Như chúng ta đều biết nitơ chiếm tới 78% lượng khí trong bầu khí quyển, nó tồn tại ở cả thể khí và thể lỏng. Vậy bạn đã biết khí Nitơ là khí gì? Cấu hình electron N, Tính chất vật lý, tính chất hóa học cũng như cách điều chế khí nitơ như thế nào? hay khí nitơ có ứng dụng gì đối với đời sống? Đây cũng chính là thắc mắc được rất nhiều người quan tâm.
Khí nitơ là khí gì?
Khí Nito (N) là một nguyên tố hóa học quan trọng trong bảng tuần hoàn, có số nguyên tử bằng 7. Loại khí này chiếm tới 78% khí quyển trái đất, có mặt trong nhiều cơ thể sống.
Trong điều kiện bình thường, Nitơ (khí nitrogen) được biết đến là một chất khí không mùi, không màu, không vị, có tính trơ và tồn tại dạng khí N2. Khí N2 là gì? Khí nito được cấu tạo từ 2 nguyên tử với số liên kết là 3, giữa 2 nguyên tử này có khoảng cách là 109.76 pm. Chứa các liên kết 3 bền vững. Khí nitơ thường rất ít hoạt động ở điều kiện thường, chỉ phản ứng ở nhiệt độ cao.
- Nitơ là một phi kim
- Kí hiệu: N → CTPT: N2
- Cấu hình electron: 1s22s22p3
- Số hiệu nguyên tử: Z = 7
- Khối lượng nguyên tử: 14
- Đồng vị: nitơ có 2 đồng vị bền là 147N và 157N
- Độ âm điện: 3,04
Nguyên tố Ni trong bảng tuần hoàn hoá học
| Số nguyên tử (Z) | 7 |
|---|---|
| Khối lượng nguyên tử chuẩn (±) (Ar) | 14,0067(2) |
| Phân loại | Phi kim |
| Nhóm, phân lớp | 15, p |
| Chu kỳ | Chu kỳ 2 |
| Cấu hình electron | 1s2 2s2 2p3 |
|
Mỗi lớp
|
2, 5 |
Lịch sử ra đời khí nitơ
Nitơ (theo như tiếng Latinh: Nitrum, tiếng Hy Lạp: Nitron có nghĩa là “sinh ra sôđa”, “nguồn gốc”, “tạo thành”) về hình thức được coi là được Daniel Rutherford đã phát hiện năm 1772, ông gọi nó là một không khí độc hại hay không khí cố định.
Có điều này là do một phần của không khí không hỗ trợ sự cháy đã được các nhà hóa học tìm thấy và biết đến vào cuối thế kỷ XVIII.
Nitơ cũng được Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish và Joseph Priestley nghiên cứu vào cùng khoảng thời gian đó, là những người nói đến nó như là không khí đã cháy hay không khí phlogiston.
Khí nitơ là trơ đến mức Antoine Lavoisier coi nó như là azote vào năm 1789, có nghĩa là không có sự sống; thuật ngữ này đã trở thành một tên gọi trong tiếng Pháp để chỉ “nitơ” và sau đó đã lan rộng sang nhiều thứ tiếng khác. Năm 1790, Jean Antoine Chaptal đặt ra tên gọi nitrogen để chỉ tới loại khí nitơ.
Tính chất vật lí khí Nito
| Màu sắc | Không màu |
|---|---|
| Trạng thái vật chất | Chất khí |
| Nhiệt độ nóng chảy | 63,15 K (-210,00 °C, -346,00 °F) |
| Nhiệt độ sôi | 77,36 K (-195,79 °C, -320,33 °F) |
| Mật độ | 1,251 g/L (ở 0 °C, 101.325 kPa) |
| Mật độ ở thể lỏng | ở nhiệt độ sôi: 0,808 g·cm−3 |
| Điểm ba | 63.1526 K, 12,53 kPa |
| Điểm tới hạn | 126,19 K, 3,3978 MPa |
| Nhiệt lượng nóng chảy | (N2) 0,72 kJ·mol−1 |
| Nhiệt bay hơi | (N2) 5,56 kJ·mol−1 |
| Nhiệt dung | (N2) 29,124 J·mol−1·K−1 |
- Ở điều kiện bình thường, nitơ là một chất khí không màu, không mùi, không vị, chiếm khoảng tới 80% nhẹ hơn không khí.
- Nitơ tan rất ít trong nước (đơn giản coi không tan trong nước) sẽ hoá lỏng và hoá rắn ở nhiệt độ rất thấp
- Khí nitơ sẽ không duy trì sự sống và sự cháy.
- Nhiệt độ sôi: -196oC
Tính chất hóa học khí Nito
- Ở điều kiện thường, nitơ sẽ kém hoạt động hóa học vì có liên kết ba bền vững. Ở nhiệt độ cao, liên kết ba dễ đứt hơn nên nitơ hd hóa học hơn.
- Nitơ vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử.
- Nitơ có EN N = 946 kJ / mol, ở nhiệt độ thường nitơ khá trơ về mặt hóa học nhưng ở nhiệt độ cao hoạt động giải trí hơn.
- Nitơ bộc lộ ở tính oxi hóa và tính khử, tính oxi hóa đặc trưng hơn .
- Nitơ có những số oxi hoá : – 3, 0, + 1, + 2, + 3, + 4, + 5.
Tính oxi hóa
Phân tử nitơ có liên kết ba rất bền, nên nitơ khá trơ về mặt hóa học ở nhiệt độ thường.
Tác dụng với hiđro
Ở nhiệt độ cao, có áp suất cao và có chất xúc tác. Nitơ phản ứng với hidro tạo ra amoniac .
Tác dụng với kim loại hoạt động
- Ở nhiệt độ thường nitơ chỉ tính năng với liti tạo liti nitrua : 6L i + N2 → 2L i3N.
- Ở nhiệt độ cao, nitơ tính năng với nhiều sắt kẽm kim loại : 3M g + N2 → Mg3N2 ( magie nitrua ).
Lưu ý: Các nitrua cũng dễ bị thủy phân tạo NH3.
Nitơ biểu lộ được tính oxi hoá khi công dụng với nguyên tố có độ âm điện nhỏ hơn .
Tính khử
– Ở nhiệt độ cao (3000 ºC) Nitơ phản ứng với oxi tạo nitơ monoxit.
Điều chế khí Nitơ
Trong phòng thí nghiệm
Người ta điều chế nitơ tinh khiết bằng cách đun nóng nhẹ dung dịch bão hòa muối amoni nitrit (hoặc thay thế bằng amoni clorua và natri nitrit).
Phương trình:
- NH4NO2 → N2 (↑) + 2H2O (nhiệt độ)
- NH4Cl + NaNO2 → N2 (↑) + NaCl + 2H2O (nhiệt độ)
Bên cạnh đó, để điều chế được nitơ trong phòng thí nghiệm, người ta cũng có thể đun nóng amoni dicromat (NH4)2Cr2O7 hoặc phân hủy nhiệt Natri Azide hoặc Bari Azide.
Sản xuất nitơ trong công nghiệp
Trong công nghiệp, nitơ sẽ được sản xuất bằng phương pháp chưng cất phân đoạn không khí lỏng dưới áp suất cao và nhiệt độ cực thấp sau khi đã loại bỏ CO2 và hơi nước. Khi nhiệt độ không khí lỏng được nâng đến -196 độ C, nitơ sẽ sôi và được lấy ra.
Bên cạnh đó, nitơ trong công nghiệp cũng sẽ được điều chế bằng phương pháp cơ học lọc màng, sử dụng áp suất (PSA).
Đây là hai trong những cách để có thể điều chế N2 tạo ra được nhiều sản phẩm và tốn rất ít chi phí nhất có thể. Nitơ được vận chuyển trong bình thép với áp suất nén tới 150atm.
Ứng dụng của khí Nito
- Sản xuất ra khí amoniac (NH3) chất này có thể được sử dụng trực tiếp dưới dạng phân bón hoặc trở thành một nguyên liệu cho nhiều hóa chất quan trọng như thuốc nổ, nhiên liệu cho tên lửa.
- Dùng nitơ lỏng để có thể bảo quản máu, xác,…
- Dùng khí nitơ để bảo quản các loại thực phẩm, chữa bệnh,…
- Làm lạnh thực phẩm trong quá trình vận chuyển.
- Loại bỏ các tổn thương da ác tính hay những tiềm năng gây ung thư (mụn cóc, vết chai sần trên da…)
- Nguồn làm mát để tăng tốc của CPU, GPU, hay các dạng phần cứng khác.
Kết luận
Với những thông tin bổ ích trên mà chúng tôi đưa ra hi vọng sẽ giúp các bạn có đam mê với hóa học sẽ hiểu rõ hơn về khí Nitơ cũng như tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng hay cách điều chế khí nito trong đời sống. Bên cạnh đó, để hiểu rõ hơn về 118 các nguyên tố hóa học hãy truy cập ngay mục “Kiến Thức Chung” của chúng tôi mỗi ngày nhé!
