Ứng dụng chính của khí Nitơ trong công nghiệp

Khí nitơ có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Cùng tìm hiểu một số ứng dụng quan trọng của khí Nitơ.

Tổng quan ngắn gọn về khí Nitơ

– Nitơ, tên tiếng Anh là Nitro, là nguyên tố hóa học đứng thứ 7 trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

– Trong điều kiện tự nhiên, Nitơ tồn tại dưới dạng khí không màu, không mùi, không vị và tương đối trơ. Ngoại trừ Lithium, nó không phản ứng với bất cứ thứ gì ở nhiệt độ phòng.

– Khí nitơ tự nhiên chiếm 78% khí quyển. Nitơ nguyên chất được gọi là protein Nitơ, không có bất kỳ tác động tiêu cực nào đến sức khỏe con người. Nitơ cũng là thành phần quan trọng tạo nên vật chất tự nhiên và tế bào sống.

Nitơ là thành phần quan trọng cấu tạo nên tế bào sống

Xem ngay >>Tủ hút khí độc phòng thí nghiệm ESCO – Sự lựa chọn số 1 cho Phòng thí nghiệm

– Nitơ là chất khí không cháy và có tính trơ nên ban đầu được xếp vào một trong những chất khí không thể tham gia các phản ứng hóa học. Sau này, các nhà khoa học phát hiện ra rằng trong tự nhiên, khí N2 có thể tham gia chuyển hóa hóa học nhưng phản ứng rất chậm và trở thành hợp chất.

– Vì Nitơ rất dễ bay hơi nên người ta có thể đun nóng Nitơ lỏng để tạo ra khí Nitơ. Sau đó chúng được lưu trữ trong các thùng chứa chuyên dụng. Trong quá trình vận chuyển, nitơ cần được giữ lạnh để tránh thất thoát khí.

– Với sự phát triển của ngành công nghiệp hóa chất, khí nitơ thường được chuyển hóa thành các hợp chất amoniac, sau đó chuyển hóa tiếp thành các hóa chất như thuốc nổ, sản xuất phân bón, axit nitric.

Tính chất đặc trưng của khí Nitơ

1. Nitơ là chất oxi hóa

– Phản ứng với kim loại tạo thành muối Nitride

+ Ở nhiệt độ thường Nitơ chỉ phản ứng được với Li:

6Li + N2 → 2Li3N

+ Ở nhiệt độ cao Nitơ phản ứng với nhiều kim loại như Mg, Ca, Al,…

2Al + N2 → 2AlN

– Nitơ phản ứng với khí H2 tạo thành Amoniac. Phản ứng thuận nghịch xảy ra ở điều kiện nhiệt độ lớn hơn 400 độ C và dưới áp suất, chất xúc tác là Fe.

N2 + 3H2 ↔ 2NH3

2. Nitơ là chất khử

– Nitơ phản ứng với oxy ở nhiệt độ 3000 độ C hoặc trong lò hồ quang điện

N2 + O2 ↔ 2NO

– Khí NO không màu sẽ chuyển sang màu nâu trong không khí do phản ứng với oxy

2NO + O2 → 2NO2

Làm thế nào để chuẩn bị khí nitơ?

1. Trong công nghiệp

Trong công nghiệp, khí nitơ được điều chế bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng. Không khí sau khi loại bỏ CO2 và hơi nước sẽ được hóa lỏng ở áp suất cao và nhiệt độ thấp. Việc nâng dần nhiệt độ không khí lỏng lên -196 độ C sẽ khiến nitơ sôi và tách khỏi oxy vì khí oxy có nhiệt độ sôi cao hơn (-183 độ C). Khí nitơ sau đó được nén và vận chuyển trong các thùng thép, được nén dưới áp suất 150 atm.

2. Trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, một lượng nhỏ khí nitơ tinh khiết được điều chế bằng cách đun nóng nhẹ dung dịch muối amoni nitrit bão hòa.

NH4NO2 → N2 + 2H2O

Ngoài ra, chúng ta có thể thay thế muối amoni nitrit không ổn định bằng dung dịch bão hòa gồm muối natri nitrit và amoni clorua.

NH4Cl + NaNO2 → N2 + NaCl + 2H2O

Ứng dụng khí Nitơ

Khí nitơ có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Chúng có thể bao gồm:

– Khí nitơ là loại khí tương đối trơ ở nhiệt độ phòng nên được dùng để làm chậm quá trình phân hủy của thực phẩm, giữ thực phẩm tươi lâu, giúp thực phẩm để được lâu. Khí này rất quan trọng trong việc bảo quản thực phẩm tươi sống và đã qua chế biến.

– Trong y học, khí Nitơ được dùng để bảo quản các cơ quan, tế bào của cơ thể, trứng và tinh trùng.

– Khí nitơ còn được dùng để chữa một số bệnh liên quan đến da như trị mụn nhọt, mụn cóc…

– Trong ngành hàn, khí Nitơ được dùng thay thế khí Heli để hàn các vật bằng đồng và hợp kim đồng. Điều này là do khí Nitơ cung cấp nhiệt hàn tương tự như khí Heli nhưng rẻ hơn nhiều.

Khí nitơ được ứng dụng trong công nghệ hàn ống đồng

– Dùng để bơm lốp ô tô, lốp máy bay.

– Dùng để làm mát một số bộ phận của máy tính như CPU, giúp máy tính có tốc độ xử lý nhanh và tốt hơn.

– Làm sạch kim loại, sản xuất kim loại nguyên chất, sản xuất inox, linh kiện điện tử.

– Vì khí Nitơ có khả năng giữ nhiệt tốt nên được ứng dụng trong công nghệ nghiên cứu các chất làm lạnh.

– Khí nitơ là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất phân đạm và phân bón.

– Một số loại máy phân tích, máy kiểm tra cần có khí Nitơ để hoạt động.

– Ngoài ra, khí Nitơ còn có thể dùng thay thế khí CO2 để tạo áp suất cho thùng bia, giúp giữ lạnh cho bia.

Tác hại của khí nitơ có thể gây ra

1. Gây cháy, nổ

Vì nhiệt độ sôi của Oxy cao hơn Nitơ nên oxy có thể ngưng tụ từ không khí thành Nitơ lỏng. Oxy lỏng có khả năng phản ứng mạnh với các hợp chất hữu cơ, gây nổ.

2. Container có thể nổ

Trong trường hợp nitơ lỏng được bảo quản trong không gian kín, nếu xảy ra hiện tượng bay hơi đột ngột do tăng áp suất thì có thể phát nổ. Đã từng xảy ra một vụ tai nạn nổ do khí N2 xảy ra trong một phòng thí nghiệm khiến một nhân viên ở đó tử vong. Nguyên nhân là do người này vô tình đổ chất lỏng N2 xuống đường ống thoát nước.

3. Gây bỏng

Nhiệt độ của nitơ lỏng khoảng -196 độ C nên khi tiếp xúc với da, nitơ lỏng sẽ khiến nạn nhân bị tê cóng. Nếu để quá lâu có thể gây hoại tử, thậm chí tử vong. Loại tai nạn này cũng hay xảy ra nhất ở các trạm sản xuất, chiết xuất nitơ lỏng. Nhiều người đã bị nitơ lỏng bắn vào mắt gây mù lòa.

4. Gây nghẹt thở

Gây ngạt thở khi khí Nitơ bốc hơi với số lượng lớn trong không gian kín và chiếm chỗ oxy. Thông thường, oxy chiếm khoảng 21% trong không khí. Đây cũng là môi trường an toàn cho người dân. Tuy nhiên, khi lượng oxy giảm xuống dưới 19,5% thì đây là môi trường thiếu oxy.

5. Tác động đến vật liệu

Do nhiệt độ của nitơ lỏng rất thấp nên trong một số trường hợp, vật liệu tiếp xúc với nitơ lỏng có thể bị nứt và biến dạng do ứng suất biến dạng không đồng đều.

6. Gây ô nhiễm

Các hợp chất phân bón chứa nitrat khi bị cuốn trôi sẽ là nguồn gây ô nhiễm lớn cho nước ngầm và sông ngòi. Đặc biệt, hợp chất chứa xyanua (-CN) sẽ tạo thành muối cực độc và là nguyên nhân gây tử vong cho nhiều loài động vật.

Trên đây là một số thông tin liên quan khí nitơ và ứng dụng của nó trong công nghiệp. Hy vọng những thông tin này sẽ mang đến cho bạn nhiều thông tin hữu ích hơn.

Nguồn bài viết: labvietchem.com.vn

Xem thêm:

• 5 lợi ích của axit clohydric đối với cơ thể mà ai cũng nên biết
• Ứng dụng khí amoniac (NH3) trong công nghiệp