Nitơ là gì? Các tính chất cơ bản của khí nitơ và ứng dụng

Nitơ là gì? Khí nito được ứng dụng trong đời sống thế nào? Bạn có biết rằng trong không khí mà chúng ta hít thở, nitơ chiếm nhiều nhất. Nó chiếm đến 78%, còn lại là 21% oxi và 1% các loại khí khác.

Mặc dù con người không dùng khí nitơ để hít thở nhưng chúng rất có ích trong nhiều ngành công nghiệp.

Vậy nitơ là gì? Nó có tính chất gì đặc biệt và có những ứng dụng nào? Hãy cùng Khôi Nguyên Effect đi tìm hiểu ngay sau đây nhé!

Nitơ là gì?

Nitơ (N) (danh pháp IUPAC: nitrogen) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố có ký hiệu N và số nguyên tử bằng 7, nguyên tử khối bằng 14. Ở điều kiện bình thường nó là một chất khí không màu, không mùi, không vị và khá trơ và tồn tại dưới dạng phân tử N2, còn gọi là đạm khí.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.

Nitơ thường có dạng lỏng hoặc khí (mặc dù nito có thể đạt được thể rắn khi đóng băng ở -210 độ C). Trong không khí, nó tồn tại dưới dạng phân tử N2, không phản ứng với các loại khí khác nên được gọi là khí trơ. Nó 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.

Đây cũng chính là lý do để ngăn chặn các quá trình oxi hoá chậm và nhanh nên giúp con người an toàn trong điều kiện nhiệt độ và áp suất thường.

Nitơ có mặt trong tất cả các cơ thể sống, chủ yếu ở dạng các amino acid (và protein) và cũng có trong các acid nucleic (DNA và RNA). Cơ thể người chứa khoảng 3% nitơ theo trọng lượng, là nguyên tố phổ biến thứ tư trong cơ thể sau oxy, carbon và hydro.

Chu trình nitơ miêu tả sự chuyển động của nguyên tố này từ không khí vào sinh quyển và các hợp chất hữu cơ, sau đó quay trở lại không khí.

Cấu tạo phân tử của nitơ

Phân tử nitơ gồm 2 nguyên tử, giữa chúng hình thành một liên kết 3 do nó có 5 electron ở lớp vỏ ngoài nên thể hiện hóa trị 3 trong hầu hết các hợp chất.

Trong các hợp chất, nito thể hiện nhiều mức oxi hóa khác nhau. Trong đó, mức oxi hoá cao nhất là +5, còn các mức là -3 và +3 thì ít gặp hơn. Riêng N còn có thêm các mức oxi hoá +1, +2 và +4.

Tính chất cơ bản của khí nitơ

Khí nitơ có những đặc trưng dưới đây:

Tính chất vật lý

Khí nitơ là chất khí không màu, không mùi, không vị. Nó có khối lượng nhẹ hơn không khí. Nitơ chiếm 4/5 trong không khí nhưng không có khả năng duy trì sự cháy và sự sống.

Nitơ ít tan trong nước. Những thông số đặc trưng gồm:

• Nhiệt độ hoá lỏng ở -196 độ C: Khí được ngưng tụ thành chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước.
• Nhiệt độ hoá rắn cũng rất thấp ở -210 độ C.

Tính chất hoá học

Nitơ là một hoạt chất ít tham gia các phản ứng hóa học, chỉ trong những điều kiện nhất định do phân tử chứa liên kết ba rất bền vững nên ở điều kiện thường. Nitơ vừa là chất khử vừa là chất oxi hoá.

Các mức oxi hoá mà nitơ có thể có là: -3, 0, +1, +2, +3, +4, +5. Nó có số oxi hóa 0 nên vừa thể hiện tính oxi hóa và tính khử.

Tính oxi hoá

• Nitơ tác dụng với kim loại: Nitơ thể hiện tính oxi hóa khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn.

Trong điều kiện nhiệt độ thường, nitơ chỉ tác dụng với liti tạo liti nitrua: 6 Li + N2 → 2 Li3N

Trong điều kiện nhiệt độ cao, nitơ tác dụng với nhiều kim loại như 3 Mg + N2 → Mg3N2

Tuy nhiên, các nitrua dễ bị phân hủy tạo NH3.

• Nitơ tác dụng với H2: Ở nhiệt độ cao, áp suất cao và có chất xúc tác. Nitơ phản ứng với hidro tạo ra amoniac.

Tính khử (N2 + O2)

Nitơ thể hiện tính khử khi tác dụng với nguyên tố có độ âm điện lớn hơn như oxy.

Phản ứng của nitơ với oxi xảy ra ở nhiệt độ 3000 độ C hoặc trong lò hồ quang điện: 2N + O2 → 2NO

Sau đó, nitơ monoxit tác dụng với oxi không khí tạo nitơ dioxit màu nâu đỏ: NO+1/2O2→NO2

Các oxit khác của nitơ là N2O, N2O3, N2O5 không điều chế trực tiếp được từ phản ứng giữa oxi và nitơ.

Trạng thái tự nhiên của nitơ

• Trong tự nhiên nitơ tồn tại dưới dạng là hợp chất và tự do
• Ở dạng tự do nitơ chiếm 80 % thể tích không khí
• Ở dạng hợp chất, nitơ góp mặt trong thành phần của protein, axit ucleic và nhiều hợp chất khác. Người ta tìm thấy nitơ nhiều trong khoáng vật NaNO3 với tên gọi là diêm tiêu natri.

Điều chế

Khí N2 có rất nhiều cách điều chế nhưng được phân ra hai loại chính là điều chế trong phòng thí nghiệm và điều chế để sử dụng trong công nghiệp. Sau đây, Khôi Nguyên Effect sẽ liệt kê cho các bạn một số cách thông dụng điều chế khí nitơ

Trong phòng thí nghiệm

• Bằng một lượng nhỏ amoni clorua và natri nitrit, người ta có thể điều chế ra khí N2
• Đun nóng amoni dicromat (NH4)2Cr2O7
• Phân hủy nhiệt Natri Azide hoặc Bari Azide

Trong công nghiệp

Trong công nghiệp, người ta ưu tiên sử dụng các phương pháp tạo ra được nhiều sản phẩm và tốn ít chi phí nhất có thể. Có hai phương pháp được sử dụng nhất trong điều chế khí N2 là:

• Phương pháp cơ học : lọc màng, sử dụng áp suất(PSA)
• Phương pháp chưng cất đoạn không khí thành dạng lỏng sau đó tách nitơ tinh khiết ra khỏi hỗn hợp chất.

Ứng dụng của nitơ trong cuộc sống

Nitơ được ứng dụng khá nhiều trong cuộc sống của chúng ta:

Nitơ trong bảo quản thực phẩm

Nhờ tính trơ trong phản ứng nên nitơ ngăn chặn rất tốt các tác động của quá trình oxy hóa. Đó là lý do tại sao nitơ được sử dụng trong bảo quản thực phẩm.

Nitơ được sử dụng để đóng gói hoặc với số lượng lớn. Làm chậm quá trình ôi thiu và các tổn thất khác gây ra bởi oxy hóa.

Nitơ được ứng dụng trong hàn ống và chế biến kim loại

Nitơ được sử dụng trong hàn ống và gia công kim loại để cải thiện độ bền. Nitơ có tác dụng làm sạch đường ống an toàn, không làm hỏng các sản phẩm khác nên được nhiều người ưa chuộng sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.

Nitơ được ứng dụng để luyện kim và chế tác kim loại

Trong ngành luyện kim hay sản xuất linh kiện điện tử, sản xuất thép không gỉ thường cần đến sự có mặt của nitơ để hỗ trợ sản xuất. Tùy theo đặc điểm công việc và nhu cầu sử dụng mà định lượng và mức độ sử dụng khác nhau.

Nitơ được sử dụng trong việc bơm lốp ô tô và máy bay

Nitơ được sử dụng rộng rãi để bơm lốp ô tô và máy bay vì đặc tính chờ và thiếu các tính ẩm, đặc biệt là lượng oxy rất thấp.

Khí nitơ trong vận chuyển thực phẩm và mẫu xử lý sinh học

Khí nitơ được sử dụng để làm lạnh trong vận chuyển thực phẩm. Nitơ có các tính năng giúp làm lạnh thực phẩm an toàn mà không làm hỏng thực phẩm, giúp bảo vệ các cơ quan trong cơ thể và đảm bảo quá trình bảo quản tinh trùng và trứng.

Nitơ trong nghiên cứu và giáo dục

Nitơ được sử dụng trong phân tích mẫu. Nitơ là thành phần của nhiều hợp chất nên còn được dùng trong hóa học, đảm bảo cho quá trình nghiên cứu và giảng dạy cho học sinh, sinh viên tính chất của một số hợp chất khác.

Trên đây là bài viết của Khôi Nguyên Effect về nitơ là gì cũng như các tính chất cơ bản của nitơ. Hy vọng các thông tin trên sẽ giúp ích trong công việc học tập và cuộc sống của quý bạn đọc.

Ngoài ra bạn có thể tham khảo các thông tin khác của chúng tôi:

• Súng bắn khói CO2
• Cho thuê máy tạo khói sân khấu
• Màn sao sân khấu
• Hiệu ứng khói lạnh sân khấu
• Cho thuê rèm sân khấu
• Pháo điện sân khấu