不是这样的气体

物质有三个阶段，但我们很少想到气体参与过程化学。我们在工业上销售的大多数产品都是固体或液体。我们在商业气体行业的同事可能会注意到，他们也为化工企业做出了贡献。如果没有从天然气矿床中提取的纯净而丰富的液氦，就不会有派对气球和核磁共振成像。更不用说从液态空气中蒸馏出来的氮、氧和氩了。但是在大规模化学反应中形成的气体呢?

这是你在有机化学中最先学到的反应之一，但似乎很少有人真正进行重氮盐生成反应。添加的顺序可能略有不同，但我在实验室和1000升的天平上看到过这些反应。反应是一样的——胺溶解在酸溶液中，而亚硝酸钠则在另一个容器中制备。当无色的亚硝酸钠溶液被加到酸中变成棕色时，你可能会感到惊讶——这就是NO₂在生成亚硝酸的过程中形成。更令人惊奇的是，芳香胺转化为重氮盐:两个氮原子像盘绕的弹簧一样被困住，当加入亲核试剂(如碘化物)时，它们就会以嘶嘶作响的氮气的形式离开。

然而，并不是所有重氮盐的反应都会释放这种气体。碳亲核试剂会与重氮基团本身反应，生成重氮化合物。这些染料通常是浓色的(并产生了整个合成染料家族)。这是化学的经典时刻之一，你可以窥视一个阴暗的反应堆，看到棕色反应中爆发出明亮的黄色。

在其他情况下，气体被困在试剂中。光气的中心是羰基，两侧是两个氯，是一种非常有用的合成气体。但它也是一种剧毒的化学战剂。化学家们不用全副防护装备，而是使用羰基二咪唑(CDI)，它与光气的偶联反应基本相同，但没有化学性肺炎。这些反应快速而有效——但是每消耗一个CDI分子就会产生一个二氧化碳分子，这需要加以管理。

在工厂中酸和醇之间的特定偶联反应的早期版本中，我们将执行反应检查，以确保混合物中有足够的CDI，并且它没有被反应器中的一些散失的水分破坏。有一天，反应要求增加CDI。但是，我忘了提醒操作人员要把反应堆放掉，让额外的二氧化碳逸出。幸运的是，操作员经验丰富，知道额外的天然气潜力，他在我惊慌失措的电话后指出，压力的增加可以忽略不计。

氧气是一种棘手的气体，在反应堆中几乎总是让人担心。火的三角形很简单:燃料，氧气，热量。热源很难控制，而化学的现实是，无论我们使用什么(尤其是溶剂)，都属于“燃料”的定义。正因为如此，我们总是试图将氧气拒之门外。有多种选择:简单地用氮气(或者氩气，如果你不介意额外的成本)吹扫并保持正压;或者在更敏感的情况下，用足够坚硬和足够长的真空来去除溶液中的气体，然后用氮气来缓解真空。这样做两到三次可以确保反应堆中只剩下很少的氧气——比引起火灾的氧气少得多。

但是当氧和试剂一起来的时候会发生什么呢?有这种情况的试剂并不多，但过氧化氢(35%的品种)是一种非常有用的氧化剂。例如，当与氢溴酸结合时，它可以帮助生成元素溴。它还能在一定条件下分解生成氧气。我们通常会在混合物特别浓稠的情况下进行处理，正因为如此，我们很难在过氧化氢中搅拌。一层厚厚的产品外壳会形成，导致过氧化物在外壳上堆积并分解，释放氧气。直到有人注意到氧气监测器开始显示两位数，我们才意识到。幸运的是，打开氮气流量足以解决问题……另一种气体来拯救!