Щільність азоту

Азот - хімічний елемент періодичної системи, позначається буквою N і має порядковий номер 7. Існує у вигляді молекули N2, що складається з двох атомів. Це хімічна речовина являє собою безбарвний, без запаху і без смаку газ, він є інертним при стандартних умовах. Щільність азоту при нормальних умовах (при 0 ° C і тиску 101,3 кПа) дорівнює 1,251 г / дм3. Елемент входить до складу атмосфери Землі в кількості 78,09% від її обсягу. Вперше був виявлений як компонент повітря шотландським лікарем Даніелем Резерфордом в 1772 році.

Рідкий азот є кріогенної рідиною. При атмосферному тиску він кипить при температурі - 195,8 ° C. Тому його можна зберігати тільки в ізольованих судинах, якими є сталеві балони для зріджених газів або судини Дюара. Тільки в цьому випадку його можна зберігати або транспортувати без особливих втрат через випаровування. Як і сухий лід (зріджений вуглекислий газ, інакше званий вуглекислота), рідкий азот використовується в якості холодоагенту. Крім того, його застосовують для кріоконсервації крові, статевих клітин (сперматозоїдів і яйцеклітин), а також інших біологічних зразків і матеріалів. Він затребуваний і в клінічній практиці, наприклад, в кріотерапії при видаленні кісти і бородавок на шкірі. Щільність рідкого азоту дорівнює 0,808 г / см3.

Багато промислово важливі сполуки, такі, як азотна кислота, аміак, органічні нітрати (вибухові речовини, паливо) і ціаніди, містять N2. Надзвичайно сильні зв`язки елементарного азоту в молекулі викликають труднощі для участі його в хімічних реакціях, цим пояснюється його інертність при стандартних умовах (температурі і тиску). У тому числі і з цих причин N2 має велике значення в багатьох наукових і виробничих сферах. Наприклад, він необхідний для підтримки внутріпластового тиску при видобутку нафти чи газу. Будь-яке його практичне або наукове застосувань вимагає знати, якою буде щільність азоту при конкретному тиску і температурі. Із законів фізики і термодинаміки відомо, що при постійному обсязі із зростанням температури буде рости тиск і щільність газу, і навпаки.

Коли і навіщо потрібно знати щільність азоту? Розрахунок цього показника застосовується при проектуванні технологічних процесів, що протікають із застосуванням N2, в лабораторній практиці та на виробництві. Використовуючи відоме значення щільності газу, можна розрахувати його масу в певному обсязі. Наприклад, відомо, що газ займає при нормальних умовах обсяг 20 дм3. У цьому випадку можна розрахувати його масу: m = 20 • 1,251 = 25,02 м Якщо умови відмінні від стандартних, і відомий обсяг N2 при цих умовах, то буде потрібно спочатку знайти (за довідниками) щільність азоту при певному тиску і температурі, а потім цю величину помножити на обсяг, займаний газом.

Подібні розрахунки проводять на виробництві при складанні матеріальних балансів технологічних установок. Вони необхідні для ведення технологічних процесів, вибору контрольно-вимірювальних приладів, розрахунку техніко-економічних показників та інше. Наприклад, після зупинки хімічного виробництва всі апарати і трубопроводи повинні перед їх розкриттям і виведенням у ремонт продуватися інертним газом - азотом (він найдешевший і найбільш доступний у порівнянні, наприклад, з гелієм чи аргоном). Як правило, вони продуваються такою кількістю N2, який у декілька разів перевищує обсяг апаратів або трубопроводів, тільки так можна видалити з системи горючі гази і пари і виключити вибух або пожежу. Плануючи операції перед зупинним ремонтом, технолог, знаючи обсяг спорожняється системи і щільність азоту, розраховує масу N2, яка буде потрібно для продувки.

Для спрощених розрахунків, що не вимагають точності, реальні гази прирівнюють до ідеальних газам і застосовують закон Авогадро. Оскільки маса 1 моль N2 чисельно дорівнює 28 грамам, а 1 моль будь-якого ідеального газу займає об`єм 22,4 літра, то щільність азоту буде дорівнювати: 28 / 22,4 = 1,25 г / л = 1,25 г / дм3. Цей спосіб швидкого знаходження щільності застосуємо для будь-якого газу, а не тільки N2. Його часто використовують в аналітичних лабораторіях.