Хімічні та фізичні властивості азоту: молярна маса, щільність

Азот відноситься до одних з найбільш біогенних елементів, так як він зустрічається в складі нуклеїнових кислот і білків. Також це найпоширеніший газ в земній атмосфері, так як в складі повітря на його частку випадає 78%. Це двоатомний речовини, яка не володіє ні смаком, ні кольором, ні запахом. Хімічні властивості азоту визначають його як інертний газ, але в той же час він реагує разом з комплексними сполуками перехідних металів. Найчастіше даний газ добувають з повітря, так як там міститься його велика кількість. У зварюванні він застосовується як інертна середу, але не дуже активно використовується.


молекула азоту

Крім газоподібного стану в промисловості застосовують рідкий азот. Це дуже поширений холодоагент. У природі він утворює безліч ізотопів. Для транспортування і зберігання матеріалу використовують балони чорного кольору. Вони повинні витримувати, як мінімум, 150 атмосфер, так як саме під таким тиском зберігається речовина. Азот в нормальному стані легше повітря, так як в повітрі ще є кисень та інші, більш важкі домішки.

Використання азоту знижує у одержуваного шва ударну в’язкість. В цей же час він підвищує температуру переходу наплавленого металу в крихке стан і робить їх більш міцними. Азот викликає старіння швів. Щоб застосовувати даний газ щодо нешкідливо, потрібно використовувати додаткові легуючі елементи, якими виступають бор і кисень в балонах. Це зберігає механічні властивості металу на шві.

Область застосування при зварюванні

Застосування азоту в зварюванні не надто широко. Він значно поступається за кількістю загальної кількості операцій іншим газам, незважаючи на те, що його легше добувати, і він обходиться досить дешево для індустрії. Це обумовлено тим, що азот активно взаємодіє з багатьма різними металами. При контакті зі сплавами нітриди і ці хімічні сполуки можуть нашкодити фортеці і надійності шва. Через те, що міцність зварних з’єднань сильно страждає, доводиться замінювати його на інші, більш нейтральні гази. При зварюванні сталей, різних сплавів і навіть нержавійки азот не знайшов належного застосування, так як хімічні властивості азоту забезпечують занадто високу активність по відношенню до них.


Балон з азотом для зварювання

Азотодуговая зварювання найкраще проявляє свої властивості при роботі з міддю. Саме з міддю даний газ не утворює ніяких з’єднань і практично не взаємодіє. Якщо порівнювати цей спосіб з аргонодуговим зварюванням, то тут лише буде потрібно збільшити кількість витрачається газу, так як він не настільки економічний і буде потрібно, приблизно, на третину більше речовини. З урахуванням того, що він коштує значно нижче аргону, то в економічному плані це виходить навіть вигідніше. Крім міді, інші метали професіонали воліють варити іншими інертними газами.

переваги

Незважаючи на те, що сфера застосування газу в зварюванні досить вузька, фізичні та хімічні властивості азоту все ж дають йому деякі переваги. Серед них варто відзначити:

  • Велика поширеність і легкість отримання;
  • Відносно низька вартість;
  • Зручність зберігання і транспортування;
  • Нешкідливість для організму, якщо його концентрація в повітрі почне підвищуватися, то це не так страшно, як з іншими речовинами.

недоліки

До негативних факторів використання належать такі:

  • Неможливість застосування зі всіма видами сплавів і металів;
  • Активне утворення нуклідів при контакті з металами;
  • Обмеженість застосування тільки при зварюванні міді.

види азоту

У промисловості використовується дві основні різновиди. Першою є газоподібний. Він використовується переважно в зварюванні газової і при використанні напівавтомата. Для своєї області він не сильно поширений, але все ж займає впевнене місце в майстернях, комунальних установах, в різноманітних майстерень та виробничих цехах. Він зберігається в балонах під великим тиском, що дозволяє отримати концентровану частку речовини.

Другим видом є рідкий азот, який зберігається в такому стані при дуже низькій температурі. Це робить його відмінним холодоагентом. У промисловості він зустрічається дуже часто.

Фізичні властивості азоту

У нормальних фізичних умовах азот є безбарвним газом, у якого немає кольору і запаху. Він дуже погано поширюється в воді. Щільність азоту становить 1,2506 кг / м кубічний. Темпе6ратура кипіння речовини становить – 195,8 градусів Цельсія. У рідкому стані він також залишається безбарвним. У цьому стані щільність буде 808 кг / м кубічний. Якщо азот буде констатувати з повітрям, то він поглинає з нього кисень. У твердому стані елемент може перебувати при -209,86 градусах Цельсія. Фізично це виглядає як великі білі кристали або снегоподобная маса. Існує три основні кристалічні модифікації речовини в твердому стані.

Хімічні властивості азоту

У вільному стані газ існує як освіта двоатомних молекул. Атоми азоту мають потрійним зв’язком. Молекула речовини виявляється дуже міцною для дисоціації, так дана реакція проходить не так просто. У нормальних умовах дисоціація практично відсутня. При нормальних умовах молекули азоту непогано поляризуються і не полярні. Взаємодіючі сили між ними виявляються дуже слабкими.

Навіть за умов в 3000 градусів Цельсія ступінь дисоціації становить лише 1%. При 5000 градусів цей показник підвищується до декількох відсотків. Атомарний азот виявляється набагато більш активним, ніж молекулярним. У зв’язку з тим, що молекули речовини виявляються дуже міцними, багато його сполуки виявляються ендотермічну. Вони без проблем розкладаються при нагріванні. Ковалентні радіус елемента становить 75 пм. Електронегативність за шкалою Полінга становить 3,04 пункту.

Молярна маса і питома теплоємність

Питома теплоємність азоту при різних температурних умовах буде відрізнятися. Цей параметр в нормальних умовах обчислюється для недиссоциированного газу, так як дисоціація впливає тільки при температурі близько 1500 градусів Цельсія. При температурі 27 градусів Цельсія питома теплоємність буде 1,04 кДж / (кг * градуси Цельсія).

Молярна маса азоту становить 28 г / моль. Якщо брати в розрахунок виключно хімічний елемент, то цей показник буде дорівнює 14 г / моль. З урахуванням того, що формула газу азоту – це N2, так як речовина складається з двох атомів, то і значення на практиці множиться на два.

Тиск в балонах з азотом при різних температурах

Як і будь-який інший газ, при зміні температури азот починає стискатися або розширюватися. Це стосується не тільки того стану, коли він вільно знаходиться в атмосфері, а й тоді, коли в балоні під тиском. Відповідно, тиск балона також матиме різні відмінності, якщо будуть спостерігатися різкі перепади температур.

тиск,
(Кгс / см2)

Тиск, МПа Температура, градуси Цельсія
-50 -25 0 20 25 50
Коефіцієнт стисливості газу при певному тиску

100

10 0,905 0,918 0,985 1,001 1,005 1,018
145 14,5 0,93 0,95 1,001 1,02 1,023

1,037

204

20,4 0,958 0,968 1,035 1,053 1,06

1,076

Інструкція по застосуванню

Перед використанням газу металеву поверхню потрібно очистити і бажано використовувати додаткові легуючі матеріали. Як флюс застосовується бор. Він допомагає знизити негативний вплив газу на метал. Додатковим елементом виступає технічний кисень, який і так використовується в пальнику, як підсилює температуру газ.

Спочатку в пальник пускається азот, щоб перевірити її працездатність, а потім тільки кисень. Принцип проведення зварювальних робіт принципово нічим не відрізняється від тих, які проводяться з іншими газами. Головне дотримуватися правил використання і не зварювати їм ті метали, які не призначені для цього.

Заходи безпеки

Незважаючи на те, що небезпека використання азоту не настільки велика, як у інших газів, тут також потрібно дотримуватися правил безпеки. Балони не повинні падати при перенесенні і перевезенні. Під час транспортування деяких металевих ємностей потрібно виключити їх удари один об одного. Джерело полум’я повинен знаходитися на відстані від 5 метрів від балона. З урахуванням того, що тиск в балоні може сильно змінюватися в залежності від температури, не варто допускати її різких перепадів.

висновок

Використання азоту в зварюванні останнім часом поширене не настільки широко, але він продовжує зберігати свої позиції в цій сфері. Крім цього він виявляється затребуваним для багатьох інших промислових областей. Його застосування для отримання якісних зварних швів виявляється не таким простим через високу активність, але фахівці зможуть зробити так, щоб шов вийшов максимально надійним.