Nitơ (chữ Hán: khí Đạm) là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn các nguyên tố có ký hiệu N và số nguyên tử bằng 7. Ở điều kiện bình thường nó là một chất khí không màu, không mùi, không vị và khá trơ và tồn tại dưới dạng phân tử N2, còn gọi là đạm khí. Nitơ chiếm khoảng 78% khí quyển Trái Đất và là thành phần của mọi cơ thể sống. Nitơ tạo ra nhiều hợp chất quan trọng như các axít amin, amôniắc, axít nitric và các xyanua.
Nitơ là một phi kim, với độ âm điện là 3,0. Nó có 5 điện tử trên lớp ngoài cùng, vì thế thường thì nó có hóa trị ba trong phần lớn các hợp chất. Nitơ tinh khiết là một chất khí ở dạng phân tử không màu và không tham gia phản ứng hóa học ở nhiệt độ phòng. Nó hóa lỏng ở nhiệt độ 77 K (-196°C) trong điều kiện áp suất khí quyển và đóng băng ở 63 K (-210°C). Nitơ lỏng là chất làm lạnh phổ biến.
Ứng dụng của khí Nitơ (khí N2)
Hợp chất nitơ
Phân tử nitơ trong khí quyển là tương đối trơ, nhưng trong tự nhiên nó bị chuyển hóa rất chậm thành các hợp chất có ích về mặt sinh học và công nghiệp nhờ một số cơ thể sống, chủ yếu là các vi khuẩn (xem Vai trò sinh học dưới đây). Khả năng kết hợp hay cố định nitơ là đặc trưng quan trọng của công nghiệp hóa chất hiện đại, trong đó nitơ (cùng với khí thiên nhiên) được chuyển hóa thành amôniắc (thông qua phương pháp Haber). Amôniắc, trong lượt của mình, có thể được sử dụng trực tiếp (chủ yếu như là phân bón), hay làm nguyên liệu cho nhiều hóa chất quan trọng khác, bao gồm thuốc nổ, chủ yếu thông qua việc sản xuất axít nitric theo phương pháp Ostwald.
Các muối của axít nitric bao gồm nhiều hợp chất quan trọng như xanpet (hay diêm tiêu- trong lịch sử nhân loại nó là quan trọng do được sử dụng để làm thuốc súng) và nitrat amôni, một phân bón hóa học quan trọng. Các hợp chất nitrat hữu cơ khác, chẳng hạn trinitrôglyxêrin và trinitrotoluen (tức TNT), được sử dụng làm thuốc nổ. Axít nitric được sử dụng làm chất ôxi hóa trong các tên lửa dùng nhiên liệu lỏng. Hiđrazin và các dẫn xuất của nó được sử dụng làm nhiên liệu cho các tên lửa.
Nitơ phân tử (khí và lỏng)
Nitơ dạng khí được sản xuất nhanh chóng bằng cách cho nitơ lỏng (xem dưới đây) ấm lên và bay hơi. Nó có nhiều ứng dụng, bao gồm cả việc phục vụ như là sự thay thế trơ hơn cho không khí khi mà sự ôxi hóa là không mong muốn;
- Để bảo quản tính tươi của thực phẩm đóng gói hay dạng rời (bằng việc làm chậm sự ôi thiu và các dạng tổn thất khác gây ra bởi sự ôxi hóa)
- Trên đỉnh của chất nổ lỏng để đảm bảo an toàn
Nó cũng được sử dụng trong:
- Sản xuất các linh kiện điện tử như tranzito, điôt, và mạch tích hợp (IC).
- Sản xuất thép không gỉ
- Bơm lốp ô tô và máy bay do tính trơ và sự thiếu các tính chất ẩm, ôxi hóa của nó, ngược lại với không khí (mặc dù điều này là không quan trọng và cần thiết đối với ô tô thông thường )
Ngược lại với một số ý kiến, nitơ thẩm thấu qua lốp cao su không chậm hơn không khí. Không khí là hỗn hợp chủ yếu chứa nitơ và ôxy (trong dạng N2 và O2), và các phân tử nitơ là nhỏ hơn. Trong các điều kiện tương đương thì các phân tử nhỏ hơn sẽ thẩm thấu qua các vật liệu xốp nhanh hơn.
Một ví dụ khác về tính đa dụng của nó là việc sử dụng nó (như là một chất thay thế được ưa chuộng cho điôxít cacbon) để tạo áp lực cho các thùng chứa một số loại bia, cụ thể là bia đen có độ cồn cao và bia ale của Anh và Scotland, do nó tạo ra ít bọt hơn, điều này làm cho bia nhuyễn và nặng hơn. Một ví dụ khác về việc nạp khí nitơ cho bia ở dạng lon hay chai là bia tươi Guinness.
Nitơ lỏng được sản xuất theo quy mô công nghiệp với một lượng lớn bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng và nó thường được nói đến theo công thức giả LN2. Nó là một tác nhân làm lạnh (cực lạnh), có thể làm cứng ngay lập tức các mô sống khi tiếp xúc với nó. Khi được cách ly thích hợp khỏi nhiệt của môi trường xung quanh thì nó phục vụ như là chất cô đặc và nguồn vận chuyển của nitơ dạng khí mà không cần nén. Ngoài ra, khả năng của nó trong việc duy trì nhiệt độ một cách siêu phàm, do nó bay hơi ở 77 K (-196°C hay -320°F) làm cho nó cực kỳ hữu ích trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn trong vai trò của một chất làm lạnh chu trình mở, bao gồm:
- Làm lạnh để vận chuyển thực phẩm
- Bảo quản các bộ phận thân thể cũng như các tế bào tinh trùng và trứng, các mẫu và chế phẩm sinh học.
- Trong nghiên cứu các tác nhân làm lạnh
- Để minh họa trong giáo dục
- Trong da liễu học để loại bỏ các tổn thương da ác tính xấu xí hay tiềm năng gây ung thư, ví dụ các mụn cóc, các vết chai sần trên da v.v.
Nitơ lỏng có thể sử dụng như là nguồn làm mát để tăng tốc CPU, GPU, hay các dạng phần cứng khác.
