N₂
Nitơ
| Khối lượng mol: | 28.013 g/mol |
| Phân tử khối: | 28.013 |
| Số CAS: | 7727-37-9 |
| Trạng thái: | Khí |
| Màu sắc: | Không màu |
| Tính tan: | Rất ít tan trong nước |
| Độ tan: | 1.6 mg/100 mL ở 20°C (áp suất 1 atm) |
| Độ pH: | Không áp dụng (khí trơ không điện ly trong nước) |
| Oxi hóa - Khử: | Nitơ có các số oxi hóa từ -3 đến +5. Ở nhiệt độ thường, N₂ rất trơ do có liên kết ba bền vững (N≡N). Ở nhiệt độ cao, N₂ thể hiện cả tính khử (tác dụng với O₂) và tính oxi hóa (tác dụng với H₂, kim loại mạnh). |
| Nhiệt độ sôi: | -195.79 °C |
| Nhiệt nóng chảy: | -210.01 °C |
| Tỷ trọng: | 1.2506 g/L (ở 0°C, 1 atm) |
Máy tính nhanh
* Tự động tính dựa trên 28.013 g/mol
Đặc tính & Ứng dụng
- Bảo quản thực phẩm: Khí nitơ được bơm vào bao bì để đẩy oxy ra ngoài, ngăn ngừa quá trình oxy hóa và giữ thực phẩm tươi ngon lâu hơn.
- Luyện kim và hàn cắt: Tạo môi trường khí trơ để bảo vệ các mối hàn và kim loại khỏi bị oxy hóa ở nhiệt độ cao.
- Sản xuất hóa chất: Là nguyên liệu chính để tổng hợp amoniac (NH₃) thông qua công nghệ Haber-Bosch, từ đó sản xuất phân bón hóa học và axit nitric.
- Y tế và sinh học: Nitơ lỏng (-196°C) được dùng để bảo quản mẫu sinh học (máu, tinh trùng, trứng) và triệt tiêu tế bào ung thư da cục bộ.
Phương pháp điều chế
- Trong công nghiệp: Chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Sau khi loại bỏ bụi, hơi nước và CO₂, không khí được hóa lỏng và nâng nhiệt độ từ từ để thu hồi khí N₂ ở -196°C.
- Trong phòng thí nghiệm: Nhiệt phân muối amoni nitrit hoặc hỗn hợp dung dịch bão hòa amoni clorua và natri nitrit:
NH₄NO₂ -(t°)-> N₂ + 2H₂O
NH₄Cl + NaNO₂ -(t°)-> N₂ + NaCl + 2H₂O
Tính chất Hóa học
Tác dụng với:
- Với Hydro: Tạo khí amoniac (phản ứng thuận nghịch, áp suất cao, nhiệt độ cao, xúc tác Fe):
N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ - Với Oxy: Ở nhiệt độ khoảng 3000°C hoặc có tia lửa điện:
N₂ + O₂ ⇌ 2NO - Với kim loại mạnh (Liti ở nhiệt độ thường, Magie ở nhiệt độ cao):
6Li + N₂ -> 2Li₃N
3Mg + N₂ -(t°)-> Mg₃N₂
Không phản ứng:
Trơ về mặt hóa học ở điều kiện nhiệt độ thường với hầu hết các chất (ngoại trừ Liti). Không phản ứng với các halogen, nước, axit hay bazơ thông thường.
Chuỗi chuyển hóa
N₂ -> NH₃ -> NO -> NO₂ -> HNO₃
Hiện tượng thực tế
Khí nitơ lỏng khi đổ ra ngoài không khí sẽ tạo ra những làn khói trắng xóa dày đặc do hơi nước trong không khí gặp lạnh ngưng tụ lại.
Bài tập vận dụng
- Đề bài: Thực hiện phản ứng tổng hợp amoniac từ 4.48 lít khí N₂ (đktc) và lượng dư khí H₂ với hiệu suất phản ứng đạt 25%. Tính thể tích khí NH₃ thu được ở đktc.
- Lời giải vắn tắt:
Phương trình phản ứng: N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (t°, p, xúc tác Fe).
Số mol N₂ = 4.48 / 22.4 = 0.2 mol.
Theo lý thuyết, số mol NH₃ = 2 * nN₂ = 0.4 mol.
Vì hiệu suất H = 25% nên số mol NH₃ thực tế thu được = 0.4 * 25% = 0.1 mol.
Thể tích khí NH₃ thu được ở đktc = 0.1 * 22.4 = 2.24 lít.
Cảnh báo & An toàn
Nguy hiểm: Là khí không độc nhưng có thể gây ngạt thở, bất tỉnh hoặc tử vong nếu nồng độ oxy trong không khí bị giảm xuống dưới 19.5%. Nitơ lỏng tiếp xúc trực tiếp với da gây bỏng lạnh cực kỳ nghiêm trọng.
Độc tính: Không độc hại trực tiếp, nhưng tích tụ lượng lớn trong không gian kín gây ngạt khí. Khi sử dụng nitơ lỏng, bắt buộc phải đeo găng tay chống lạnh và kính bảo hộ để tránh bỏng lạnh sâu.
Thu Thủy
Cử nhân Hóa học Đại học Khoa học Tự nhiên. Có 5 năm kinh nghiệm giảng dạy và số hóa tài liệu giáo dục môn Hóa học.