Existe uma maneira simples e barata de gerar gás nitrogênio?

De acordo com a Wikipedia, temos este método de laboratório:

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

Também pela Wikipedia, este método gera pequenas quantidades de impurezas de $ \ ce {NO} $ e $ \ ce {HNO3} $ , que podem ser eliminados por passagem do gás pelo dicromato de potássio $ \ ce {(K2Cr2O7)} $ dissolvido em ácido sulfúrico $ \ ce {(H2SO4) } $

Tanto o cloreto de amônio quanto o nitrito de sódio são produtos químicos razoavelmente disponíveis, e os outros produtos (sal de cozinha e água) são inegavelmente seguros. O ácido sulfúrico pode ser um pouco mais difícil de obter dependendo de onde você mora, e o dicromato de potássio será o mais difícil, visto que o uso de cromo hexavalente é desencorajado (e você deve pesquisar procedimentos para reduzir o $ \ ce {Cr2O7 ^ {- 2}} $ para $ \ ce {Cr2O3} $ ). Mas, caso contrário, esta parece ser a melhor abordagem.

Você pode tentar um processo simples de duas etapas. Pegue um pouco de ar e queime algum material rico em carbono até que não ocorra mais queima. Em seguida, passe o gás restante por uma solução alcalina para remover o dióxido de carbono. O gás restante terá mais de 95% de nitrogênio.

E você consegue isso sem produtos químicos caros.

Comentários

• abordagem inteligente. Suponho que você possa aumentar a pureza selecionando o material certo para queimar e controlando a temperatura. Para $ CO $ que pode resultar, existem outros métodos de filtragem baratos que poderiam removê-lo?
• @docscience Existem muitos métodos industriais (por exemplo, passar o gás sobre o óxido de cobre) e muitos métodos físicos (se o a concentração for pequena, o carvão ativado funcionará).
• Que tal usar um eliminador de O2, dependendo do volume do tanque, você também pode obter principalmente nitrogênio; também adicione um eliminador de CO2 para obter mais efeito. Eu faço isso em casa e funciona para mim.

Mais um método clássico para $ \ ce {N2} $ preparação no laboratório que ainda não foi mencionada é a desidrogenação oxidativa da amônia em nitrogênio, normalmente com a ajuda de óxidos de metal de transição, por exemplo:

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

A reação com óxido de cobre (II) é considerada canônica e é frequentemente listada em livros e manuais de laboratório, por exemplo A Text-book of Practical Chemistry [1, p. 6] de 1921 descreve este processo como segue:

O nitrogênio é obtido passando o ar primeiro através de · amônia 880 e depois sobre aparas de cobre em brasa. O oxigênio do ar é absorvido pelo o cobre e o óxido de cobre resultante são imediatamente reduzidos a cobre pela amônia. As frequentes renovações do conteúdo do tubo de cobre são totalmente evitadas.

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

O gás deve ser lavado com ácido sulfúrico (1: 4) para isentar do excesso de amônia, e seco com ácido sulfúrico forte. O uso de ácido diluído para libertá-lo da amônia evita o perigo de um grande aumento da temperatura caso ocorra um grande excesso de amônia.

Método de obtenção de nitrogênio via decomposição térmica de $ \ ce {NH4NO2} $ é criticado como um tanto inconveniente que pode resultar em uma explosão.

Pequenas quantidades de nitrogênio podem ser preparadas aquecendo cuidadosamente uma solução de nitrito de amônio (nitrito de sódio e cloreto de amônio em proporções moleculares). […] O método não é recomendado por ser difícil de controlar, e o nitrogênio geralmente está contaminado com óxidos de nitrogênio, especialmente quando a ação se torna violenta.

Em vez disso, pode-se utilizar “volcano demo” ( decomposição térmica de dicromato de amônio ) como alternativa um pouco mais segura:

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

Atualmente, várias fontes fornecem técnicas ligeiramente diferentes para o tipo de reação (1). Outros óxidos de metal, como $ \ ce {TiO2} $, $ \ ce {V2O5} $, $ \ ce {MnO2} $, suas misturas binárias e ternárias em substratos de sílica e alumina dopados com terras-raras principalmente) são capazes de oxidação catalítica seletiva em temperaturas mais baixas [2, 3].

Referências

1. Hood, GF; Carpenter, J. A. A Text-Book of Practical Chemistry; J. & A. Churchill, 1921. ( Google Livros ).
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 uma maneira incrível, simples, barata e fácil de fazer nitrogênio gasoso com quase 99% de pureza se você não precisa comprimi-lo. Usei esse método em meus experimentos de química quando precisava apenas de quantidades modestas de nitrogênio ou quando preciso fazer reações na ausência de oxigênio reativo.

Basta comprar aquecedores de mão do Walmart ou de muitas outras fontes. Use um saco reselável grande e resistente e encha-o da melhor maneira possível com ar regular não contaminado. Coloque o aquecedor de mãos lá e ele absorverá quase todo o oxigênio, deixando você com cerca de 1 por cento ” todos os outros gases ” que são naturais na atmosfera. Pessoalmente, eu colo um pequeno tubo de borracha hermético (uma mangueira de aquários, também encontrada no Walmart ou em qualquer loja de animais) e prendo-o com uma pequena mas forte braçadeira de mola (embora outras braçadeiras sejam necessárias). Descobri que o aquecedor de mãos pode secar antes de perder sua capacidade de absorver O2, então cortei uma das extremidades, selei com braçadeiras de roupa suja (apenas para evitar que o conteúdo entornasse, fazendo uma bagunça) e borrife LEVE agora e depois com névoa de uma garrafa perdida. No entanto, se você não estiver preocupado com o carbono, pó de ferro e sal de cozinha contidos nesses pacotes (todos muito inofensivos), você pode cortar o pacote e jogá-lo no fundo do saco e borrife conforme descrito acima de vez em quando. Você ficaria surpreso com a duração e quantos sacos cheios de nitrogênio podem ser obtidos com apenas um pacote de aquecedor de mão. Se você não está preocupado em adicionar calor em excesso ao O2 purgado experimento, basta colocar o aquecedor de mão no saco contendo o copo incluso. Caso contrário, você pode purgar o ar de uma bolsa ou recipiente diferente inserindo a mangueira e apertando a bolsa cheia de nitrogênio.

Comentários

• Como fazer eles trabalham? Como posso ver, eles queimam carvão. Portanto, o resultado ganhou ‘ t ser nitrogênio, mas uma mistura de $ \ ce {N2} $ + $ \ ce {CO2} $ + $ \ ce {CO} $.
• (+1) Este é um bom exemplo de como pensar fora da caixa! Vou experimentar e votar logo após a publicação. Obrigado!

De acordo com Wikipedia você pode gerar nitrogênio puro aquecendo azidas metálicas, que liberam o nitrogênio e o metal. A azida sódica não é muito cara .

$$ \ ce {2NaN_3 – > 2Na + 3N_2} $$

No entanto, como você pode esperar, esta pode não ser uma reação muito segura, pois a primeira reação que me veio à mente quando você pediu uma reação com grande rendimento de gás nitrogênio é o de TNT, embora isso não fornecesse um rendimento puro como você solicitou. As azidas também são explosivas. A azida de sódio é usada em airbag de carro e rampa de escape de avião , onde essa reação exata é usada para inflar rapidamente esses recursos de segurança. O sódio metálico formado é então feito reagir a compostos de sódio menos perigosos.

Comentários

• Esta pode ser uma reação de decomposição extremamente violenta. É ‘ é a reação que gera gás suficiente em um instante para encher um airbag …
• Por favor, ninguém use isso. A azida de sódio não é apenas explosiva, mas ‘ é muito tóxica.
• Embora a reação e o reagente sejam bastante desagradáveis, este é um dos métodos que produzem o nitrogênio mais puro em escala de laboratório.
• It ‘ também é interessante que Brauer ‘ s Handbuch der pr ä parativen anorganischen Chemie recomenda este método exclusivamente para a geração de nitrogênio no laboratório.

Para gerar nitrogênio, você pode misturar nitrato de potássio e ácido clorídrico e zinco. Isso geraria nitrogênio e os subprodutos seriam cloreto de zinco, cloreto de amônio e cloreto de potássio. O nitrogênio seria misturado com alguns vapores de HCl, que você poderia remover fazendo-o borbulhar na água.

A combustão do monóxido de dinitrogênio também pode produzir nitrogênio.