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脾气古怪的气体——氮

来源:未知作者:张修鹏 点击:所属专题: 氮元素 化学元素概述

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氮气跟空气有很多相同点,在常温下,它们都是无色无味的,它们的密度相差也不远,氮气只是稍微比空气轻一些。但当人们把温度降到零下二百度时,氮就会变成无色的液体,如果再降低温度,它还可以变成雪花一样的白色固体。 在常温下,氮十分“老实”,既不助燃,也不能帮助呼

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氮气跟空气有很多相同点,在常温下,它们都是无色无味的,它们的密度相差也不远,氮气只是稍微比空气轻一些。但当人们把温度降到零下二百度时,氮就会变成无色的液体,如果再降低温度,它还可以变成雪花一样的白色固体。

在常温下,氮十分“老实”,既不助燃,也不能帮助呼吸,所以当初人们都把它叫做“无用的空气”,然而在高温下,氮却变得异常活泼,能和许多物质化合,氮的化合物在化学工业中十分重要,是制造炸药、氮肥、染料和硝酸的主要原料。

“懒惰”的气体

人们开始发现氮气时,都认为这是一种无用的空气,因为它既不能帮助燃烧,也不能帮助动物的呼吸,人们给它起的拉丁文名字的意思是:不能维持生命。

氮气确实很“懒”,在常温下对什么也不感兴趣,十分孤独。起初它的用途并不广泛,人们只是利用它的“懒”脾气:在电灯泡里灌上氮气,可以放慢钨丝的挥发速度,增加电灯泡的寿命。在博物馆里,那些贵重而罕有的画页、书卷,常常保存在充满氮气的圆筒里,因为蛀虫在氮气中不能生存,当然也就无法捣乱了。最近,我国还应用氮气来保存粮食,叫做“真空充氮储粮”。

然而,氮是一种脾气古怪的气体,它平时不爱管别人的闲事,一遇高温却特别活泼,一点也不“懒”。

这一下,给炼钢厂带来了不少麻烦:炼钢的时候,钢变成了火红的钢水,温度达到了。这时,氮就悄悄地藏进了钢水中,在钢锭冷却时,它又跑了出来。结果,在钢锭里形成了一个又一个的气泡。你想,这样充满小洞的钢,怎么能用来造机器呢?后来,人们想出了一个对付它的办法,炼钢工人往钢水里加进金属钛,钛能与氨化合形成渣——氮化钛,浮在钢水上面。

“笑气”

人们很早以前就会做手术了,但那时并没有麻醉药,病人要忍受很大的痛苦。到了十八世纪,人们终于发现了一种麻醉药。然而在手术过程中,却常常可以听到病人一阵阵歇斯底里的狂笑声。

这是为什么呢?

原来这种麻醉药是氮的一种氧化物,叫作一氧化二氮,它是一种无色、带有甜味的气体,对人体有特殊的麻醉作用。但如果人闻多了这种气体,就会止不住地大笑起来。

据说有一位化学家最先发现这种气体的特殊性质,于是他便想跟自己的朋友开一个玩笑。他把朋友请到了自己的实验室中,告诉他自己发现了一种非常好闻的气体。说完便拿出了一个小玻璃瓶,他的朋友十分好奇,就打开瓶塞使劲地闻了起来。这位化学家问他的朋友觉得味道怎么样,他的朋友刚张开口,便不由自主地大声笑了起来,好一会儿时间才止住。于是人们就把这种气体叫做“笑气”。

植物离不了的三兄弟

氮是生命的基础,植物离不开氮。如果缺少了氮,庄稼便长得又瘦又小,叶子发黄,花也开不大,果实很小。同时,植物也离不开磷和钾,缺少了它们,植物就不会成熟,还容易发生病虫害。氮、磷、钾对农业十分重要,因此农民叔叔亲热地把它们称为自己的好帮手。

在这“三兄弟”中,植物对氮的需要最多,据统计,全世界的庄稼,在一年之内,要从土壤里吸收四千多万吨的氮,远远超过磷和钾。但土壤中的氮含量很少,这怎么办呢?

人们利用氢气在高温高压下与氮气化合生成氨,然后就可以制成各种氮肥,农民叔叔在播种的时候把氮肥撒在地里,这就弥补了土壤中氮的不足。

有些豆科植物能够直接从空气中吸收氮气,自己制造氮肥。原来这些植物的根部,常常长着许多小疙瘩——根瘤,根瘤里住着一种叫根瘤菌的东西,它能把氮气变成氮肥,因此,在种植豆类植物时,人们常常不施氮肥。

不但植物离不开氮,动物和人同样也离不开氮。氮是蛋白质的重要成分,蛋白质又是细胞的主要成分,所以,只要有生命的东西,都离不开氮。比如动物的毛皮、鸟的羽毛、人的头发和指甲,这些都是蛋白质。

看不见的敌人

随着化学工业的发展,人类制造了各种各样的氮的化合物,它们可以用来制造食品、药物、衣服、染料等各种东西。这些东西中的氮的化合物与人体健康有着十分重要的关系。

就拿食品来说吧:硝酸盐本来是无毒的,但食品中积累的硝酸盐,在一些细菌的作用下,会被还原成有毒的亚硝酸盐。它能把血液中携带氧气的低铁血红蛋白氧化成高铁血红蛋白,使血液失去携带氧气的功能,因而出现一系列缺氧的中毒病状,严重时可以使人死亡。人们平常说的“食物中毒”就是这样发生的。

还有一些含氮的化合物能引发人的身体各部位的癌症,比如亚硝胺是目前公认的一种致癌物质,不但长期少量接触它可以慢慢地发病,而且一次大量接触也可使人死亡,有时还可以通过乳汁传给下一代。

这些含氮化合物是我们人类看不见的敌人,它们严重地危害着人类的身体健康。由于这些化合物与无害的硝酸盐在一定条件下会发生转化,所以你们在生活中要特别注意不要吃腐烂的食物。

炸药是什么制成的

小朋友,你们爱看战斗片吗?你看,董存瑞在战友牺牲后,抓住炸药包就向敌人占领的桥头堡跑去,他机智地爬到了敌人的碉堡下,可是,他发现炸药包没地方放。快要发起大规模进攻了,敌人的机枪还在喷出火舌。怎么办?这时只见他用手托起炸药包,毅然拉着了导火线,只听“轰”地一声巨响,董存瑞和敌人的雕堡都不见了……

看完电影,你们在敬佩董存瑞的献身精神之后想没想过这样一个问题:即炸药包是由什么作成的呢?

当今的炸药已经有很多种类,它们大部分都是由含氮的化合物做成的。“黑色火药”是我们人类最古老的炸药,它是由硫黄、木炭和硝酸钾按一定的比例混合而成的。点火后,在百分之几秒内迅速发生反应,产生大量的气体,主要是氮气和二氧化碳,同时放出大量的热。于是体积一下子增大了一千倍左右,形成爆炸。

我们在电影中看到的炸药包指的是“黄色炸药”,它有个学名叫“梯恩梯(TNT)”,它是现代军事上使用最广泛的炸药,也是由氮的化合物制成的。一公斤梯恩梯完全爆炸,只需十万分之一秒,体积猛增几万倍,可以产生十万个大气压那么大的压强,足以摧毁坚固的碉堡和工事。

还有一种著名的超爆药雷汞也是一种含氮化合物。雷汞的爆炸实际上就是一个非常强烈的化学反应。一分子雷汞分解后,生成一分子汞、一分子氮气和二分子一氧化碳,同时放出大量的热,使体积在百万分之一秒内突增几万倍,形成爆炸。

身手不凡的液氮

氮气在极低的温度下可以变成无色的液体,别看液态的氮“貌不惊人”,才能却很出众。在今日的新技术中有不少鲜为人知的应用。

液氮是火箭燃料的推送剂,大量的液氮用高压把火箭燃料推向燃烧室,安全性能良好。英国一家化学公司试验成功了一项液氮冷却混凝土技术,用液氮来给混凝土降温,不消除混凝土凝固时出现的裂痕。

用液氮还可以来治病,它的疗效远胜于干冰。外科手术中的“冷刀”实际上应用的就是液氮。液氮是目前为止发现的一种最好的制冷剂,把它注入低温医疗器内,就像手术刀一样,可以做任何手术。它既不需要麻醉,也不会发生感染,并且在手术中不会流血、无疼痛,伤口愈合后也不会出现疤痕。

癌症在以前是一种不治之症,现在,人们发现,液氮可以治愈早、中期癌症,安全可靠,治愈率高,避免了因手术造成的器官损伤,被冻死的癌细胞进入人体血液后,还可以刺激人体产生相对应的抗体,进而消灭残存在人体内的癌细胞。

利用液氮低温可使肉类、水产等在几秒钟内速冻。这种方法能保持原有食品的滋味、颜色和细胞组织,可贮存6~16个月,这是其他冷冻剂望尘莫及的。

液氮可以来对付石油污染。石油是液体,因而当它泄漏在海上时很难清除。美国的科学家们发明了一种迅速简便的除污方法,即向石油喷发液氮,把它冷冻成颗粒状固体后装进驳船,再运往炼油厂。而且,这种方法对海洋生物无害。不过,需要一种特别设计的船,能在上游刚低于水面的地方喷射液氮,这样有污染的水面就被冻结了。

氮肥除污

氮肥不但可以促使庄稼增产,在清除石油污染上也大有用武之地。美国埃克森石油公司的专家们发现,含氮丰富的氮肥是清除石油污染的良好的清洁剂。

在1989年,该公司的一艘油轮在远洋航行途中出了意外事故,把1000万吨的原油泄露到了阿拉斯加的附近海域。

该公司的专家们在1989~1992年的三年之中,先后把大约11万磅氮肥和1万吨磷肥撒在石油污染十分严重的海滩上,来加速石油的分解,效果良好,那里的石油污染基本上已被清除。

趣话氮肥

有这样一个笑话:一个农村妇女不懂化学,她看到自己买的一袋碳酸氢铵受了潮,就在太阳出来后,把氮肥晒到晾谷坪里。等到她下午五点钟去收时,一点氮肥也没剩下。于是她就破口大骂:“哪个没良心的,该千刀万剐的贼,把我的肥料偷走了。”

小朋友,谁偷走了她的化肥呢?

对了,学过化学的小朋友就会知道,碳酸氢铵稍一受热,就会发生分解,生成氨气、水和二氧化碳,所以氮肥是不能晒的。

除了碳酸氢铵之外,常用的氮肥还有硝酸铵,它不但含氮量高,肥效大,“脾气”也非常暴躁,当它在高温或受到猛烈撞击的情况下,会迅速分解,产生大量气体而引起爆炸。

据说有一位农民看到自己买来的硝酸铵受潮结成了块,不好施肥,于是就拿了一把铁锤去砸,结果引起了爆炸。

无独有偶,在1921年时,德国一家化工厂的仓库里堆放着一大批待包装的硝酸接,由于当时的天气多雨,空气很潮湿,加之长期存放,原来颗粒状的晶体受潮粘成了整块的坚硬固体。为了粉碎它,有人建议用小型炸药把它炸碎。厂长觉得这个建议很好,就按照这个办法做。不料小型炸药竟引起了空前的大爆炸,不但整个仓库给炸没了,在那里还留下了一个长165米,深80米,宽100米的深坑。

 

(责任编辑:化学自习室)
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