7　氮

氮是第ⅤA族元素。氮气在大气中的体积分数是78%，但在火星大气中却不到3%。因为这种元素的化学性质不活泼，所以拉瓦锡把它命名为“azote”，意思是“无生命的”。但是，氮的化合物却是食品、肥料和爆炸物的必备成分。氮气是无色无味的气体，在一般情况下化学性质不活泼。液氮也是无色无味的。

在加热状态下，氮气可以与镁、锂或钙直接化合。用电火花引燃氮气和氧气的混合物，会生成一氧化氮（NO）和二氧化氮（NO2）。在高温高压和适当的催化剂作用下，氮气同氢气可以生成氨气（哈伯法）。有些植物，如三叶草，其根部的细菌可以把大气中的氮“固定”下来，所以三叶草在“轮作制”中有很重要的作用。

7.1　发现史

在18世纪时，人们认为在空气中至少包含两种气体：一种可以维持生命活动，而另一种却不能。氮元素是1772年由卢瑟福发现的。卢瑟福把氮气称为“有毒空气”。但是大约在同一时间，舍勒、卡文迪许、普里斯特利等人则把去除了氧气之后的空气称作“燃烧后的”或“脱燃素的”空气。

7.2　用途

• 用于合成氨（哈伯法）中，这是氮气最重要的用途。氨也被用来生产肥料和硝酸（奥斯瓦尔德法）。

• 在电子工业中，用作生产晶体管和二极管等配件时的保护气氛。

• 用于不锈钢退火和其他钢材的轧制成品。

• 可用做制冷剂，包括食品的沉浸冻结和运输。

• 液氮在石油工业中可以用于给油井加压，使得原油能够向上涌出。

• 用做陆基飞机和舰载飞机的爆炸性液体储藏罐内的保护性气体。

7.3　制备方法

在实验室中，从来无需自行制备氮气。氮气极易通过工业化途径或室内空气液化装置生产。此外，还可以通过氮化钠和重铬酸铵的分解反应制备氮气。这两种反应都必须由专业人员在可控的条件下进行。

2NaN32Na+3N2

（NH4）2Cr2O7 N2+Cr2O3+4H2O

氮气可以通过液化并分馏液态空气的方法大量制备。这样就可以把氮气同氧气以及其他气体分离开，用这种方法可以获得高纯度的氮气。

7.4　生物作用和危险性

氮气在大气中的体积分数是78%，但在火星大气中却不到3%。若干种矿物中都含有氮，硝石矿（硝酸钠）是其中最重要的化合物。

氮是蛋白质（由氨基酸聚合而来）和核酸等生物分子中的关键成分。氮循环在自然界中是十分重要的。

氮气是无毒的。我们呼吸的空气中含有约78%的氮气。然而，在原则上，纯氮可以通过使人体同氧气隔绝而导致窒息。含氮化合物，如高浓度的氨气（NH3），是有毒的。还有一些含氮化合物有剧毒，如氰化物（CN-）。氮是肥料中的组成成分，但是含有肥料的水进入水系是导致水污染的主要原因。由燃烧产生的氮氧化物有毒，并且会导致酸雨。

7.5　化学性质

（1）氮与水的反应

氮气不与水发生反应。在20℃（293K）和1atm（1atm=1.01325×105Pa，下同）下，氮气在水中的溶解度是0.154g/kg水。

（2）其他

在通常状态下，氮气不与空气、卤素、酸、碱发生反应。