавов и даже нержавейки азот не нашел должного применения, так как химические свойства азота обеспечивают слишком высокую активность по отношению к ним.

Баллон с азотом для сварки

Азотодуговая сварка лучше всего проявляет свои свойства при работе с медью. Именно с медью данный газ не образует ни каких соединений и практически не взаимодействует. Если сравнивать этот способ с аргонодуговой сваркой , то здесь лишь потребуется увеличить количество расходуемого газа, так как он не столь экономичен и потребуется, примерно, на треть больше вещества. С учетом того, что он стоит значительно ниже аргона, то в экономическом плане это выходит даже выгоднее. Помимо меди, другие металлы профессионалы предпочитают варить остальными инертными газами.

Преимущества

Несмотря на то, что сфера применения газа в сварке довольно узкая, физические и химические свойства азота все же дают ему некоторые преимущества. Среди них стоит отметить:

Большая распространенность и легкость получения; Относительно низкая стоимость; Удобство хранения и транспортировки; Безвредность для организма, если его концентрация в воздухе начнет повышаться, то это не так страшно, как с другими веществами.

Недостатки

К негативным факторам использования относятся следующие:

Невозможность применения со всеми видами сплавов и металлов; Активное образование нуклидов при контакте с металлами; Ограниченность применения только при сварке меди.

Виды азота

В промышленности используется две основные разновидности. Первой является газообразный. Он используется преимущественно в сварке газовой и при использовании полуавтомата. Для своей области он не сильно распространен, но все же занимает уверенное место в мастерских, коммунальных учреждениях, в разнообразных мастерских и производственных цехах. Он хранится в баллонах под большим давлением, что позволяет получить концентрированную долю вещества.

Вторым видом является жидкий азот, который хранится в таком состоянии при очень низкой температуре. Это делает его отличным хладагентом. В промышленности он встречается очень часто.

Физические свойства азота

В нормальных физических условиях азот является бесцветным газом, у которого нет цвета и запаха. Он очень плохо распространяется в воде. Плотность азота составляет 1,2506 кг/м кубический. Темпе6ратура кипения вещества составляет – 195,8 градусов Цельсия. В жидком состоянии он также остается бесцветным. В этом состоянии плотность будет 808 кг/м кубический. Если азот будет констатировать с воздухом, то он поглощает из него кислород. В твердом состоянии элемент может пребывать при -209,86 градусах Цельсия. Физически это выглядит как большие белые кристаллы или снегоподобная масса. Существует три основные кристаллические модификации вещества в твердом состоянии.

Химические свойства азота

В свободном состоянии газ существует как образование двухатомных молекул. Атомы азота обладают тройной связью. Молекула вещества оказывается очень прочной для диссоциации, так данная реакция проходит не так просто. В нормальных условиях диссоциация практически отсутствует. При нормальных условиях молекулы азота неплохо поляризуются и не полярные. Взаимодействующие силы между ними оказываются очень слабыми.

Даже при условиях в 3000 градусов Цельсия степень диссоциации составляет только 1%. При 5000 градусов этот показатель повышается до нескольких процентов. Атомарный азот оказывается намного более активным, чем молекулярным. По причине того, что молекулы вещества оказываются очень прочными, многие его соединения оказываются эндотермичными. Они без проблем разлагаются при нагревании. Ковалентные радиус элемента составляет 75 пм. Электроотрицательность по шкале Полинга составляет 3,04 пункта.

Молярная масса и удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость азота при различных температурных условиях будет отличаться. Этот параметр в нормальных условиях вычисляется для недиссоциированного газа, так как диссоциация оказывает влияние только при температуре около 1500 градусов Цельсия. При температуре 27 градусов Цельсия удельная теплоемкость будет 1,04 кДж/(кг*градусы Цельсия).

Молярная масса азота составляет 28 г/моль. Если брать в расчет исключительно химический элемент, то этот показатель будет равен 14 г/моль. С учетом того, что формула газа азота – это N2, так как вещество состоит из двух атомов, то и значение на практике умножается на два.

Давление в баллонах с азотом при различных температурах

Как и любой другой газ, при изменении температуры азот начинает сжиматься или расширяться. Это касается не только того состояния, когда он свободно находится в атмосфере, но и тогда, когда в баллоне под давлением. Соответственно, давление баллона также будет иметь различные отличия, если будут наблюдаться резкие перепады температур.

Давление, (кгс/см2)	Давление, МПа	Температура, градусы Цельсия
-50	-25	0	20	25	50
Коэффициент сжимаемости газа при определенном давлении
100	10	0,905	0,918	0,985	1,001	1,005	1,018
145	14,5	0,93	0,95	1,001	1,02	1,023	1,037
204	20,4	0,958	0,968	1,035	1,053	1,06	1,076

Инструкция по применению

Перед использованием газа металлическую поверхность нужно очистить и желательно использовать дополнительные легирующие материалы. В качестве флюса применяется бор. Он помогает снизить негативное воздействие газа на металл. Дополнительным элементом выступает технический кислород , который и так используется в горелке, как усиливающий температуру газ.

Сначала в горелку пускается азот, чтобы проверить ее работоспособность, а затем только кислород. Принцип проведения сварочных работ принципиально ни чем не отличается от тех, которые проводятся с другими газами. Главное соблюдать правила использования и не сваривать им те металлы, которые не предназначены для этого.

Меры безопасности

Несмотря на то, что опасность использования азота не столь велика, как у других газов, здесь также нужно соблюдать правила безопасности. Баллоны не должны падать при переноске и перевозке. Во время транспортировки некоторых металлических емкостей нужно исключить их удары друг о друга. Источник пламени должен находиться на расстоянии от 5 метров от баллона. С учетом того, что давление в баллоне может сильно меняться в зависимости от температуры, не стоит допускать ее резких перепадов.

Заключение

Использование азота в сварке в последнее время распространено не столь широко, но он продолжает сохранять свои позиции в данной сфере. Помимо этого он оказывается востребованным для многих других промышленных областей. Его применение для получения качественных сварных швов оказывается не таким простым из-за высокой активности, но специалисты смогут сделать так, чтобы шов получился максимально надежным.