氮气及稀有气体介绍和应用

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1、氮气及稀有气体介绍和应用朱光朋南京信息工程大学应用气象学院应气（1）20081302020摘要：空气中的氮气含量非常丰富多达78%，氮气是植物的三大营养元素之一，也是蛋白质组成的主要元素之一。对自然界，人类社会有着很大的影响，氮气在工业上的作用也是相当大。稀有气体虽然占空气中极少的部分，但是稀有气体对于人类的工业领域却有着极大的价值。关键字：氮稀有气体应用发现空气中的成分主要是以氮气，氧气为主，其次为二氧化碳，稀有气体，氢和甲烷等微量气体。在长期的自然界的变化中，空气才以氮气于氧气为主。在绿色植物出现以前，原始大气是以一氧化碳，二氧化碳，甲烷和氨为主；在绿色植物出现以后，植物在光和作

2、用中放出游离氧，使得一氧化碳变为二氧化碳，甲烷变为水汽和二氧化碳，氨气变为氮气和水汽。长此以往，空气组成经过漫长的岁月变为现在的组成成分，即现代空气。空气中的成分都有比较广的应用，对人类的社会，工业等都有着比较大的影响。1..空气中的氮气氮气在空气的体积相对含量高达78%，是一个非常丰富的空气资源要素。氮是构成蛋白质的重要组成成分，同时蛋白质又是生命的基础；氮在地球的生物起源与进化中起着非常重要的作用。纯净的氮气是无色，无味的气体，它的密度比空气略小，在水中很难溶解，在常压冷却到-196℃时即变为无色的液体。近地层的空气中的氮密度随高度随海拔高度的升高而减少。据计算，在海平面高度，氮

3、的年平均密度约为920mg/L；在海拔1000m高度处为820mg/L，海拔3000m高度处为660mg/L,海拔5000m高度处仅为533mg/L。氮是植物的三大营养元素之一。在夏季出现强雷雨的天气时，天空闪电经过的路径上所造成的高温，可以使大气中的氮气和氧气发生一系列的反应，会形成氮氧化和物；经雨滴吸收后变为浓度很低的硝酸；进入土壤后再与其他物质化合成植物所需的硝酸态氮，从而使土壤从空气中得到氮肥。据估计，每年全世界因发生雷电而溶入土壤里的氮肥约有四亿吨。[7]2.氮的应用氮已经在工业，农业及科学研究中被广泛的应用。氮气在工业上利用氮气的化学性质不活泼，不容易与其他的物质发生反应

4、，工业上利用氮气作为焊接金属的保护气。在钢铁企业中，氮气是空分设备生产的副产品之一，因其属性质不活泼且纯度高的惰性气体，所以主要用于保护制氧机安全运行和高炉、转炉密封以及工艺仪表用气等。【1】在采煤业中，煤层气开采是一种比较复杂的扩散过程，是单相气体在微孔系统(原生孔隙)扩散和气水两相在割理系统(次生孔隙)扩散的相互作用过程。这种内生裂缝是煤层气开采的主要流通渠，道并且煤层类型和割理也影响煤层气的开采。一般煤层气初次采收率大约为50%。为了提高煤层气采收率(ECBM)，储层必须保持一定的压力(一般做法是注入另外一种气体)，同时还要求降低甲烷气体分压。由于氮气是在大气中大量存在的气体，

5、该技术首先就是基于氮气注入技术，利用生物酶将氮气转化成氨，氨相比于氮气来说，在煤层表面具有很强的吸附能力，使甲烷更有效地从煤层中释放出来根据最优吸附一解吸原理。因此利用该技术，会达到提高采收率的目的。另外，从氮气转化为氨气方程中可以看出，一个分子氮气可以转化为2个分子氨气，这样有利于提高该体系的经济实用性。N2+8H++8e一→2NH3+H2+N2+固氮酶→NH3+(催化剂)+还原剂[2]二元金属氮化物具有广泛的应用。碱金属和碱土金属氮化物Li3N、NaN3、Mg3N2和CaN等可作为制备其它二元或多元氮化物的重要原料或助熔剂。稀土氮化物(YN、LaN和CeN)可用作耐高温材料。Ⅲ族

6、金属氮化物AlN、GaN和InN是很好的衬底材料和LED材料，其中AlN是具有优良综合性能的新型陶瓷，也是大规模集成电路和大功率器件的散热材料和封装材料。过渡金属氮化物(TiN、VN、ZrN、NbN和Cr2N等)具有很好的力学和热学性能，被广泛应用于切削工具、耐磨部件和高温结构材料等；同时它们还具有独特的光学、电学和磁学性能，可用于制作电磁元件。另外，很多过渡金属氮化物都具有超导电性，有些可作为制备新超导体的原料.氮化物的合成方法有很多，除了氮气与金属直接反应合成氮化物的方法以外，按照氮源的不同可以进行以下分类。①氨气氮化法②固相置换法以活泼金属氮化物作为氮源合成氮化物③以有机物(尿

7、素、三聚氰胺和二氰胺等)或铵盐作为氮源是新近发展的制取氮化物的一种方法。[3]除去以上的工业的应用以外，由于氮气不能容易供给呼吸，在氮气中害虫会窒息，植物的代谢作用会减慢，所以氮气也常常用于保藏珍贵的书画，贮藏粮食，蔬菜，水果等。还可用于填充灯泡以减慢钨丝的蒸发速度，延长灯泡的使用寿命。3.稀有气体稀有气体是了氦、氖、氩、氪、氙、氡等气体的总称，属于化学元素周期表的零族元素，化学元素极为不活泼。这些元素都是无色，无臭，无味的气体，微溶于水，其溶解的速度随相