笑气中的氮

氮气占地球大气总量的78%,其用途很广,从安全医院里使用的"笑气",都会用到它。我们知道氮气的存在也只有大概年的时间。

在18世纪,科学家们开始对人类呼吸的空气的组成成分感兴趣。年,苏格兰化学家约瑟夫一布莱克分离出了二氧化碳。因为二氧化碳可以从经酸处理后的石灰岩等矿物质中释放出来,所以他将其称之为"固定的空气"。另外,它也被叫作"恶气",因为它能够使完全被它包围的动物窒息。如果封闭空间中的氧气全部烧尽,剩下的空气也有类似的窒息作用,在这种情况下,剩下的气体基本上都是氮气(还包括少量的大气中的其他非氧气气体,如二氧化碳)。

享利一卡文迪什在研究"恶气"时,首次发现了氮气。这一发现后来基本归功于布莱克的学生丹尼尔一卢瑟福,他开展了类似的实验,并于年发表了自己的研究成果。卡文迪什是一个做事有条不紊,有点近乎偏执的人。他反复实验,最终成功分离出了空气的成分。首先,他将过热的木炭置于空气中,使木炭与氧气反应生成二氧化碳,然后,他用碱溶液吸收二氧化碳,剩下的就只是一种气体,它的主要成分后来被命名为氮(nitrogen),因为由它形成了硝酸钾(potassiumnitrate)一一也称为硝石或硝酸盐,硝酸钾是早期火药的关键成分。

氮在炸药的发展过程中起着很重要的作用。甘油与硝酸反应可以生成硝化甘油,含有氮的硝化甘油是一种在强大冲击力下会发生爆炸的液体。当阿尔弗雷德一诺贝尔找到一种方法把硝化甘油吸收到柔软的岩石"硅藻土"(也称硅藻土)中,于是便有了更安全的炸药。

汽车上的安全气囊,就是利用了氮的爆炸性。气囊中充有叠氮化钠一一一种由钠和氮组成的化合物,它可以被火花触发爆炸而分解成氮气和金属钠,生成的氮气迅速使安全气囊膨胀。

另外,如果你想冷冻一些水果,氮气也能大显身手。液氮可用于速冻:你可以看到在各种在线视频中,人们用锤子将被氮气冷冻的香蕉敲碎成小块。氮气也可以用来保存新鲜水果,将水果储存在非冷藏的密封氮气箱里,就能阻止其被氧化,从而延迟腐烂。

氮也用于制造一种使啤酒起泡的小部件一一在啤酒罐中放置一个带孔的小球,然后在压缩啤酒的过程中往酒内加入少量液氮。在压缩过程中氮气会发生膨胀,然后被压缩至小球内一一打开罐子时释放的压力便会触发气体从啤酒内涌出。喷雾霜也利用了压缩氮的原理,将一氧化二氮气体(笑气)混合到霜中,压缩到瓶子里,当按压瓶子时,压力迫使雾状的霜从中喷出。




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