Czy istnieje prosty i niedrogi sposób na wytwarzanie azotu?

Na Wikipedii mamy tę metodę laboratoryjną:

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

Również na Wikipedii ta metoda generuje niewielkie ilości zanieczyszczeń $ \ ce {NO} $ i $ \ ce {HNO3} $ , które można wyeliminować, przepuszczanie gazu przez dwuchromian potasu $ \ ce {(K2Cr2O7)} $ rozpuszczony w kwasie siarkowym $ \ ce {(H2SO4) } $

Zarówno chlorek amonu, jak i azotyn sodu są stosunkowo dostępnymi chemikaliami, a inne produkty (sól kuchenna i woda) są niezaprzeczalnie bezpieczne. Kwas siarkowy może być nieco trudniejszy do zdobycia w zależności od miejsca zamieszkania, a dwuchromian potasu będzie najtrudniejszy, biorąc pod uwagę, że odradza się stosowanie sześciowartościowego chromu (i należy zbadać procedury w celu zmniejszenia $ \ ce {Cr2O7 ^ {- 2}} $ do $ \ ce {Cr2O3} $ ). Ale poza tym wygląda to na najlepsze podejście.

Możesz wypróbować prosty dwuetapowy proces. Weź trochę powietrza, spal w nim trochę materiału bogatego w węgiel, aż przestanie się palić. Następnie przepuść pozostały gaz przez roztwór alkaliczny, aby usunąć dwutlenek węgla. Pozostały gaz będzie zawierał więcej niż 95% azotu.

I otrzymujesz go bez drogich chemikaliów.

Komentarze

• sprytne podejście. Przypuszczam, że można by zwiększyć czystość, wybierając odpowiedni materiał do spalania i kontrolując temperaturę. W przypadku $ CO $, które mogłoby to spowodować, czy istnieją inne niedrogie metody filtrowania, które mogłyby go usunąć?
• @docscience Istnieje wiele metod przemysłowych (np. Przepuszczanie gazu przez tlenek miedzi) i wiele metod fizycznych (jeśli stężenie jest małe, węgiel aktywny będzie działał).
• Co powiesz na użycie wychwytywacza O2, w zależności od objętości zbiornika można również uzyskać głównie azot; dodaj również wychwytywacz CO2, aby uzyskać lepszy efekt. Robię to w domu i to działa dla mnie.

Jeszcze jedna klasyczna metoda dla $ \ ce {N2} $ Preparat w laboratorium, o którym jeszcze nie wspomniano, to utleniające odwodornienie amoniaku do azotu, zazwyczaj za pomocą tlenków metali przejściowych, np .:

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

Reakcja z tlenkiem miedzi (II) jest uważana za kanoniczną i często jest wymieniana w podręcznikach i podręcznikach laboratoryjnych, na przykład A Text-book of Practical Chemistry [1, s. 6] z 1921 r. Opisuje ten proces jako co następuje:

Azot uzyskuje się najpierw przepuszczając powietrze przez · 880 amoniaku, a następnie przez rozgrzane do czerwoności wióry miedzi. Tlen z powietrza jest absorbowany przez miedź i powstały tlenek miedzi są natychmiast redukowane z powrotem do miedzi przez amoniak. Dzięki temu całkowicie unika się częstego odnawiania zawartości rurki miedzianej.

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

Gaz należy przemyć kwasem siarkowym (1: 4) w celu usunięcia nadmiaru amoniaku i osuszyć mocnym kwasem siarkowym. Użycie rozcieńczonego kwasu w celu uwolnienia go od amoniaku ma na celu uniknięcie niebezpieczeństwa znacznego wzrostu temperatury w przypadku nadmiaru amoniaku.

Metoda pozyskiwania azotu poprzez termiczny rozkład $ \ ce {NH4NO2} $ jest krytykowany jako raczej niewygodny, który może potencjalnie skutkować wybuchem.

Małe ilości azotu można przygotować przez ostrożne ogrzewanie roztworu azotynu amonu (azotynu sodu i chlorku amonu w proporcjach molekularnych). […] Metoda nie jest zalecana, ponieważ jest trudna do kontrolowania, a azot jest na ogół zanieczyszczony tlenkami azotu, zwłaszcza gdy działanie staje się gwałtowne.

Zamiast tego można wykorzystać „demo wulkanu” ( termiczny rozkład dwuchromianu amonu ) jako nieco bezpieczniejszą alternatywę:

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

Obecnie różne źródła podają nieco odmienne techniki dla typu reakcji (1). Inne tlenki metali, takie jak $ \ ce {TiO2} $, $ \ ce {V2O5} $, $ \ ce {MnO2} $, ich dwuskładnikowe i trójskładnikowe mieszaniny na podłożach wspartych na krzemionce i tlenku glinu domieszkowanych ziem rzadkimi (Y głównie) są zdolne do selektywnego utleniania katalitycznego w niższych temperaturach [2, 3].

Odnośniki

1. Hood, GF; Carpenter, J. A. A Text-Book of Practical Chemistry; J. & A. Churchill, 1921. ( Książki Google ).
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 .

Jest jeden niesamowicie prosty, tani i łatwy sposób na wytwarzanie azotu o czystości prawie 99% jeśli nie potrzebujesz go skompresować. Użyłem tej metody w moich eksperymentach chemicznych, gdy potrzebowałem tylko niewielkich ilości azotu lub gdy potrzebowałem przeprowadzić reakcje bez reaktywnego tlenu.

Po prostu kup ogrzewacze dłoni z Walmart lub wielu innych źródeł. Użyj wytrzymałej, dużej, zamykanej torby i napełnij ją najlepiej jak potrafisz zwykłym, niezanieczyszczonym powietrzem. Wrzuć tam ogrzewacz do rąk, a pochłonie on prawie cały tlen, pozostawiając około 1% ” wszystkich innych gazów „, które są naturalnie w atmosferze. Osobiście przyklejam szczelną małą gumową rurkę (wąż z bełkotki akwariowej, którą można znaleźć również w Walmart lub jakimkolwiek sklepie zoologicznym), a następnie zaciskam ją małym, ale mocnym zaciskiem sprężynowym (chociaż inne zaciski będą wymagały). Odkryłem, że podgrzewacz do rąk może wyschnąć, zanim straci zdolność wchłaniania O2, więc rozciąłem jeden koniec, zapieczętowałem go zaciskami do prania (tylko po to, aby zawartość nie rozlała się i nie bałagan) i teraz LEKKO spryskałem a następnie mgiełką z zabłąkanej butelki. Jeśli jednak nie martwisz się węglem, proszkiem żelaza i solą kuchenną zawartymi w tych opakowaniach (wszystko to jest bardzo nieszkodliwe), możesz rozciąć paczkę i po prostu wrzucić ją na dno torby i spryskaj raz na jakiś czas zgodnie z powyższym opisem. Zdziwiłbyś się, jak długo się utrzymują i ile worków wypełnionych azotem można uzyskać z jednego opakowania podgrzewacza do rąk. Jeśli nie martwisz się o dodawanie nadmiaru ciepła do opróżnionego O2 eksperyment, wystarczy włożyć ogrzewacz do rąk do torebki zawierającej dołączoną zlewkę. W przeciwnym razie możesz usunąć powietrze z innego worka, naczynia, wkładając wąż i ściskając worek wypełniony azotem.

Komentarze

• Jak to zrobić oni pracują? Jak widzę, spalają węgiel drzewny. Tak więc wynikiem ' nie był azot, ale mieszanka $ \ ce {N2} $ + $ \ ce {CO2} $ + $ \ ce {CO} $.
• (+1) To dobry przykład myślenia nieszablonowego! Mam zamiar wypróbować to i zagłosować zaraz po opublikowaniu tego. Dzięki!

Zgodnie z Wikipedią można wytworzyć czysty azot poprzez ogrzewanie azydków metali, co powoduje wydzielanie azotu i metalu. Azydek sodu jest niezbyt drogi .

$$ \ ce {2NaN_3 – > 2Na + 3N_2} $$

Jednak, jak możesz się spodziewać, może to nie być bardzo bezpieczna reakcja, ponieważ pierwsza reakcja, która przyszła mi do głowy kiedy zapytałeś o reakcję z dużą wydajnością azotu, jest to trotyl, chociaż nie dałoby to czystej wydajności, jakiej wymagałeś. Azydki są również wybuchowe. Azydek sodu jest używany w samochodowych poduszkach powietrznych i zsuwniach ucieczki samolotów , gdzie ta właśnie reakcja jest używana do szybkiego nadmuchania tych zabezpieczeń. Powstały metaliczny sód jest następnie poddawany dalszej reakcji na mniej niebezpieczne związki sodu.

Komentarze

• Może to być wyjątkowo gwałtowna reakcja rozkładu. Jest to ' reakcja, która w jednej chwili wytwarza ilość gazu wystarczającą do napełnienia poduszki powietrznej …
• Proszę, nikt tego nie używa. Azydek sodu jest nie tylko wybuchowy, ale także ' jest bardzo toksyczny.
• Mimo że reakcja i reagent są raczej nieprzyjemne, jest to jedna z metod produkcji najczystszego azotu w skali laboratoryjnej.
• It ' jest również interesujące, że Brauer ' s Handbuch der pr ä parativen anorganischen Chemie zaleca wyłącznie tę metodę do wytwarzania azotu w laboratorium.

Aby wytworzyć azot, można mieszać azotan potasu i kwas solny i cynk. Wytwarza azot, a produktami ubocznymi będą chlorek cynku, chlorek amonu i chlorek potasu. Azot byłby mieszany z parami HCl, które można by usunąć przez przepuszczenie go w wodzie.

Spalanie podtlenku azotu może również wytwarzać azot.