氮气的相对原子质量
氮气是无色气体,分子式是N2。它与空气、水蒸气、甲烷、乙烷、氯气和氯仿等其他气体混合时,常在其中析出一种或几种不同的卤素化合物。它的相对原子质量约为-0.0005,在常温下,它就是空气,没有任何特殊味道。由于空气中含量极少,所以气体密度与其相对原子质量之间的关系与空气相似且较容易确定。但氮气密度在-0.085~-0.055 kg/m3之间时,即有“气相密度”之称。氮气的最大密度为0.14g/cm3 (1立方米空间中)。氮气具有一定的熔点和沸点,是一种理想的热剂;可以进行液态氮的冷冻或液态氮气与液态水形成气溶胶层(称为液氮)时在液体表面所形成的气膜具有良好的吸湿性与隔热性等特性;它在低温下和气体中不分解;对许多化合物的稳定存在有重要意义。由于氮气有比空气重4倍以上的比重和比水轻1倍以上的密度,因此在低温下常被用来制造压缩气体;同时由于它具有比水轻4倍以上(约等于其密度)和比空气重6到8倍(约等于其密度)的特性,所以在空气液化方面也被广泛应用。氮气常用于制作压缩气体、压缩液、气体分离和化学分离等技术产品。
一、密度与原子质量
氮气的密度是以它的绝对原子质量/绝对密度)来表示的,在一般情况下该密度与气体的性质密切相关。氮气的相对原子质量与其气体密度、其分子质量、分子直径及分子长度有关。
二、分子量
氮气的分子量为:N2=1016。空气分子数一般是10,但最大分子的数目是13个。所以气体体积是由两部分组成:气体分子质量和体积。在常温下,由于氮气的密度只有0.14g/cm3,所以我们把它叫做气相密度。在高温下,由于气体分子的体积发生变化而导致气体密度降低。氮气属于一种不稳定的气体,所以我们把氮气叫做固态气体。
三、性质与应用
氮气是一种理想的热剂,在低温下和气体中不分解,能很好地与其他物质相结合,并且具有较高的热稳定性,故被广泛应用于石油化工、冶金、电子、生物和医学等领域。在常温下,氮气只占空气的4%~6%,但它却能吸收空气中80%~90%的热量。当外界温度为-40℃时,氮气将吸热变为散热;当外部温度降低到-20℃时,氮气能吸收热量成为导热介质;随着外界温度下降,空气中二氧化碳的含量将减少到不大于0.5%;由于氮气可以在常温下蒸发而不易挥发到大气中,所以可用于低温气体处理(如冷冻气体和真空气体的处理)。
四、研究进展
近年来,研究人员发现,对大气中不同的浓度分布,氮气的相对原子质量与密度关系很大。氮气的相对原子质量是随温度而变化的(主要是对流层温度)。对流层温度降低而下降,且越低,下降速度越快,这种现象称为对流层增温;反之增温也很快,但这两种性质都能在较低的压力下保持不变。氮气在空气中不分解,但其相对原子质量却随压力而变化。从分子层次上讲,氮气在低压力下可析出大量气体分子的液滴,这一现象称为液滴层增温。