Dichte von Stickstoff

Stickstoff ist ein chemisches Element des Periodensystems, das mit dem Buchstaben N bezeichnet ist und die Seriennummer 7 hat. Es existiert in Form eines Moleküls N2, bestehend aus zwei Atomen. Diese Chemikalie ist ein farbloses, geruchloses und ohne Geschmacksgas, es ist unter Standardbedingungen inert. Die Stickstoffdichte unter Normalbedingungen (bei 0 ° C und Druck 101,3 kPa) beträgt 1,251 g / dm3. Das Element ist Teil der Erdatmosphäre in einer Menge von 78,09% seines Volumens. Es wurde zuerst als Bestandteil der Luft von dem schottischen Arzt Daniel Rutherford im Jahre 1772 entdeckt.

Flüssiger Stickstoff ist eine kryogene Flüssigkeit. Bei atmosphärischem Druck kocht es bei einer Temperatur von -195,8 ° C Daher kann es nur in isolierten Gefäßen gelagert werden, bei denen es sich um Stahlzylinder für verflüssigte Gase oder Dewargefäße handelt. Nur in diesem Fall kann es ohne besondere Verluste durch Verdunstung gelagert oder transportiert werden. Wie Trockeneis (verflüssigtes Kohlendioxid, sonst Kohlendioxid genannt) wird flüssiger Stickstoff als Kühlmittel verwendet. Darüber hinaus wird es zur Kryokonservierung von Blut, Geschlechtszellen (Spermatozoen und Eiern) sowie anderen biologischen Proben und Materialien verwendet. Es ist gefragt in der klinischen Praxis, zum Beispiel in der Kryotherapie beim Entfernen von Zysten und Warzen auf der Haut. Die Dichte des flüssigen Stickstoffs beträgt 0,808 g / cm³.

Viele industriell wichtige Verbindungen wie Salpetersäure, Ammoniak, organische Nitrate (Sprengstoffe, Brennstoffe) und Cyanide enthalten N2. Extrem starke Bindungen von elementarem Stickstoff im Molekül verursachen Schwierigkeiten für ihre Beteiligung an chemischen Reaktionen, was ihre Inertheit unter Standardbedingungen (Temperatur und Druck) erklärt. Einschließlich aus diesen Gründen ist N2 in vielen wissenschaftlichen und industriellen Bereichen von großer Bedeutung. Zum Beispiel ist es notwendig, in-situ Druck zu halten, wenn Öl oder Gas extrahiert wird. Jede ihrer praktischen oder wissenschaftlichen Anwendungen erfordert zu wissen, was die Stickstoffdichte bei einem bestimmten Druck und Temperatur sein wird. Aus den Gesetzen der Physik und der Thermodynamik ist bekannt, daß bei konstantem Volumen mit zunehmender Temperatur der Druck und die Dichte des Gases zunehmen und umgekehrt.

Wann und warum musst du die Dichte von Stickstoff kennen? Die Berechnung dieses Indikators erfolgt bei der Gestaltung technologischer Prozesse, die mit N2, in Laborpraxis und in der Produktion stattfinden. Unter Verwendung eines bekannten Wertes der Gasdichte ist es möglich, seine Masse in einem bestimmten Volumen zu berechnen. Beispielsweise ist bekannt, dass das Gas unter normalen Bedingungen ein Volumen von 20 dm3 einnimmt. In diesem Fall kann seine Masse berechnet werden: m = 20 • 1,251 = 25,02 g. Wenn sich die Bedingungen von den üblichen unterscheiden und das Volumen von N2 unter diesen Bedingungen bekannt ist, ist es zunächst erforderlich, die Dichte des Stickstoffs bei einem bestimmten Druck und Temperatur zu finden und zu finden Dann multiplizieren Sie dies mit dem Volumen, das durch das Gas besetzt ist.

Ähnliche Berechnungen werden bei der Zusammenstellung von Materialbilanzen technologischer Anlagen in der Produktion durchgeführt. Sie sind notwendig für die Durchführung von technologischen Prozessen, die Auswahl der Instrumentierung, die Berechnung der technischen und wirtschaftlichen Indikatoren und so weiter. Zum Beispiel müssen nach dem Stoppen der chemischen Produktion alle Apparate und Pipelines mit einem Inertgas, Stickstoff gespült werden, bevor es geöffnet und zur Reparatur entsorgt wird (es ist das billigste und erschwinglichste im Vergleich zum Beispiel mit Helium oder Argon). In der Regel werden sie mit einer solchen Menge an N2 geblasen, die um ein Vielfaches größer ist als das Volumen von Apparaten oder Paspeln, nur so ist es möglich, brennbare Gase und Dämpfe aus dem System zu entfernen und eine Explosion oder ein Feuer auszuschließen. Bei der Planung von Operationen vor dem Stoppen der Reparatur, berechnet der Technologe, der das Volumen des Entleerungssystems und die Dichte von Stickstoff kennt, die Masse von N2, die für das Spülen benötigt wird.

Für vereinfachte Berechnungen, die keine Genauigkeit erfordern, werden reale Gase mit idealen Gasen gleichgesetzt und das Gesetz von Avogadro angewendet. Da die Masse von 1 Mol N2 numerisch gleich 28 Gramm ist und 1 Mol eines beliebigen idealen Gases ein Volumen von 22,4 Liter einnimmt, ist die Stickstoffdichte gleich: 28 / 22,4 = 1,25 g / l = 1,25 g / dm³. Diese Methode der schnellen Bestimmung der Dichte gilt für jedes Gas und nicht nur für N2. Es wird oft in analytischen Laboratorien eingesetzt.