¿Existe una forma sencilla y económica de generar gas nitrógeno?

Según Wikipedia, tenemos este método de laboratorio:

$$ \ ce {NH4C l (aq) + NaNO2 (aq) → N2 (g) + NaCl (aq) + 2 H2O (l)} $$

También según Wikipedia, este método genera pequeñas cantidades de impurezas de $ \ ce {NO} $ y $ \ ce {HNO3} $ , que se pueden eliminar mediante pasar el gas a través de dicromato de potasio $ \ ce {(K2Cr2O7)} $ disuelto en ácido sulfúrico $ \ ce {(H2SO4) } $

Tanto el cloruro de amonio como el nitrito de sodio son productos químicos razonablemente disponibles, y los otros productos (sal de mesa y agua) son innegablemente seguros. El ácido sulfúrico puede ser un poco más difícil de obtener dependiendo de dónde viva, y el dicromato de potasio será el más difícil dado que se desaconseja el uso de cromo hexavalente (y debe investigar los procedimientos para reducir el $ \ ce {Cr2O7 ^ {- 2}} $ a $ \ ce {Cr2O3} $ ). Pero de lo contrario, este parece el mejor enfoque.

Podría intentar un proceso simple de dos pasos. Tome un poco de aire, queme un poco de material rico en carbono hasta que ya no se queme. Luego, pase el gas restante a través de una solución alcalina para eliminar el dióxido de carbono. El gas restante será más del 95% de nitrógeno.

Y lo obtiene sin productos químicos costosos.

Comentarios

• enfoque inteligente. Supongo que podría aumentar la pureza seleccionando el material adecuado para quemar y controlando la temperatura. Por $ CO $ que podría resultar, ¿existen otros métodos de filtrado económicos que podrían eliminarlo?
• @docscience Hay muchos métodos industriales (por ejemplo, pasar el gas sobre óxido de cobre) y muchos métodos físicos (si el la concentración es pequeña, el carbón activado funcionará).
• ¿Qué tal si se usa un eliminador de O2? Dependiendo del volumen del tanque, también podría obtener principalmente nitrógeno; También agregue un eliminador de co2 para mayor efecto. Hago esto en casa y me funciona.

Un método clásico más para $ \ ce {N2} $ preparación en el laboratorio que aún no se ha mencionado es la deshidrogenación oxidativa de amoníaco a nitrógeno, generalmente con la ayuda de óxidos de metales de transición, por ejemplo:

$$ \ ce {2 NH3 + 3 CuO – > [\ pu {500 .. 550 ^ \ circ C}] 3 Cu + N2 ^ + 3H2O ^} \ tag {1} $$

La reacción con óxido de cobre (II) se considera canónica y, a menudo, aparece en libros de texto y manuales de laboratorio, por ejemplo, Un libro de texto de química práctica [1, p. 6] de 1921 describe este proceso como siguiente:

El nitrógeno se obtiene pasando aire primero a través del amoníaco · 880 y luego sobre virutas de cobre al rojo vivo. El oxígeno del aire es absorbido por el El cobre y el óxido de cobre resultante se reducen de inmediato a cobre por el amoníaco. De esta manera se evitan por completo las frecuentes renovaciones del contenido del tubo de cobre.

\ begin { align} \ ce {2 Cu + O2 & = 2 CuO}, \\ \ ce {2 NH3 + 3 CuO & = N2 + 3 H2O} \ end {align}

El gas debe lavarse con ácido sulfúrico (1: 4) para eliminar el exceso de amoníaco y secarse con ácido sulfúrico fuerte. El uso de ácido diluido para liberarlo del amoníaco es para evitar el peligro de un gran aumento de temperatura en caso de que se produzca un gran exceso de amoníaco.

Método de obtener nitrógeno a través de descomposición térmica de $ \ ce {NH4NO2} $ se critica como un inconveniente que puede resultar en una explosión.

Se pueden preparar pequeñas cantidades de nitrógeno calentando cuidadosamente una solución de nitrito de amonio (nitrito de sodio y cloruro de amonio en proporciones moleculares). […] El método no se recomienda ya que es difícil de controlar y el nitrógeno generalmente está contaminado con óxidos de nitrógeno, especialmente cuando la acción se vuelve violenta.

En su lugar, se puede utilizar la «demostración de volcán» ( descomposición térmica del dicromato de amonio ) como alternativa algo más segura:

$$ \ ce {( NH4) 2Cr2O7 – > [\ pu {170 .. 190 ^ \ circ C}] Cr2O3 + N2 ^ + 4 H2O ^} \ tag {2} $$

En estos días, varias fuentes proporcionan técnicas ligeramente desviadas para el tipo de reacción (1). Otros óxidos metálicos como $ \ ce {TiO2} $, $ \ ce {V2O5} $, $ \ ce {MnO2} $, sus mezclas binarias y ternarias sobre sustratos soportados por sílice y alúmina dopados con tierras raras (Y, en su mayoría) son capaces de oxidación catalítica selectiva a temperaturas más bajas [2, 3].

Referencias

1. Hood, GF; Carpenter, J. A. Un libro de texto de química práctica; J. & A. Churchill, 1921. ( Google Books ).
2. Li, Y .; Armor, JN Applied Catalysis B: Environmental 1997 , 13 (2), 131–139 DOI : 10.1016 / S0926-3373 (96) 00098-7 .
3. Gang, L .; van Grondelle, J .; Anderson, B. G .; van Santen, RA Journal of Catalysis 1999 , 186 (1), 100–109 DOI: 10.1006 / jcat.1999.2524 .

Existe una manera increíblemente simple, barata y fácil de producir nitrógeno gaseoso con una pureza cercana al 99 por ciento si no lo necesita comprimido. He usado este método en mis experimentos de química cuando solo necesitaba cantidades modestas de nitrógeno o cuando necesitaba hacer reacciones en ausencia de oxígeno reactivo.

Simplemente compre calentadores de manos de Walmart o de muchas otras fuentes. Use una bolsa resellable grande de uso pesado y llénela lo mejor que pueda con aire regular y no contaminado. Deje caer el calentador de manos allí y absorberá casi todo el oxígeno, dejándolo con aproximadamente un 1 por ciento » de todos los demás gases » que son naturalmente en la atmósfera. Personalmente, pego un pequeño tubo de goma hermético (una manguera de burbujeadores de acuario, que también se encuentra en Walmart o en cualquier tienda de mascotas) y luego lo cierro con una abrazadera de resorte pequeña pero fuerte (aunque se necesitarán otras abrazaderas). He descubierto que el calentador de manos se puede secar antes de que pierda su capacidad de absorber O2, así que corto un extremo, lo cierro con abrazaderas para ropa (solo para evitar que el contenido se derrame y ensucie) y lo rocío LIGERAMENTE ahora y luego con la niebla de una botella perdida. Sin embargo, si no le preocupa el carbón, el polvo de hierro y la sal de mesa que contienen estos paquetes (todos muy inofensivos), puede cortar el paquete y tirarlo al fondo de la bolsa , y rocíe como se describe arriba de vez en cuando. Le sorprendería cuánto duran y cuántas bolsas llenas de nitrógeno puede obtener con un solo paquete de calentador de manos. Si no le preocupa agregar un exceso de calor a su O2 purgado experimento, simplemente coloque el calentador de manos en la bolsa que contiene el vaso de precipitados adjunto. De lo contrario, puede purgar el aire de una bolsa o recipiente diferente insertando la manguera y apretando la bolsa llena de nitrógeno.

Comentarios

• ¿Cómo ¿trabajan? Como puedo ver, queman carbón. Entonces, el resultado ganó ‘ t será nitrógeno, pero una mezcla de $ \ ce {N2} $ + $ \ ce {CO2} $ + $ \ ce {CO} $.
• (+1) ¡Este es un buen ejemplo de pensar fuera de la caja! Voy a intentarlo y votaré a favor inmediatamente después de que se publique. ¡Gracias!

Según Wikipedia puede generar nitrógeno puro calentando azidas metálicas, que producen nitrógeno y el metal. La azida de sodio es no muy cara .

$$ \ ce {2NaN_3 – > 2Na + 3N_2} $$

Sin embargo, como es de esperar, esta puede no ser una reacción muy segura como la primera reacción que me vino a la mente cuando solicitó una reacción con gran rendimiento de nitrógeno gaseoso es el de TNT, aunque eso no daría un rendimiento puro como ha requerido. Las azidas también son explosivas. La azida de sodio se se usa en bolsas de aire de automóviles y conductos de escape de aviones , donde esta reacción exacta se usa para inflar rápidamente estas características de seguridad. El sodio metálico formado se hace reaccionar luego con compuestos de sodio menos peligrosos.

Comentarios

• Esta puede ser una reacción de descomposición extremadamente violenta. Es ‘ la reacción que genera suficiente gas en un instante para llenar una bolsa de aire …
• Por favor, nadie use esto. La azida sódica no solo es explosiva, es ‘ muy tóxica.
• Aunque la reacción y el reactivo son bastante desagradables, este es uno de los métodos que producen nitrógeno más puro a escala de laboratorio.
• Es ‘ también es interesante que Brauer ‘ s Handbuch der pr ä parativen anorganischen Chemie recomiende este método exclusivamente para la generación de nitrógeno en el laboratorio.

Para generar nitrógeno, puede mezclar nitrato de potasio, ácido clorhídrico y zinc. Generaría nitrógeno y los subproductos serían cloruro de zinc, cloruro de amonio y cloruro de potasio. El nitrógeno se mezclaría con algunos vapores de HCl, que podría eliminar burbujeando en agua.

La combustión del monóxido de dinitrógeno también puede producir nitrógeno.