Kapalný a plynný dusík: vlastnosti, vzorec, hustota, hmotnost, teplota, použití. Oxid dusný. | Svařování a svářečka

Dusík je chemický prvek s atomovým číslem 7 a atomovou hmotností 14,0067. Volný dusík (ve formě molekul NXNUMX) je přítomen ve vzduchu.₂) je o 78,09 %. O něco lehčí než vzduch, hustota 1,2506 kg/m3 při nulové teplotě a normálním tlaku. Bod varu -195,8 °C. Kritická teplota -147 °C a kritický tlak 3,39 MPa. Bezbarvý, bez zápachu a chuti, netoxický, nehořlavý, nevýbušný a nepodporuje hoření. Plyn v plynném stavu má při normální teplotě vysokou inertnost. Chemický vzorec – N. Za normálních podmínek je molekula dusíku dvouatomová – N₂.

Historie objevu dusíku

O tom, kdo byl objevitelem, se stále diskutuje. V roce 1772 skotský lékař Daniel Rutherford (Daniel Rutherford) propustil vzduch žhavým uhlím a poté vodným roztokem alkálie – získal plyn, který nazval „jedovatým plynem“. Ukázalo se, že hořící tříska, vložená do nádoby naplněné plynem, zhasne a živý tvor v atmosféře tohoto plynu rychle uhyne. Mimochodem, experiment s žhavou třískou si můžete prohlédnout ve videu.

Zároveň britský fyzik Henry Cavendshin (Henry Cavendish) provádějící podobný experiment obdržel N₂Britský přírodovědec to nazval „dusivým vzduchem“ Joseph Priestley (Joseph Priestley) dal tomuto procesu název „deflogistikovaný vzduch“, švédský chemik Karl Wilhelm Scheele (Carl Wilhelm Scheele) – „znečištěný vzduch“.

Konečný název „dusík“ dal francouzský vědec Antoine Laurent Lavoisier (Antoine Laurent de Lavoisier).

Slovo „dusík“ je řeckého původu a znamená „neživý“.

Dusík je poměrně snadno absorbován horkým karbidem vápníku a tvoří důležitý technický produkt – kyanamid vápenatý, o kterém se již psalo v článku o získávání acetylenu z karbidu vápníku.

Způsoby získávání dusíku

Získání N₂ v průmyslovém měřítku je založen na jeho výrobě ze vzduchu frakční destilací (viz výroba dusíku).

Druhy dusíku

Kapalný dusík je bezbarvá kapalina bez zápachu s bodem varu -195,8 °C při tlaku 101,3 kPa a měrným objemem 1,239 dm3/kg při teplotě -195,8 °C a tlaku 101,3 kPa. Kapalný dusík se používá jako chladivo. Kapalný dusík může způsobit omrzliny kůže a poškození sliznice očí. Oxid dusný je bezbarvý plyn, má nasládlou chuť a slabý, příjemný zápach. Vlastnosti tohoto plynu studoval anglický chemik Humphry Davy (Humphry Davy) v roce 1799. Davy se zajímal o účinky různých plynů na lidské tělo a obvykle je testoval na sobě. Při vdechování oxidu dusného se rozčiloval, což doprovázel smích. Pro tyto vlastnosti oxid dusný pojmenoval – rajský plynPozději bylo zjištěno, že při delším vdechování oxidu dusného dochází ke ztrátě vědomí. Oxid dusný je oxid, který neprodukuje kyseliny; je klasifikován jako oxid netvořící soli.

Oxid dusný (N₂O) nelze získat z plynného kyslíku a N₂, vzniká z dusičnanu amonného, který se při mírném zahřátí rozkládá na oxid dusný a vodu podle reakce:

Plynný dusík je relativně inertní plyn, bezbarvý a bez zápachu, s hustotou 1,25046 kg/m3 při 0 °C a tlaku 101,3 kPa. Měrný objem plynného dusíku je 860,4 dm3/kg při tlaku asi 105 Pa a teplotě 20 °C.

Na rozdíl od kyslíku, který interaguje s téměř všemi prvky nacházejícími se v přírodě, plynný dusík se při pokojové teplotě slučuje s jediným prvkem – lithiem, tvořící nitrid lithný:

Ale při vysokých teplotách řada kovů (titan, molybden atd.) tvoří s dusíkem nitridy, které snižují mechanické vlastnosti, a proto je jeho koncentrace v tavicí zóně omezená.

Aplikace dusíku

Dusík našel uplatnění v mnoha průmyslových odvětvích a níže je uveden jejich krátký seznam:

• vytvořit inertní atmosféru během výroby, skladování a přepravy snadno oxidovatelných produktů;
• při vysokoteplotních procesech (například svařování a řezání) zpracování kovů, které neinteragují s dusíkem;
• pro konzervaci uzavřených kovových nádob a potrubí.

Aplikace dusíku při svařování

N₂ to je inertní vůči mědi a jejím slitinám (nerozpouští se v mědi a nereaguje s ní) ani při vysokých teplotách. Dusík se používá jak v čisté formě, tak jako součást ochranné směsi plynů s argonem Ar (70-90%) + NXNUMX₂ (30-10 %) pro svařování mědi a jejích slitin.

Plynný dusík se používá také ke svařování austenitických nerezových ocelí – výhradně jako složka ochranné směsi plynů s argonem.

Vyvstává logická otázka: „Pokud tvoří karbidy, jaký má smysl ho používat ke svařování nerezových ocelí, které obsahují prvky tvořící karbidy?“

Celý problém je v tom, že i relativně malý obsah N₂zvyšuje tepelný výkon obloukuPrávě kvůli této vlastnosti se používá nejčastěji. ne pro svařování, ale pro plazmové řezání.

Při svařování nerezové oceli poloautomatickým svařovacím strojem se do směsi argonu a kyslíku (95–97,5 % Ar, 1 % O) přidává malé množství dusíku₂, 1,5–3 % N₂) umožňuje dosáhnout jednotné austenitické struktury ve svarech. Při přidání dusíku více než 10 % začíná hojné uvolňování kouře, ale to nemá žádný negativní vliv na kvalitu svaru nerezové oceli.

Při svařování nízkouhlíkových ocelí poloautomatickým zařízením je obsah N₂ ve směsi plynů s více než 2 % způsobuje pórovitost při jednovrstvém svařování. Koncentrace N₂ méně než 0,5 % způsobuje pórovitost ve svarovém spoji během vícevrstvého svařování.

Aplikace směsi Ar s vysokým obsahem N₂ při svařování mědi a jejích slitin dochází k velkému rozstřiku ze svarové lázně.

Škodlivost a nebezpečí dusíku

Dusík je netoxický plyn, ale může působit jako jednoduché dusivo (dusivý plyn). K zadušení dochází, když se hladina kyslíku ve vzduchu sníží o 75 % nebo klesne pod normální hodnotu.

Ve velkém množství je pro lidský organismus velmi škodlivý a nebezpečný.

Skladování a přeprava dusíku

Dusík se vyrábí v souladu s GOST 9293 v plynné a kapalné formě. Pro svařování a plazmové řezání používají plynné 1. (99,6 % N₂) a 2. (99,0 % N₂) odrůd.

Skladuje se a přepravuje ve stlačeném stavu v ocelových lahvích dle GOST 949.

Válce jsou natřeny černou barvou a na horní válcové části mají žlutý nápis „DUSÍK“.

Charakteristika dusíku

Charakteristiky N₂ jsou uvedeny v tabulkách níže: