氮 nitrogen
氮元素
化學元素，元素符號N，原子序數7，原子量14.0067，屬于周期系V A族。
1772年D.盧瑟福首先發現氮氣。同年C.W.舍勒第一個提出氮氣為空氣成分之一，并用硫磺和鐵粉的混合物來吸收空氣中的氧，得到了氮氣。后來A.-L.拉瓦錫將氮認定為元素，命名為azote，意指它是一種不能支持生命的氣體，氮的拉丁名nitrogenium來自英語的nitrogen，意指“硝之源”。
1.存在
氮在地殼中的含量為0.0046％（重量），自然界中絕大部分氮以單質分子的形式存在于大氣中，約占空氣體積的78.1％。氮是植物和動物有機生命的重要組成部分。按質量計，蛋白質中氮約占15％左右。氮最重要的礦物的硝酸鹽，如智利硝石（硝酸鈉）、印度鉀硝石（硝酸鉀）等。
硝石
2.同位素
氮有兩種天然存在的穩定同位素和，它們的豐度比為273:1。其他物種同位素、、、和均為放射性同位素，壽命最長的的半衰期接近10秒。對于大多數化學實驗，因氮的放射性同位素壽命太短，所以有關同位素效應及示蹤的研究大都采用同位素。
氮原子
3.氮循環
氮參與自然界的物質循環。大氣中的氮經由生物引起的一些復雜的轉化反應，使氮能被動植物所利用，進而維持動植物的生命。
閃電可使氮和氧發生化學反應
氮循環可以分為下列各階段：氮的固定是使氮轉化為無機氮化物的過程，是由某些細菌和藍綠藻完成的，少量氮是由閃電、紫外輻射以及哈伯-博施法合成氨工業固定的；氮固定生成的氨和硝酸鹽被水藻和植物吸收、同化為特殊的組織化合物，隨后被動物食用，轉化成體內的物質；所有生物體及排泄物又被微生物分解為氨和硝酸鹽，又再參與植物和動物體內的同化、吸收、氨化-硝化的循環過程。
人工固氮的重大成就：合成尿素
4.物理性質
在常溫、常壓下為無色、無臭、無味氣體，熔點-210.00℃，沸點-195.79℃，密度1.145克/升；微溶于水，1毫升水能溶解0.023毫升氮氣（0℃）。人吸入的氮氣微溶于血液中，隨壓力增加，溶解量增大，當潛水員、潛箱工作人員回到地面，空氣壓力降低過快時，便有氮氣泡從血流中逸出，會引起潛水病。
常用的冷源：液氮
5.化學性質
氮原子的電子組態為，由兩個氮原子形成的單分子中，有一個σ鍵和兩個π鍵，分子結構為。單分子的總鍵能為941.7千焦/摩，這正是單分子非常穩固的原因。
氮與其他元素化合時，可表現為-3、-2、-1、 1、 2、 3、 4和 5氧化態，其中常見的氧化態為-3、 3和 5。
氧化二氮
氮在常溫、常壓下，性質比較穩定；但在一定外界條件下，也能發生一些化學反應。氮能參與的化學反應主要有：
①氮與金屬元素的反應。堿金屬鋰、堿土金屬在高溫下與氮化合生成氮化物，如
另外，鉛、鍺、過渡金屬、鈧、釔、鑭系元素、釷、鈾、钚等，在高溫下也能和氮反應，生成金屬氮化物。
②氮與非金屬元素的反應。在高溫、高壓和有催化劑條件下，氮和氫反應生成氨；氮與氧在一定條件下生成一氧化氮、二氧化氮等氧化物；氮與熾熱的碳反應生成，與碳、氫在1900K時緩慢反應生成氫氰酸；100℃、102.9千帕放電時，與硫生成一系列硫化物的混合物。
一氧化氮
③氮與化合物的反應。氮與碳化鈣反應，生成氰氨化鈣；氮與石墨和碳酸鈉在900℃反應，生成氰化鈉；在1500℃氮與乙炔反應，生成氰化氫。
6.化合物
6.1.氧化物
氮和氧可形成的氧化物有氧化二氮、氧化氮、、、、。
二氧化氮
①三氧化二氮。常溫下為氣體，冷卻時轉變為藍色液體，低于-101.1℃時凝聚為淡藍色晶體。常壓下3℃開始分解，生成和，25℃已有90％分解。溶于水，生成亞硝酸；溶于堿，生成亞硝酸鹽。用和氣體混合，冷卻至-21℃即凝聚為；在實驗室可將硝酸逐滴加入到三氧化二砷中制備。
②二氧化氮和四氧化二氮。是紅棕色、刺激性、會使人窒息的氣體，在加壓下于21.15℃轉變為亮黃色液體，于-9.3℃這邊為無色晶體。氣態密度為1.880克/升，液態為1.49克/立方厘米（0℃），臨界溫度158℃，臨界壓力99大氣壓。氣態時，一般情況下是以和的混合物形式存在，并存在下列平衡：
降低溫度、增加壓力，平衡向右移動。平衡體系在低于熔點時完全由無色的的分子組成，溫度升高至沸點時，變為深紅棕色液體，其中含0.1％，此時氣相中占15.9％；100℃時在氣相中的含量上升到90％（均為體積分數）；到150℃時全部分解為；溫度高于150℃時，也開始分解；600℃時全部分解為和。和水反應，生成硝酸和一氧化氮；和堿反應，生成等摩爾的硝酸鹽與亞硝酸鹽。
四氧化二氮
和都是強氧化劑，和碳、硫、磷、有機物等反應時發生燃燒，與氨反應發生爆炸。工業上用空氣氧化一氧化氮來制備二氧化氮，實驗室則用硝酸鹽熱分解制備少量二氧化氮。將氨氧化法制得的硝酸加熱，使析出，冷凝后得到94％～96％的液態，經精餾，純度可達99.5％。廣泛用作雙組元推進劑中的氧化劑，用于運載火箭、導彈和航天飛機。
③五氧化二氮。唯一的固態氮氧化物，由直線形（硝酰）離子和平面三角形的粒子組成，白色，斜方晶系，密度2.0克/立方厘米，33℃升華。氣態時不穩定，易揮發、易潮解，室溫下緩慢分解為和。是硝酸的酸酐，溶于水生成硝酸。它具有強氧化性，能將氧化為；能與許多有機化合物發生劇烈反應。將硝酸脫水或用臭氧氧化均可制備。
五氧化二氮
所有氮的氧化物都具有生理活性，和的混合物是麻醉劑，濃度大時可使人窒息；作用于神經中樞，濃度大時可使氧合血紅蛋白轉變為變形血紅蛋白；和具有刺激性，嚴重時可引起低血壓等疾病。在含有氮氧化物的環境中長時間工作，會引起慢性中毒。
6.2.硫氰化物
又稱硫氰酸鹽，是一類含有硫氰根（）離子的化合物。易與金屬離子形成配位化合物，如血紅色的（配位數n可由1至6）、藍色的（溶于丙酮或戊醇）等。因這些配合物多數都具有特征性的顏色，所以常用來鑒定金屬離子。
硫氰酸鐵為紅色
①硫氰化銨。無色晶體，單斜晶系，片狀或層柱狀結晶，熔點149℃，密度1.3克/立方厘米。易溶于水，溶解度181克/100克水（25℃）；易溶于乙醇、液氨、丙酮等溶劑中。加熱至140℃左右形成硫脲；170℃分解，生成氨、二硫化碳和硫化氫；易潮解，應密封儲存。將二硫化碳和稍過量的液氨同水混合，在5880帕、100℃條件下反應，制備硫氰化銨。它是制備雙氧水的輔助原料，在染料工業及有機合成中作催化劑，也是常用的分析試劑。
②硫氰化鈉。無色晶體，斜方晶系，結晶狀或粉末狀；熔點287℃，密度1.5克/立方厘米。易溶于水，溶解度151克/100克水（25℃）；易溶于乙醇、丙酮等。與濃硫酸反應，生成黃色硫酸氫鈉，與銀鹽或銅鹽反應，生成白色硫氰酸銀沉淀或黑色硫氰酸銅沉淀。在空氣中易潮解。主要用作聚丙烯腈纖維抽絲劑，化學分析試劑、彩色電影膠片沖洗劑。
③硫氰化鉀。無色晶體，單斜晶系，熔點173℃，密度1.88克/立方厘米。易溶于水，溶解度238克/100克水（25℃）；易溶于乙醇、丙酮；500℃開始分解。硫氰化銨和碳酸鉀在105℃反應，可制備硫氰化鉀。它主要用于電鍍工業的退鍍劑、工業用制冷劑、化學用分析試劑、彩色電影膠片沖洗劑等。
6.3.雷酸和雷酸鹽
雷酸的化學式為，結構式為。它與氰酸和異氰酸為同分異構體，化學性質極不穩定。雷酸鹽是雷酸與堿反應的產物，是含有根的化合物，其中以雷酸汞（雷汞）最為常見。
雷酸汞為深棕色晶體，溶于熱水、乙醇和氨水；在干燥情況下，受輕微摩擦、撞擊或加熱即可爆炸，故必須在低溫下儲存。用濃硝酸、乙醇和汞反應可制得雷酸汞。在工業及軍事上可作雷管藥帽。
7.制法
工業上主要利用液態氮和液態氧的沸點不同，采用液態空氣分步驟蒸餾法制取氮氣。氮的沸點（-195.79℃）比氧（-182.95℃）低，首先蒸發出來。將其在15～20兆帕壓力下裝入鋼瓶中儲存。
利用具有選擇性吸附氧能力的分子篩吸附劑，在變壓吸附和脫吸附的裝置中，可以進行空氣分離，分別制取純氧和純氮。制備少量純氮是以含氮化合物為原料，利用加熱分解或化學反應方法，如加熱亞硝酸銨水溶液、加熱重鉻酸銨晶體或疊氮化鋇等；氨和溴水反應，氨和氧化銅反應都能制備純凈氮氣。
8.應用
氮是植物生長所必需的營養元素之一，是氮肥和各種復合肥料的主要組分，是動植物體內蛋白質的重要成分，故稱之為生命元素。氮在化學工業、石油工業、電子工業、食品工業、金屬冶煉及加工等工業用途十分光廣泛。
①作為化工原料。氮是生產合成氨、氰氨化鈣、氰化物、氮化物、肼、硝酸等化工產品的主要原料。
②作為惰性介質。氮的化學性質穩定，價格便宜，廣泛用作惰性介質，如無氧操作中的保護氣體，使化學性質活潑的物質不被氧化和減少設備腐蝕；在聚合反應中充入氮氣能保護催化劑的活性；在鋼材軋制和金屬熱處理時充入氮氣，可減少金屬在高溫下的氧化；在玻璃生產過程中充入氮氣，可減少水汽污染，使玻璃表面光亮；在水果蔬菜倉庫內充入氮氣，能延長保存期；用氮和氬和混合氣充填燈泡，可延長燈泡的使用壽命等。
③作為冷源。液氮氣化溫度低、無毒且不燃燒、用后無殘留，廣泛用于各行業的冷源，如冷凍食品；冷凍保存動物精液、人體組織、皮膚；用液氮灼燒法除去皮膚異物的外科手術有出血少、不痛苦、不易感染等優點；用作各種冷阱、冷泵及低溫超導的冷源等。
④主要用作示蹤原子，用于化學、生物學及固氮機理的研究中；具有比一般氮低的中子吸收截面，已應用于核反應堆中。
摘自：《中國大百科全書（第2版）》第4冊，中國大百科全書出版社，2009年
