氮是一种化学元素，它的化学符号是N，原子序数7。氮元素在自然界中以单质形态存在，即氮气（N2），是一种无色、无味、惰性的气体，是地球大气中含量最多的元素，约占大气总体积的78%。氮在生物体中扮演重要角色，是蛋白质、核酸等生命大分子的组成部分。氮循环是生态系统中的重要环节，包括固氮、氨化、硝化、反硝化等过程。工业上，氮用于生产化肥、硝酸、炸药等，液态氮还广泛应用于冷冻、医疗等领域。氮的化合物多样，对人类生活和科学研究具有重要意义。

研究简史

1674年，英国医生约翰·马约（John Mayow）证明了空气不是由单一的元素而是由不同的物质组成的。他通过展示只有一部分空气可燃而大部分不可燃来证明上述说法。

大约一个世纪后，苏格兰化学家约瑟夫·布莱克（Joseph Black）和丹尼尔·卢瑟福（Daniel Rutherford）对空气进行了更详细的研究。通过一系列步骤彻底去除了空气中的氧气和二氧化碳之后，卢瑟福发现残余气体与二氧化碳类似，不可燃，也不能让生命体存活。但与二氧化碳不同的是，这种气体不溶于水和碱溶液。卢瑟福在1772年报告了他发现的这种“有害空气”，我们现在称之为氮气。

瑞典药剂师卡尔·舍勒（Carl Scheele）在1772年也独立发现了氮气，他称其为“废气”。舍勒通过多种方式去除氧气后，他发现了一种不可燃的残余气体，其体积是原始空气的三分之二到四分之三。

1790年，法国化学家让-安托万·克劳德·查塔尔（Jean-Antoine-ClaudeChaptal）将这种元素命名为“nitrogen（氮）”，因为当时的实验表明它是硝酸钾KNO3（Nitre）的一种成分。23

物理性质

氮有两种天然同位素：氮-14和氮-15，其中氮-14的丰度为99.625%。

氮通常的单质形态是氮气。它无色无味无臭，是很不易有化学反应呈化学惰性的气体，而且它不支持燃烧，微溶于水、乙醇。用于合成氨，制硝酸，用作物质保护剂，冷冻剂。

一些物理性质如下：

|| || 氮气的物性数据

化学性质

N原子的价电子层结构为2s22p3，即有3个成单电子和一对孤电子对，以此为基础，在形成化合物时，可生成如下三种键型：

离子键：

N 只能与电离能小的I A族和II A族的金属形成离子型氮化物，获得3个电子而形成N3-离子。

金属与氮气作用时 的反应条件不同，锂在常温下就与氮气直接反应，但反应速率很慢，有实际意义的反应温度高于250无须空格℃有明显反应。 II A族金属都要在加热的条件下才与氮气化合，如与Ca反应温度为410 ℃，与Sr反应温度为380 ℃。

N3-离子的负电荷较高，半径较大（171pm），遇到水分子会强烈水解，因此的离子型化合物只能存在于干态，不会有N3-的水合离子。

共价键

N原子同电负性较高的非金属形成化合物时，形成如下几种共价键：

⑴ N原子采取sp3杂化态，形成三个共价键，保留一对孤电子对，分子构型为三角锥型，例如NH3、NF3、NCl3等。若形成四个共价单键，则分子构型为正四面体型，例如NH4+离子。

⑵ N原子采取sp2杂化态，形成2个共价双键和1个单键，并保留有一对孤电子对，分子构型为角形，例如Cl—N=O。（N原子与Cl原子形成一个σ键和一个π键，N原子上的一对孤电子对使分子成为角形。）若没有孤电子对时，则分子构型为三角形，例如HNO3分子或NO3-离子。硝酸分子中N原子分别与三个O原子形成三个σ键，它的π轨道上的一对电子和两个O原子的成单π电子形成一个三中心四电子的不定域π键。在硝酸根离子中，三个O原子和中心N原子之间形成一个四中心六电子的不定域大π键。这种结构使硝酸中N原子的表观氧化数为+5，由于存在大π键，硝酸盐在常况？下是足够稳定的。

⑶ N原子采取sp杂化，形成一个共价叁键，并保留有一对孤电子对，分子构型为直线形，例如N2分子和CN-中N原子的结构。

配位键

N原子在形成单质或化合物时，常保留有孤电子对，因此这样的单质或化合物便可作为电子对给予体，向金属离子配位。例如[Cu(NH3)4]2+。

氮共有九种氧化物：一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、一氧化氮二聚体（N2O2）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）、五氧化二氮（N2O5）、叠氮化亚硝酰（N4O），第九种氮的氧化物三氧化氮（NO3）作为不稳定的中间体存在于多种反应之中。56

同位素

以下是氮的同位素及其性质，

|| || 氮的同位素

分布情况

氮在自然界中绝大部分的氮是以单质分子氮气的形式存在于大气中，氮气占空气体积的78％。氮的最重要的矿物是硝酸盐。8

氮在地壳中的重量百分比含量是0.0046%，总量约达到4×1012吨。动植物体中的蛋白质都含有氮。土壤中有硝酸盐，例如KNO3。在南美洲智利有硝石矿（NaNO3），这是世界上唯一的这种矿藏。宇宙星际已发现含氮分子，如NH3、HCN等。9

制备方法

氮在自然界主要以双原子分子的形式存在于大气中，因而工业上由液态空气分馏来获得氮气。产品通常储存在钢瓶中出售。从空气分馏得到的氮气纯度约为99%，其中含少量的氧气、氩气及水等杂质。610

分馏液态空气可获得氮气：

工业上用分馏液态空气，可得纯度为99%的“普氮”（其余1%为O2及稀有气体）。普氮纯化得电子度为99.9%的高纯氮。

实验室制备少量氮气的方法很多。例如，可由固体亚硝酸铵的热分解来产生氮气：

此反应剧烈，不易控制。故常采取在饱和亚硝酸钠溶液中，滴加热的饱和氯化铵溶液，或直接温热饱和亚硝酸铵溶液的办法来得到氮气。这样制得的氮气含少量氨、一氧化氮、氧气及水等杂质。

重铬酸铵热分解也能产生氮气：

上述反应是爆发式的，但若加入硫酸盐则可控制：

将氨气通入溴水也能制备氮气。经净化除去少量氨、溴及水等杂质后，可得较纯的氮气：

氯气也可氢化氨气生成氮气:

光谱纯（99.99%）的氮气则可由小心地加热非常干燥的叠氮化钡或叠氮化钠而制得（反应剧烈，要注意控制温度，加入缓释剂）：

来源: 百度百科

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