Номер 7, страница 7, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

7. В каких целях применяют несвязанный азот?

Несвязанный (молекулярный) азот, $N_2$, является двухатомным газом без цвета и запаха, составляющим около 78% земной атмосферы. Его основное свойство — химическая инертность, обусловленная очень прочной тройной связью между атомами в молекуле. Именно это свойство, а также его доступность и низкая температура кипения в жидком состоянии, определяют главные цели его применения.

Создание инертной среды

Благодаря своей низкой реакционной способности азот используется для вытеснения химически активного кислорода и паров воды из замкнутых объемов, чтобы предотвратить окисление, горение, взрыв или порчу продукции.

• Пищевая промышленность: азот используется как упаковочный газ (пищевая добавка E941) для увеличения срока годности продуктов (например, чипсов, молотого кофе, салатов, мясных изделий). Азотная среда замедляет окислительные процессы (прогоркание жиров) и подавляет развитие аэробных микроорганизмов.
• Химическая и нефтехимическая промышленность: для обеспечения безопасности при работе с легковоспламеняющимися и взрывоопасными веществами, для продувки резервуаров и трубопроводов, для транспортировки реагентов, чувствительных к кислороду.
• Электроника: при производстве полупроводников, интегральных схем и дисплеев для предотвращения окисления компонентов в процессе высокотемпературной пайки.
• Металлургия: при термообработке металлов (отжиг, закалка, спекание) для защиты их поверхности от окисления и улучшения качества.
• Пожаротушение: в системах газового пожаротушения для помещений с ценным оборудованием или материалами (серверные, архивы, музеи, библиотеки). Азот вытесняет кислород, снижая его концентрацию до уровня, при котором горение становится невозможным, и не повреждает защищаемые объекты.

Использование в качестве хладагента (жидкий азот)

Жидкий азот имеет очень низкую температуру кипения (−195.8 o C), что делает его эффективным и широко используемым криогенным агентом.

• Медицина и биология: для криоконсервации (глубокой заморозки) биологических образцов — клеток, тканей, крови, спермы, эмбрионов. Также используется в криохирургии для разрушения патологических тканей (например, бородавок, папиллом).
• Пищевая промышленность: для быстрой ("шоковой") заморозки продуктов питания. Такой метод позволяет сохранить их структуру, вкус и питательные вещества лучше, чем при медленной заморозке.
• Промышленность и строительство: для холодной посадки деталей машин (деталь охлаждают, она сжимается, ее вставляют в отверстие, а после нагрева она расширяется, обеспечивая прочное соединение); для замораживания грунтов при строительстве тоннелей.

Использование в качестве сырья для химического синтеза

Хотя молекулярный азот инертен, он является основным и практически единственным промышленным источником для производства всех азотсодержащих соединений.

• Производство аммиака ($NH_3$): это крупнейшая по объему область применения азота. В процессе Габера-Боша атмосферный азот соединяют с водородом при высокой температуре и давлении в присутствии катализатора: $N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$. Полученный аммиак является ключевым сырьем для производства азотных удобрений (основы мирового сельского хозяйства), азотной кислоты, взрывчатых веществ и многих других продуктов.

Ответ: Несвязанный азот применяют в следующих основных целях: 1) для создания инертной (защитной) среды с целью предотвращения окисления, горения и порчи продукции в пищевой, химической, электронной промышленности и металлургии; 2) в жидком виде в качестве хладагента для глубокой заморозки в медицине, биологии и пищевой промышленности; 3) в качестве основного сырья для крупнотоннажного синтеза аммиака, который далее используется для производства удобрений и других химических соединений.