Secondo Wikipedia, abbiamo questo metodo di laboratorio:

$$ \ ce {NH4Cl (aq) + NaNO2 (aq) → N2 (g) + NaCl (aq) + 2 H2O (l)} $$

Anche per Wikipedia, questo metodo genera piccole quantità di impurità di $ \ ce {NO } $ e $ \ ce {HNO3} $ , che possono essere eliminati facendo passare il gas attraverso il dicromato di potassio $ \ ce {(K2Cr2O7)} $ disciolto in acido solforico $ \ ce {(H2SO4)} $

Entrambi cloruro di ammonio e il nitrito di sodio sono sostanze chimiche ragionevolmente disponibili e gli altri prodotti (sale da cucina e acqua) sono innegabilmente sicuri. L'acido solforico potrebbe essere un po 'più difficile da ottenere a seconda di dove vivi, e il bicromato di potassio sarà il più difficile dato che l'uso di cromo esavalente è scoraggiato (e dovresti cercare procedure per ridurre il $ \ ce {Cr2O7 ^ {- 2}} $ a $ \ ce {Cr2O3} $ ). Ma per il resto, questo sembra l'approccio migliore.

Potresti provare una semplice procedura in due passaggi. Prendi un po 'd'aria, brucia del materiale ricco di carbonio fino a quando non si verifica ulteriore combustione. Quindi passare il gas rimanente attraverso una soluzione alcalina per rimuovere l'anidride carbonica. Il gas rimanente sarà più del 95% di azoto.

E lo ottieni senza prodotti chimici costosi.

Un altro metodo classico per la preparazione di $ \ ce {N2} $ in laboratorio che non è stato ancora menzionato è la deidrogenazione ossidativa dell'ammoniaca in azoto, tipicamente con l'aiuto di ossidi di metalli di transizione, ad esempio:

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

La reazione con l'ossido di rame (II) è considerata canonica ed è spesso elencata nei libri di testo e nei manuali di laboratorio, ad esempio A Text-book of Practical Chemistry [1, p. 6] del 1921 descrive questo processo come segue:

L'azoto si ottiene facendo passare l'aria prima attraverso · 880 ammoniaca e poi su torniture di rame roventi. L'ossigeno dell'aria viene assorbito dal rame e l'ossido di rame risultante viene immediatamente ridotto a rame dall'ammoniaca. I frequenti rinnovi del contenuto del tubo di rame sono così del tutto evitati.

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

Il gas deve essere lavato con acido solforico (1: 4) per eliminare l'eccesso di ammoniaca ed essiccato con acido solforico forte. L'uso di acido diluito per liberarlo dall'ammoniaca serve ad evitare il pericolo di un forte aumento della temperatura in caso di forte eccesso di ammoniaca.

Metodo per ottenere azoto tramite decomposizione termica di $ \ ce {NH4NO2} $ è criticata come piuttosto scomoda che potrebbe potenzialmente provocare un'esplosione.

Piccole quantità di azoto possono essere preparate riscaldando accuratamente una soluzione di nitrito di ammonio (nitrito di sodio e cloruro di ammonio in proporzioni molecolari). [...] Il metodo è sconsigliato in quanto è difficile da controllare, e l'azoto è generalmente contaminato da ossidi di azoto, soprattutto quando l'azione diventa violenta.

Invece, si può utilizza "volcano demo" ( decomposizione termica del dicromato di ammonio) come alternativa un po 'più sicura:

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

Oggigiorno varie fonti forniscono tecniche leggermente diverse per il tipo di reazione (1). Altri ossidi metallici come $ \ ce {TiO2} $, $ \ ce {V2O5} $, $ \ ce {MnO2} $, le loro miscele binarie e ternarie su substrati supportati da silice e allumina drogati con terre rare (Y, principalmente) sono in grado di ossidazione catalitica selettiva a temperature più basse [2, 3].

Riferimenti

1. Hood, GF; Carpenter, J. A. Un libro di testo di chimica pratica; J. & A. Churchill, 1921. ( Google Libri).
2. Li, Y .; Armor, JN Catalisi applicata B: ambientale 1997 , 13 (2), 131-139 DOI: 10.1016 / S0926-3373 (96) 00098-7.
3. Gang, L .; van Grondelle, J .; Anderson, B. G .; van Santen, R. A. Journal of Catalysis 1999 , 186 (1), 100-109 DOI: 10.1006 / jcat.1999.2524.

C'è un modo incredibilmente semplice, economico e facile per produrre azoto con una purezza vicina al 99% se non è necessario comprimerlo. Ho usato questo metodo nei miei esperimenti di chimica quando avevo bisogno solo di modeste quantità di azoto o quando ho bisogno di fare reazioni in assenza di ossigeno reattivo.

Acquista semplicemente scaldamani da Walmart o da molte altre fonti. Usa una borsa grande e resistente e richiudibile e riempila come meglio puoi con aria normale e incontaminata. Metti lo scaldamani lì dentro e assorbirà quasi tutto l'ossigeno, lasciandoti con circa l'1% di "tutti gli altri gas" che si trovano naturalmente nell'atmosfera. Personalmente, incollo un piccolo tubo di gomma ermetico (un tubo dai gorgogliatori dell'acquario, che si trova anche a Walmart o in qualsiasi negozio di animali) quindi lo chiudo con una piccola ma robusta fascetta a molla (anche se altri morsetti saranno dovuti). Ho scoperto che lo scaldamani può asciugarsi prima che perda la sua capacità di assorbire O2, quindi ho tagliato un'estremità aperta, lo ho sigillato con morsetti per bucato (solo per evitare che il contenuto fuoriesca, facendo un pasticcio) e lo spruzzo LEGGERMENTE ora e poi con la nebbia di una bottiglia vagante. Tuttavia, se non sei preoccupato per il carbonio, la polvere di ferro e il sale da cucina contenuti in questi pacchetti (tutti molto innocui) puoi aprire il pacchetto e scaricarlo sul fondo del sacchetto e spruzzare come descritto sopra una volta in un mentre. Saresti sorpreso di quanto durano e quante borse piene di azoto puoi ottenere da un solo pacchetto di scaldamani. Se non sei preoccupato di aggiungere calore in eccesso al tuo esperimento spurgato con O2, metti semplicemente lo scaldamani nella borsa contenente il becher incluso. Altrimenti, puoi spurgare l'aria da una sacca diversa, da un recipiente, inserendo il tubo e comprimendo la sacca riempita di azoto.

Secondo Wikipedia puoi generare azoto puro riscaldando azoturi metallici, che emettono azoto e metallo. La sodio azide non è molto costosa.

$$ \ ce {2NaN_3 ->2Na + 3N_2} $$

Tuttavia, come ci si potrebbe aspettare, questa potrebbe non essere una reazione molto sicura in quanto la prima reazione che mi è venuta in mente quando hai chiesto una reazione con una grande resa di azoto gassoso è quella del TNT, anche se non dare una resa pura come hai richiesto. Anche le azidi sono esplosive. La sodio azide è utilizzata negli airbag delle auto e negli scivoli di fuga degli aerei dove questa reazione esatta viene utilizzata per gonfiare rapidamente queste caratteristiche di sicurezza. Il sodio metallico formato viene quindi fatto reagire ulteriormente a composti di sodio meno pericolosi.

Per generare azoto potresti mescolare nitrato di potassio, acido cloridrico e zinco: genererebbe azoto e i sottoprodotti saranno cloruro di zinco, cloruro di ammonio e cloruro di potassio. L'azoto verrebbe miscelato con alcuni vapori di HCl, che potresti rimuovere facendolo gorgogliare in acqua.

La combustione del monossido di diazoto può anche produrre azoto.

Decomposizione termica del nitrito di ammonio: $$ \ ce {NH4NO2 -> N2 + H2O} $$

Il dicromato di ammonio reagito con il calore produce un solo prodotto gassoso, l'azoto. Filtrare attraverso un gorgogliatore per estrarne le particelle. Vedi Wikipedia sotto Ammonio Dicromato per l'equazione di reazione e la stechiometria.