Hustota dusíku

Dusík je chemický prvek periodického systému, který je označen písmenem N a má sériové číslo 7. Existuje ve formě molekuly N2 sestávající ze dvou atomů. Tato chemikálie je bezbarvý, bez zápachu a bez chuťového plynu, je inertní za standardních podmínek. Hustota dusíku za normálních podmínek (při 0 ° C a tlaku 101,3 kPa) je 1,251 g / dm3. Prvek je součástí zemské atmosféry v množství 78,09% jeho objemu. To bylo poprvé objeveno jako součást vzduchu skotským lékařem Daniel Rutherford v 1772.

Kapalný dusík je kryogenní kapalina. Při atmosférickém tlaku dochází k varu při teplotě -195,8 ° C. Proto je možné je skladovat pouze v izolovaných nádobách, které jsou ocelovými válci pro zkapalněné plyny nebo dewarské lodě. Pouze v tomto případě může být skladován nebo přepravován bez zvláštních ztrát způsobených vypařováním. Podobně jako suchý led (zkapalněný oxid uhličitý, jinak nazývaný oxid uhličitý) se jako chladivo používá kapalný dusík. Navíc se používá k kryoprezervaci krve, pohlavních buněk (spermie a vajíček) a dalších biologických vzorků a materiálů. Je to v klinické praxi, například v kryoterapii při odstraňování cév a bradavic na kůži. Hustota kapalného dusíku je 0,808 g / cm3.

Mnoho průmyslově důležitých sloučenin, jako je kyselina dusičná, amoniak, organické nitráty (výbušniny, palivo) a kyanidy, obsahují N2. Extrémně silné vazby elementárního dusíku v molekule způsobují potíže s účastí na chemických reakcích, což vysvětluje její inertnost za standardních podmínek (teploty a tlaku). Z těchto důvodů má N2 velký význam v mnoha vědeckých a průmyslových oborech. Například při těžbě ropy nebo plynu je nutné udržovat tlak na místě. Každá ze svých praktických nebo vědeckých aplikací vyžaduje znalost hustoty dusíku při určitém tlaku a teplotě. Ze zákonů fyziky a termodynamiky je známo, že při konstantním objemu s rostoucí teplotou se tlak a hustota plynu zvýší a naopak.

Kdy a proč potřebujete znát hustotu dusíku? Výpočet tohoto ukazatele se používá při navrhování technologických procesů, které probíhají pomocí N2, v laboratorní praxi a ve výrobě. Pomocí známé hustoty plynu je možné vypočítat jeho hmotnost v určitém objemu. Například je známo, že plyn za normálních podmínek zaujímá objem 20 dm3. V tomto případě je možné vypočítat jeho hmotnost: m = 20 • 1,251 = 25,02 g. Jsou-li podmínky odlišné od standardních a objem N2 je za těchto podmínek znám, je nejprve nutné najít (podle adresářů) hustotu dusíku při určitém tlaku a teplotě a Násobte to objemem obsazeným plynem.

Podobné výpočty se provádějí při výrobě při sestavování materiálových bilancí technologických zařízení. Jsou nezbytné pro vedení technologických procesů, výběr přístrojové techniky, výpočet technických a ekonomických ukazatelů a tak dále. Například po ukončení chemické výroby musí být všechny přístroje a potrubí propláchnuty inertním plynem, dusíkem před jeho otevřením a vyloženy k opravě (je to nejlevnější a nejlevnější ve srovnání např. S heliem nebo argonem). Spravidla jsou vyfukovány takovým množstvím N2, které je několikanásobně větší než objem zařízení nebo potrubí, jen tak lze ze systému vyloučit hořlavé plyny a výpary a vyloučit výbuch nebo požár. Při plánování operací před zastavením opravy technik, s vědomím objemu vyprazdňovacího systému a hustoty dusíku, vypočítá hmotnost N2, která bude požadována pro čištění.

Pro zjednodušené výpočty, které nevyžadují přesnost, jsou skutečné plyny rovnocenné s ideálními plyny a uplatňuje se zákon Avogadrova. Vzhledem k tomu, že hmotnost 1 mol N2 je číselně rovna 28 gramům a 1 mol libovolného ideálního plynu zaujímá objem 22,4 litrů, hustota dusíku se bude rovnat: 28 / 22,4 = 1,25 g / l = 1,25 g / dm3. Tato metoda rychlého stanovení hustoty je použitelná pro jakýkoli plyn, a nikoliv pouze pro N2. Často se používá v analytických laboratořích.