简要谈谈大气中氮气和氧气的重要作用。 地球大气中为什么 氮气和氧气特别多

www.zhiqu.org     时间: 2024-06-02
单质氮在常况下是一种无色无臭的气体,在标准情况下的气体密度是1.25g·dm-3,熔点63K,沸点75K,临界温度为126K,它是个难于液化的气体。在水中的溶解度很小,在283K时,一体积水约可溶解0.02体积的N2。氮气在极低温下会液化成白色液体,进一步降低温度时,更会形成白色晶状固体。通常市场上供应的氮气都盛于黑色气体瓶中保存。

化学性质
氮气分子的分子轨道式为 ,对成键有贡献的是 三对电子,即形成两个π键和一个σ键。 对成键没有贡献,成键与反键能量近似抵消,它们相当于孤电子对。由于N2分子中存在叁键N≡N,所以N2分子具有很大的稳定性,将它分解为原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的双原子分子中最稳定的。

由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图也可以看出,除了NH4离子外,氧化数为0的N2分子在图中曲线的最低点,这表明相对于其它氧化数的氮的化合物来讲,N2是热力学稳定状态。氧化数为0到+5之间的各种氮的化合物的值都位于HNO3和N2两点的连线(图中的虚线)的上方,因此,这些化合物在热力学上是不稳定的,容易发生歧化反应。在图中唯一的一个比N2分子值低的是NH4+离子。(详细氧化态-吉布斯自由能图请参照http://www.jky.gxnu.edu.cn/jpkc/kj/kj14.ppt)

由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图和N2分子的结构均可以看出,单质N2不活泼,只有在高温高压并有催化剂存在的条件下,氮气可以和氢气反应生成氨:

在放电条件下,氮气才可以和氧气化合生成一氧化氮:

在水力发电很发达的国家,这个反应已用于生产硝酸。

N2与电离势小,而且其氮化物具有高晶格能的金属能生成离子型的氮化物。例如:

N2 与金属锂在常温下就可直接反应:

6 Li + N2=== 2 Li3N

N2与碱土金属Mg 、Ca 、Sr 、Ba 在炽热的温度下作用:

3 Ca + N2=== Ca3N2

N2与硼和铝要在白热的温度才能反应:

2 B + N2=== 2 BN (大分子化合物)

N2与硅和其它族元素的单质一般要在高于1473K的温度下才能反应。

氮的制备

单质氮一般是由液态空气的分馏而制得的,常以1.5210pa的压力把氮气装在气体钢瓶中运输和使用。一般钢瓶中氮气的纯度约99.7% 。

实验室中制备少量氮气的基本原理是用适当的氧化剂将氨或铵盐氧化,最常用的是如下几种方法:

⑴加热亚硝酸胺的溶液:

⑵亚硝酸钠与氯化胺的饱和溶液相互作用:

NH4Cl + NaNO2 === NaCl + 2 H2O + N2↑

⑶将氨通过红热的氧化铜:

2 NH3+ 3 CuO === 3 Cu + 3 H2O + N2↑

⑷氨与溴水反应:

8 NH3 + 3 Br2 (aq) === 6 NH4Br + N2↑

⑸重铬酸铵加热分解:

氮的用途

氮主要用于合成氨,由此制造化肥、硝酸和炸药等,氨还是合成纤维(锦纶、腈纶),合成树脂,合成橡胶等的重要原料。由于氮的化学惰性,常用作保护气体。以防止某些物体暴露于空气时被氧所氧化,用氮气填充粮仓,可使粮食不霉烂、不发芽,长期保存。液氨还可用作深度冷冻剂。

氮的成键特征和价键结构

由于单质N2在常况下异常稳定,人们常误认为氮是一种化学性质不活泼的元素。实际上相反,元素氮有很高的化学活性。N的电负性(3.04)仅次于F和O,说明它能和其它元素形成较强的键。另外单质N2分子的稳定性恰好说明N原子的活泼性。问题是目前人们还没有找到在常温常压下能使N2分子活化的最优条件。但在自然界中,植物根瘤上的一些细菌却能够在常温常压的低能量条件下,把空气中的N2转化为氮化合物,作为肥料供作物生长使用。所以固氮的研究一直是一个重要的科学研究课题。因此我们有必要详细了解氮的成键特性和价键结构。

N原子的价电子层结构为2s2p3,即有3个成单电子和一对孤电子对,以此为基础,在形成化合物时,可生成如下三种键型:

1.形成离子键

2.形成共价键

3.形成配位键

形成离子键

N原子有较高的电负性(3.04),它同电负性较低的金属,如Li(电负性0.98)、Ca(电负性1.00)、Mg(电负性1.31)等形成二元氮化物时,能够获得3个电子而形成N3-离子。

N2+ 6 Li == 2 Li3N

N2+ 3 Ca == Ca3N2

N2+ 3 Mg == Mg3N2

N3-离子的负电荷较高,半径较大(171pm),遇到水分子会强烈水解,因此的离子型化合物只能存在于干态,不会有N3-的水合离子。

形成共价键

N原子同电负性较高的非金属形成化合物时,形成如下几种共价键:

⑴N原子采取sp3杂化态,形成三个共价键,保留一对孤电子对,分子构型为三角锥型,例如NH3、NF3、NCl3等。

若形成四个共价单键,则分子构型为正四面体型,例如NH4+离子。

⑵N原子采取sp2杂化态,形成2个共价键和一个键,并保留有一对孤电子对,分子构型为角形,例如Cl—N=O 。(N原子与Cl 原子形成一个σ 键和一个π键,N原子上的一对孤电子对使分子成为角形。)

若没有孤电子对时,则分子构型为三角形,例如HNO3分子或NO3-离子。硝酸分子中N原子分别与三个O原子形成三个σ键,它的π轨道上的一对电子和两个O原子的成单π电子形成一个三中心四电子的不定域π键。在硝酸根离子中,三个O原子和中心N原子之间形成一个四中心六电子的不定域大π键。

这种结构使硝酸中N原子的表观氧化数为+5,由于存在大π键,硝酸盐在常况下是足够稳定的。

⑶N原子采取sp 杂化,形成一个共价叁键,并保留有一对孤电子对,分子构型为直线形,例如N2分子和CN-中N原子的结构。
氧气是空气的组分之一,无色、无臭、无味。氧气比空气重,在标准状况(0℃和大气压强101325帕)下密度为1.429克/升,能溶于水,但溶解度很小。

在压强为101kPa时,氧气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体,在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。

氧气能与很多元素直接化合,生成氧化物。

氧气是燃烧和动植物呼吸所必需的气体,富氧空气用于医疗和高空飞行,纯氧用于炼钢和切割、焊接金属,液氧用做火箭发动机的氧化剂。

生产上应用的氧气由液态空气分馏而得。实验室借含氧盐类(氯酸钾、高锰酸钾等)受热分解来制取氧气。

物理性质:

①色,味,态:无色无味气体(标准状况)

②熔沸点:

③密度:大于空气

④水溶性:不易溶于水

⑤贮存:天蓝色钢瓶

化学性质:

一、氧气跟金属反应:

2Mg+O2==2MgO,剧烈燃烧发出耀眼的强光,放出大量热,生成白色固体。

3Fe+2O==2Fe3O4,红热的铁丝剧烈燃烧,火星四射,放出大量热,生成黑色固体。

2Cu+O2==2CuO,加热后亮红色的铜丝表面生成一层黑色物质。

氧不用说了,一般呼吸作用都用到氧气
氮气:1被植物利用生成含氮盐,再生成氨基酸、核酸,氨基酸是生命最重要的东西之一
2在空气中如果是纯氧气会导致燃烧反应过于激烈,不利于生物的生存(如果着火那将无法熄灭),所以应该有一种惰性气体在空气中,氮是比较稳定的,所以能长期存在于空气中

bs1楼,说那么多没用的

我也觉得..1楼么用``
氮气`是当初合成生命的一种不可缺少的元素``现在用来做氮肥..做保护气..
豆科植物可以固定空气中的氮```还有``你的屁里面60%也是氮```
氧气.供动植物的呼吸`燃烧`也是生命不可缺少的元素`

氮:动植物中氮的来源
氧:有氧呼吸的原料,物质氧化的氧化剂

如果没有氮气,那是相当可怕......
一点火,整个地球都会燃烧......
氨基酸的N缺少来源,生命无法产生......

简要谈谈大气中氮气和氧气的重要作用。~

氮气的作用:

氮气是空气中含量最多,化学性质不活泼的气体。氮气无色、无臭、无味,在工业上最大的用途是用于合成氨。氮是构成人体蛋白质的主要元素,同时是植物生长必需的营养要素之一,是氮肥的主要组分和多种复合肥料的主要组分之一,可制成氨再通过氨加工进一步制成各种肥料,同时还可制得染料和炸药等重要的含氮化合物。氮气可供充填灯泡,减慢钨丝的蒸发使灯泡经久耐用,也用作易氧化、易挥发、易燃物质以及反应器中的保护气体。在食品工业中用来防止食品由于氧化、发霉或细菌作用而腐烂变质。氮气不能供给呼吸,在低氧高氮的环境中害虫会窒息,植物的代谢作用会减慢,所以氮气常被用于保藏珍贵的书画,贮藏粮食、蔬菜。在焊接方面氮气有助于防止氧化,在冶金工业中有助于渗碳及除碳,在塑料、橡胶成型中,可作为发泡剂。液氮用于冷冻干燥,在医学方面作为冷冻剂用以保护血液、活组织等,在机械工业中用作仪器或机件的深度冷冻剂。
在雷击时,空气中的氮气也会发生反应,生成氮的化合物随雨水落到地面的土壤里,成为农作物生长必需的氮肥。豆科植物中寄生有根瘤菌,它含有固氮酶而具有特殊的固氮能力,能巧妙地把空气中的氮气转化为植物能吸收的氮肥。除豆科植物的根瘤菌外,还有牧草和其他禾科作物根部的固氮螺旋杆菌、一些原核低等植物――固氮蓝藻、自生固氮菌体内都含有固氮酶。目前世界上好多国家的科学家,都在研究模拟生物固氮,即寻找人工制造的有固氮活性的化合物。
近几年,充气包装作为一种新兴的食品包装形式走进了人们的生活,这其中的气体可以是二氧化碳、氮气或其他稀有气体,但目前最常用的是氮气。究其原因是氮气在空气中的含量78%,制取方便。目前,充氮包装正快速取代传统的真空包装,因为氮气在食品包装中有其特有的功效:防止酥脆易碎的食品被挤碎;避免因内外压力不平衡而使被包装的食品受到一定的压力黏结在一起或缩成一团,使其质地变硬;即使形状不规则的食品也能保持包装体表面的美观,减少因表面褶折造成包装材料破损而使食品变质;减少包装内部的含氧量,破坏微生物赖以生存繁殖的条件,减缓包装食品的微生物变质;延缓极易氧化食品的变质,能更好地保全食品品质。
另外,美国西雅图的华盛顿大学荣誉教授阿贝·赫茨伯格说,他领导的一个科研小组根据蒸汽机的原理发明了一种液态氮蒸汽机,液氮在-195.8℃就会沸腾,因此不需要外部燃料,液氮只要经过一个空气热交换器就能汽化,汽化的液氮可产生足够的压力开动活塞式发动机。这种汽车排气管排出的是纯净的低温氮气,不会对环境产生任何污染,并能帮助消除温室效应阻止全球变暖,而且氮气资源丰富价廉,化学性质稳定,在使用过程中不易产生污染物。

氧气作用:

氧是人体进行新陈代谢的关键物质,是人体生命活动的第一需要。呼吸的氧转化为人体内可利用的氧,称为血氧。血液携带血氧向全身输入能源,血氧的输送量与心脏、大脑的工作状态密切相关。心脏泵血能力越强,血氧的含量就越高;心脏冠状动脉的输血能力越强,血氧输送到心脑及全身的浓度就越高,人体重要器官的运行状态就越好。


一、氧气喷泉


随着人们对新鲜氧气的需求愿望与日俱增,在美国洛杉矶等大城市,一种氧气喷泉吧随之设立。在氧气喷泉吧里,人们手持透明氧气罐,其上插上了精巧的外接吸收装置,轻轻一吸,罐内的纯氧即喷涌而出。带着柠檬或其他香味的氧气可连续输送20分钟。除此之外,美国其他与氧有关的产品不断涌现,如各种含氧水、含氧汽水、含氧胶丸等。新兴的氧气消费,已形成一股新潮流。


二、增加吸氧量可减少术后感染及止吐


今年1月,美国的《新英格兰医学杂志》发表一项新的研究成果。奥地利、美国及澳大利亚的麻醉医师报告,只要在手术中和手术后给病人增加吸氧量,病人术后感染危险将降低一半。因为增氧可以提高免疫系统的免疫能力,可为患者的“免疫大军”提供更多“弹药”,杀死伤口部位的细菌。


这项研究是在奥地利维也纳和德国汉堡医院的500名患者身上进行的。其过程是:在整个手术期间和术后两个小时,为第一组250名患者实施含30% 氧的麻醉,另一组250名患者在同一时间内接受含80%氧的麻醉。结果第一组手术后有28人感染,而第二组手术后只有13人感染。


麻醉病人在术后发生恶心或呕吐颇为常见,病人感到非常难受。进行此项研究的麻醉师说,增加吸氧比目前所使用的所有止吐药效果更为明显,且无危险和价格低廉。氧气防止呕吐的机制可能是防止肠道局部缺血,从而阻止催吐因子的释放。但完全用氧而不用一氧化氮是不可取的,因为这有可能使病人在手术中觉醒。


三、高压氧制服突发性耳聋


据友谊医院高压氧科主任介绍,高压氧不仅能改善内耳听觉器官的缺氧状态,而且还能改善内耳血液循环即组织代谢,促进听觉功能的恢复。一旦患了突发性耳聋,应立即去医院高压氧科,因为高压氧对突发性耳聋的疗效常取决于最初的治疗时间,一般在发病后三天之内(最迟不应超过一周)治疗效果最佳。


四、高压氧治疗牙周病效果好


牙周病指的是牙龈、牙周膜和牙槽骨的炎症、变形、萎缩,最后导致牙齿松动、脱落的一种慢性进行性疾病。患了牙周病会有牙龈充血、红肿、出血,牙龈沟加深,形成了牙周炎,牙周袋溢脓,有口臭,牙齿松动,并常伴有牙龈退缩。


牙周病的常规治疗效果并不理想。近年来,医务工作者用高压氧治疗牙周病,取得了良好的疗效。高压氧治疗牙周病可提高牙周病局部组织的氧含量和氧的弥散距离,促进侧枝循环的重建,改善局部循环。血管收缩效应可缓解局部肿胀。另外,高压氧还能有效地抑制细菌,尤其是厌氧菌的生长繁殖,改善牙周组织的供血、供氧,促进新陈代谢,以利于局部组织的修复,达到抗炎、消肿、止血和除臭的目的。


五、过度吸氧的负作用


早在19世纪中叶,英国科学家保尔·伯特首先发现,如果让动物呼吸纯氧会引起中毒,人类也同样。人如果在大于0.05MPa(半个大气压)的纯氧环境中,对所有的细胞都有毒害作用,吸入时间过长,就可能发生“氧中毒”。肺部毛细管屏障被破坏,导致肺水肿、肺淤血和出血,严重影响呼吸功能,进而使各胀器缺氧而发生损害。在0.1 MPa(1个大气压)的纯氧环境中,人只能存活24小时,就会发生肺炎,最终导致呼吸衰竭、窒息而死。人在0.2 MPa(2个大气压)高压纯氧环境中,最多可停留1.5小时-2小时,超过了会引起脑中毒,生命节奏紊乱,精神错乱,记忆丧失。如加入0.3 MPa(3个大气压)甚至更高的氧,人会在数分钟内发生脑细胞变性坏死,抽搐昏迷,导致死亡。


此外,过量吸氧还会促进生命衰老。进入人体的氧与细胞中的氧化酶发生反应,可生成过氧化氢,进而变成脂褐素。这种脂褐素是加速细胞衰老的有害物质,它堆积在心肌,使心肌细胞老化,心功能减退;堆积在血管壁上,造成血管老化和硬化;堆积在肝脏,削弱肝功能;堆积在大脑,引起智力下降,记忆力衰退,人变得痴呆;堆积在皮肤上,形成老年斑。
氧气的某些用途和副作用氧是人体进行新陈代谢的关键物质,是人体生命活动的第一需要。呼吸的氧转化为人体内可利用的氧,称为血氧。血液携带血氧向全身输入能源,血氧的输送量与心脏、大脑的工作状态密切相关。心脏泵血能力越强,血氧的含量就越高;心脏冠状动脉的输血能力越强,血氧输送到心脑及全身的浓度就越高,人体重要器官的运行状态就越好。

  具体原因如下:
  早期大气来自于地球形成早期从灼热的地壳中溢出的气体,推测主要由甲烷(CH4)、氨(NH3)、氢(H2)、水(H2O)等组成。
  因为火山爆发所喷出的气体是二氧化碳(CO2)、氨(NH3)、氮(N2)、二氧化硫(SO2)、甲烷(CH4)、氢(H2)和水蒸气(H2O),这些气体在地球冷却前飞向空中,等到地球冷却,逃出的气体因重力而覆盖地球形成最原始的大气。其中水蒸气凝结成为水,而二氧化碳、二氧化硫溶于水中变成溶液,因此大气剩下氨、氢和甲烷,这就是被我们所认为的原始大气。
  看得出来自由氧不是原本就存在的,是由细菌,像是蓝细菌或者蓝绿藻在距今大约20亿年前演变至能进行光合作用之后产生的,是生物把原本固定在地壳中的氧元素释放到大气中。
  但氧气是强氧化物,氧气一出现,原始大气中的氨、氢和甲烷都不稳定了,最终它们被氧化为CO2, N2和H2O,氧气改造了还原性的原始大气后, 距今大约5亿年,氧浓度的增加使生物能发展出多细胞的动物性生物。这些多细胞的动物性生物的出现使大气中氧元素含量达到一个相对平衡。
  氮气大量存在的主要原因是,它是最稳定的氮化物。容易产生,却不易被消耗,很难被生物利用。


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