7　氮

氮是第ⅤA族元素。氮氣在大氣中的體積分數是78%，但在火星大氣中卻不到3%。因為這種元素的化學性質不活潑，所以拉瓦錫把它命名為“azote”，意思是“無生命的”。但是，氮的化合物卻是食品、肥料和爆炸物的必備成分。氮氣是無色無味的氣體，在一般情況下化學性質不活潑。液氮也是無色無味的。

在加熱狀態下，氮氣可以與鎂、鋰或鈣直接化合。用電火花引燃氮氣和氧氣的混合物，會生成一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。在高溫高壓和適當的催化劑作用下，氮氣同氫氣可以生成氨氣（哈伯法）。有些植物，如三葉草，其根部的細菌可以把大氣中的氮“固定”下來，所以三葉草在“輪作制”中有很重要的作用。

7.1　發現史

在18世紀時，人們認為在空氣中至少包含兩種氣體：一種可以維持生命活動，而另一種卻不能。氮元素是1772年由盧瑟福發現的。盧瑟福把氮氣稱為“有毒空氣”。但是大約在同一時間，舍勒、卡文迪許、普里斯特利等人則把去除了氧氣之后的空氣稱作“燃燒后的”或“脫燃素的”空氣。

7.2　用途

? 用于合成氨（哈伯法）中，這是氮氣最重要的用途。氨也被用來生產肥料和硝酸（奧斯瓦爾德法）。

? 在電子工業中，用作生產晶體管和二極管等配件時的保護氣氛。

? 用于不銹鋼退火和其他鋼材的軋制成品。

? 可用做制冷劑，包括食品的沉浸凍結和運輸。

? 液氮在石油工業中可以用于給油井加壓，使得原油能夠向上涌出。

? 用做陸基飛機和艦載飛機的爆炸性液體儲藏罐內的保護性氣體。

7.3　制備方法

在實驗室中，從來無需自行制備氮氣。氮氣極易通過工業化途徑或室內空氣液化裝置生產。此外，還可以通過氮化鈉和重鉻酸銨的分解反應制備氮氣。這兩種反應都必須由專業人員在可控的條件下進行。

2NaN32Na+3N2

（NH4）2Cr2O7 N2+Cr2O3+4H2O

氮氣可以通過液化并分餾液態空氣的方法大量制備。這樣就可以把氮氣同氧氣以及其他氣體分離開，用這種方法可以獲得高純度的氮氣。

7.4　生物作用和危險性

氮氣在大氣中的體積分數是78%，但在火星大氣中卻不到3%。若干種礦物中都含有氮，硝石礦（硝酸鈉）是其中最重要的化合物。

氮是蛋白質（由氨基酸聚合而來）和核酸等生物分子中的關鍵成分。氮循環在自然界中是十分重要的。

氮氣是無毒的。我們呼吸的空氣中含有約78%的氮氣。然而，在原則上，純氮可以通過使人體同氧氣隔絕而導致窒息。含氮化合物，如高濃度的氨氣（NH3），是有毒的。還有一些含氮化合物有劇毒，如氰化物（CN-）。氮是肥料中的組成成分，但是含有肥料的水進入水系是導致水污染的主要原因。由燃燒產生的氮氧化物有毒，并且會導致酸雨。

7.5　化學性質

（1）氮與水的反應

氮氣不與水發生反應。在20℃（293K）和1atm（1atm=1.01325×105Pa，下同）下，氮氣在水中的溶解度是0.154g/kg水。

（2）其他

在通常狀態下，氮氣不與空氣、鹵素、酸、堿發生反應。