安全生产相关常见气体的物理性质
一.空气
正常的空气成分:按体积分数计算是:氮(N2)占78.08%,氧(O2)占20.95%,氩(Ar)占0.93%,二氧化碳(C02)占0.03%,还有微量的惰性气体,如氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等。臭氧(O3)、氧化氮(NO)、二氧化氮(NO2) 。简单讲就是:氮气78%,氧气21%,稀有气体0.94%,CO2 0.03%,排放到空气中的气体污染物较多的是二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳。
空气的密度:是指在一个标准大气压下,每立方米空气所具有的质量(千克),它的大小与气温、海拔等因素有关,海拔越高密度越低,我们一般采用的空气密度是指在0摄氏度、绝对标准指标下,密度为1.293kg/m3 ,通常情况下,即20摄氏度时,取1.205kg/m3。
空气密度表
绝对压力 | 空气温度 | 空气密度 | 绝对压力 | 空气温度 | 空气密度 |
Mpa | 摄氏度 | Kg/m3 | Mpa | 摄氏度 | Kg/m3 |
0.1 | 25 | 1.1691 | 1.4 | 25 | 16.367 |
0.2 | 25 | 2.3381 | 1.5 | 25 | 17.537 |
0.3 | 25 | 3.5073 | 1.6 | 25 | 18.706 |
0.4 | 25 | 4.6764 | 1.7 | 25 | 19.875 |
0.5 | 25 | 5.8455 | 1.8 | 25 | 21.044 |
0.6 | 25 | 7.0146 | 1.9 | 25 | 22.213 |
0.7 | 25 | 8.1837 | 2.0 | 25 | 23.382 |
0.8 | 25 | 9.3528 | 2.1 | 25 | 24.551 |
0.9 | 25 | 10.522 | 2.2 | 25 | 25.720 |
1.0 | 25 | 11.691 | 2.3 | 25 | 26.889 |
1.1 | 25 | 12.860 | 2.4 | 25 | 28.058 |
1.2 | 25 | 14.029 | 2.5 | 25 | 29.228 |
1.3 | 25 | 15.198 |
二.氮气
(一)物理性质:氮气是空气的主要成份,在常况下是一种无色无味无臭的气体,且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%(体积分数),在标准情况下的气体密度是1.25g/L,氮气在水中溶解度很小,在常温常压下,1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。常温下为气体,氮气是难液化的气体,在标准大气压下,冷却至-195.8℃时,变成没有颜色的液体,冷却至-209.86℃时,液态氮变成雪状的固体。
(二)化学性质:对成键有贡献的是三对电子,即形成两个π键和一个σ键。由于N2分子中存在叁键N≡N,所以N2分子具有很大的稳定性,将它分解为原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的双原子分子中最稳定的,氮气的相对分子质量是28。氮气的化学性质很稳定,常温下很难跟其他物质发生反应,但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化,用来制取对人类有用的新物质。在工业生产中,通常采用黑色钢瓶盛放氮气。
(三)安全注意事项
1.健康危害:空气中氮气含量过高,使吸入气氧分压下降,引起缺氧窒息。吸入氮气浓度不太高时,患者最初感胸闷、气短、疲软无力;继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫喊、神情恍惚、步态不稳,称之为“氮酩酊”,可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度,患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
潜水员深潜时,可发生氮的麻醉作用;若从高压环境下过快转入常压环境,体内会形成氮气气泡,压迫神经、血管或造成徽血管阻塞,发生“减压病”。
2.防护
1、 呼吸系统防护:一般不需特殊防护。但当作业场所空气中氧气浓度低于18%时,必须佩戴空气呼吸器、氧气呼吸器或长管面具。
2、 眼睛防护:戴安全防护面罩。
3、 其它防护:避免高浓度吸入密闭操作,提供良好的自然通风条件。操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程。防止气体泄漏到工作场所空气中。搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损。配备泄漏应急处理设备。
3.应急泄漏处理:迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并进行隔离,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,不要直接接触泄漏物,尽可能切断泄漏源,防止气体在低凹处积聚。用排风机将漏出气送至空旷处;漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。
氮气不燃,用雾状水保持火场中容器冷却,可用雾状水喷淋加速液氮蒸发,但不可使用水枪射至液氮。
4.急救措施:迅速脱离现场至空气新鲜处,保持呼吸道通畅;如呼吸困难,给输氧;如呼吸心跳停止,立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术,并送医院治疗。
5.消 防 措 施
危险特性:若遇高热,容器内压增大,有开裂和爆炸的危险。
灭火方法:本品不燃,尽可能将容器从火场移至空旷处,喷水保持火场容器冷却,直至灭火结束。
7.操作注意事项:密闭操作,提供良好的自然通风条件;操作人员必须经过专门培训,严格遵守操作规程,防止气体泄漏到工作场所空气中;搬运时轻装轻卸,防止钢瓶及附件破损,配备泄漏应急处理设备。
8.储存注意事项:储存于阴凉、通风的库房;远离火种、热源,库温不宜超过30℃;储区应备有泄漏应急处理设备。
三.氧气
氧气是空气的组分之一,无色、无臭、无味。氧气比空气重,在标准状况(0℃和大气压强101325帕)下,密度为1.429克/升。氧气能溶于水,但溶解度很小。在压强为101kPa时,氧气在约-180摄氏度时变为淡蓝色液体,在约-218摄氏度时变成雪花状的淡蓝色固体。
(一).物理性质:
①色、味,态:无色无味气体(标准状况)
②熔点:-218.4℃ 沸点:-182.9℃
③密度:1.429克/升(气),1.419克/厘米3(液),1.426克/厘米3(固)
④水溶性:不易溶于水
⑤贮存:天蓝色钢瓶
(二)使用注意事项
1.过度吸氧的负作用
早在19世纪中叶,英国科学家保尔伯特首先发现,动物呼吸纯氧会引起中毒,人类也同样。人如果在大于0.05 MPa(半个大气压)的纯氧环境中,氧对所有的细胞都有毒害作用,吸入时间过长,就可能发生“氧中毒”,其机理是肺部毛细管屏障被破坏,导致肺水肿、肺淤血和出血,严重影响呼吸功能,进而使各胀器缺氧而发生损害。
在0.1 MPa(1个大气压)的纯氧环境中,人只能存活24小时,就会发生肺炎,最终导致呼吸衰竭、窒息而死。人在0.2 MPa(2个大气压)高压纯氧环境中,最多可停留1.5小时 —2小时,超过了会引起脑中毒,生命节奏紊乱,精神错乱,记忆丧失。如加入0.3 MPa(3个大气压)甚至更高的氧,人会在数分钟内发生脑细胞变性坏死,抽搐昏迷,导致死亡。
此外,过量吸氧还会促进生命衰老,原因是进入人体的氧与细胞中的氧化酶发生反应,可生成过氧化氢,进而变成脂褐素。这种脂褐素是加速细胞衰老的有害物质,它堆积在心肌,使心肌细胞老化,心功能减退;堆积在血管壁上,造成血管老化和硬化;堆积在肝脏,削弱肝功能;堆积在大脑,引起智力下降,记忆力衰退,人变得痴呆;堆积在皮肤上,形成老年斑。
四.水蒸气
水蒸气简称水汽,是水(H2O)的气体形式,当水达到沸点时,水就变成水蒸气。在海平面一标准大气压下,水的沸点为100°C或212°F或373.15°K。当水在沸点以下时,水也可以缓慢地蒸发成水蒸气。而在极低压环境下(小于0.006大气压),冰会直接升华变水蒸气。
工业生产中的水蒸气:指一定的物理条件下、特定空间的水全部以气相形态的形式存在。
自然条件下的水蒸汽,指特定空间的水存在形态是气-液二相,其中液相可以是“雾”状分散形式存在,也可以是大量液滴聚集形式存在。
大量水蒸气在空气中凝结时,常呈现一团“白气”状,“白气”常被误认为水蒸气,“白气”不是水蒸气,而是水蒸气凝结成的小水滴飘浮在空气中。
水蒸气可能会造成温室效应,是一种温室气体。
五.氢气H2
纯净的氢气是无色、无气味的气体,是密度最小的一种气体。
物理性质 :氢气是无色并且密度比空气小的气体(在各种气体中,氢气的密度最小。标准状况下,1升氢气的质量是0.0899克,比空气轻得多)。因为氢气难溶于水,所以可以用排水集气法收集氢气。另外,在101千帕压强下,温度-252.87℃时,氢气可转变成无色的液体;-259.1℃时,变成雪状固体。常温下,氢气的性质很稳定,不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时(如点燃、加热、使用催化剂等),情况就不同了。
总结为:
分子式:H2
沸点:-252.77℃(20.38K)
密度:0.09kg/m3
相对分子质量:2.016
生产方法:电解、裂解、煤制气等
六.二氧化碳
(一)物理性质
二氧化碳(carbon dioxide)俗名碳酸气,在空气中通常含量为0.03%(体积),是空气中含量占第4位的气体,分子式CO2,分子量44.01,常温下是一种无色无味气体,浓度高时略有酸味;密度为 1.997g/l(气),比空气重,是空气的1.5倍;能溶于水,会有部分生成碳酸,一体积水能溶解一体积的二氧化碳(101千帕,25℃时),20℃时每100体积水可溶88体积二氧化碳;二氧化碳的溶点-56.6℃( 5.2大气压),沸点-78.5℃(升华)。在20℃时,将二氧化碳加压到5.73×106 Pa即可变成无色液体,常压缩在钢瓶中存,在-56.6℃、5.27×105 Pa时变为固体。液态二氧化碳表面张力:约3.0dyn/cm ,粘度:0.082mm2/s(12℃) (比四氯乙烯粘度O.88mm2/s(20℃)低得多,所以液体二氧化碳更能穿透纤维); 液态二氧化碳减压迅速蒸发时,一部分气化吸热,二另一部分骤冷变成雪状固体,将雪状固体压缩,成为冰状固体,即俗你“干冰”, 也可将液体二氧化碳在常温下加压,冷凝成“干冰”, 干冰是一种低温致冷剂;“干冰”在1.013×105 Pa、-78.5℃时可直接升华变成气体。液体的二氧化碳,其密度为 1.101g/cm3,”干冰”,密度为1.56g/cm3。二氧化碳分子结构很稳定,化学性质不活泼,不会与织物发生化学反应,同时液体二氧化碳通过减压变成气体很容易和织物分离,完全省去了用传统溶剂带来的复杂后处理过程。液体CO₂和超临界CO₂均可作为溶剂,尽管超临界CO₂具有比液体CO₂更高的溶解性(具有与液体相近的密度和高溶解性,并兼备气体的低粘度和高渗透力)。但它对设备的要求比液体CO₂高。综合考虑机器成本与作CO₂为溶剂,温度控制在15℃左右,压力在5MPa左右。
二氧化碳无毒,但不能供给动物呼吸,是一种窒息性气体;二氧化碳在人类呼气中的含量为4%左右,当其浓度高达5%肘,即可刺激呼吸中枢并会使呼吸量增加二倍。在呼吸中枢发生抑制时,可用二氧化碳(5一7%)和氧(93-95%)的混合气体吸入,以作为兴奋剂。若含量达到10%时,就会使人呼吸逐渐停止,最后窒息死亡)枯井、地窖、地洞底部一般二氧化碳的浓度较高,所以在进入之前,应先用灯火试验,如灯火熄灭或燃烧减弱,就不能贸然进入,以免发生危险。
绿色植物在二氧化碳和水在光合作用下,可以合成有机物,二氧化碳也是大气中的可变成分之一,在近地表大气中的体积百分比为0.0001—0.001,平均为0.00033( 1976年)。现代人类由于大量使用石化燃料和大量砍伐森林,致使大气中二氧化碳的浓度不断增加。科学家认为它是造成温室效应的主要来源,它将对全球气候产生巨大影响,正在引起人们的关注。
(二)化学性质
二氧化碳化学性质稳定,一般情况不会分解放出氧气,没有可燃性,不支持燃烧,但活泼金属却可在二氧化碳中燃烧,如点燃的镁条可在二氧化碳中燃烧生成氧化镁和碳。CO2能与水反应生成碳酸,而使紫色石蕊试液变成红色:
二氧化碳是酸性氧化物,可跟碱或碱性氧化物反应生成碳酸盐。跟氨水反应生成碳酸氢铵。绿色植物能将二氧化碳跟水在光合作用下合成有机物。二氧化碳可用于制造碳酸氢铵、小苏打、纯碱、尿素、铅白颜料、饮料、灭火器以及铸钢件