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名稱和歷史

氮一般被認(rèn)為是被蘇格蘭物理學(xué)家丹尼爾·盧瑟福在1772年發(fā)現(xiàn)的。他發(fā)現(xiàn)將生物放入其中都會(huì)窒息而死，因而將氮?dú)饨凶?有害氣體（noxious air） 或 固定空氣（fixed air） 。 盧瑟福清楚空氣中有一種成分不支持燃燒。當(dāng)時(shí)，卡爾·威廉·舍勒，亨利·卡文迪什和約瑟夫·普利斯特里也都在研究氮?dú)?。他們將它稱為 燃燒氣（burnt air） 或 燃素 。氮?dú)夂懿换钴S，因此被拉瓦錫稱為 有毒氣體 （法： air méphitique ）或 azote 。azote源于希臘詞 ?ζωτο? （ azotos ），意思是 "無生命的"。 在氮?dú)饫?，?dòng)物死亡，火焰熄滅。拉瓦錫所給的氮?dú)獾拿直挥糜诤芏喾N語言（法語，意大利語，波蘭語，俄語，阿爾巴尼亞語，等等），并且還處在于英語的一些化合物的常用名字里，比如肼和疊氮化合物。

英語單詞 nitrogen （1794）來自于法語單詞 nitrogène ，是由法國(guó)化學(xué)家 讓-安托萬·沙普塔 （ 英語 ： Jean-Antoine Chaptal ） 將希臘語"nitron"（硝酸鈉）與法語 gène （生成）相結(jié)合后制造出來的新詞。氮?dú)獬Ｔ谙跛釟怏w中被發(fā)現(xiàn)。沙普塔的意思是，氮?dú)馐窍跛岬囊粋€(gè)組成部分，是由硝石（nitre）（硝酸鉀）產(chǎn)生的。

德文中便直接以sticken（導(dǎo)致窒息）和Stoff（物質(zhì)）組合，命名為Stickstoff（導(dǎo)致窒息的物質(zhì)），日文及韓文便自此將之意譯為“窒素”。

19世紀(jì)70年代化學(xué)家徐壽將H、O、N、F、Cl譯為輕氣、養(yǎng)氣、淡氣、弗氣、氯氣，直至1933年，化學(xué)家鄭貞文在其主持編寫出版的《化學(xué)命名原則》一書中改成氫、氧、氮、氟、氯，一直沿用到現(xiàn)在。 中文名稱“氮”有沖淡氣體的意思。

氮化合物早在中世紀(jì)就廣為人知了。煉金師知道硝酸是 aqua fortis （強(qiáng)水）。硝酸和鹽酸的混合物被稱做 aqua regia （王水）, 因?yàn)樗梢匀芙恻S金（金屬之 王 ）。最早的在軍事，工業(yè)和農(nóng)業(yè)上得氮化合物的應(yīng)用是硝石（硝酸鈉或硝酸鉀）的使用，尤其是在火藥中和作為肥料。1910年，瑞利男爵發(fā)現(xiàn)在氮?dú)庵蟹烹娍梢援a(chǎn)生“活性氮”，一種氮的單原子同素異形體。由他的儀器中產(chǎn)生的“明黃色的旋轉(zhuǎn)的云”與汞反應(yīng)后生成爆炸性的氮化汞。

有相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，氮化合物的來源很有限。它們的自然來源要么是生物學(xué)，要么是大氣反應(yīng)生成的硝酸鹽的沉積。對(duì)肥料的需求日益增長(zhǎng)促進(jìn)了氮化合物的工業(yè)化生產(chǎn)。工業(yè)化的固氮過程（如奧斯特瓦爾德法和 氰氨法 （ 英語 ： Frank-Caro process ） ）消除了氮化合物的短缺。1910年代哈柏法的發(fā)現(xiàn)和工業(yè)化應(yīng)用徹底改變了氮化合物的供應(yīng)，對(duì)食品生產(chǎn)產(chǎn)生了很大影響，使得養(yǎng)活全世界日益增長(zhǎng)的人口成為可能。

屬性

氮?dú)馐欠墙饘?，其電?fù)性為3.04。 氮原子的外層有5個(gè)電子，因此它在絕大多數(shù)化合物中都是三價(jià)的。分子氮（ N 2 ）的叁鍵是最強(qiáng)的化學(xué)鍵之一，導(dǎo)致將 N 2 轉(zhuǎn)化為其他氮化合物非常困難，而較容易將化合物形態(tài)的氮元素轉(zhuǎn)化為氮單質(zhì)。后者的轉(zhuǎn)化通常伴有大量能量釋放，在自然和人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中占有重要的地位。

在1個(gè)大氣壓下，分子氮在77K（?195.79°C）時(shí)凝結(jié)（液化），在63K（?210.01°C）時(shí)凝固 成為β相的 六方密積 （ 英語 ： Close-packing of equal spheres ） 結(jié)構(gòu)的晶體形態(tài)的同素異形體。在35.4K（?237.6°C）以下，氮被認(rèn)為是立方晶體形態(tài)的同素異形體（被稱為α相）。 液氮是像水一樣的流體，但僅有水密度的80.8% （液氮在其沸點(diǎn)時(shí)的密度是0.808g/mL），是常用的制冷劑。

氮的不穩(wěn)定的同素異形體包含有多于2個(gè)氮原子（比如 N 3 和N 4），可以在實(shí)驗(yàn)室中制得。 在利用 金剛石對(duì)頂砧 （ 英語 ： diamond anvil cell ） 得到的極端高壓（110多萬atm）和高溫（2000K）下，氮被聚合成單鍵的立方偏轉(zhuǎn)的晶體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)于鉆石的結(jié)構(gòu)類似，都具有很強(qiáng)的共價(jià)鍵。因此 N 4 的別名為“氮鉆石”。

其他的被預(yù)測(cè)出得氮的同素異形體有六氮苯（ N 6 ，類似于苯） 和八氮立方烷（ N 8 ，類似于立方烷）。 前者被預(yù)言為高度不穩(wěn)定，而后者被推測(cè)因?yàn)檐壍缹?duì)稱的原因會(huì)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定。

同位素

已發(fā)現(xiàn)的氮的同位素共有十七種，包括 N至 N，其中只有 N和 N是最穩(wěn)定的。最常見的是 N（99.634%），是在恒星的碳氮氧循環(huán)過程中產(chǎn)生的。 在其他人工合成的同位素中， N的半衰期是10分鐘，其他的同位素的半衰期都是以秒計(jì)或更短。

生物介導(dǎo)反應(yīng)（例如同化，硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)）牢牢地控制著土壤的氮?jiǎng)恿W(xué)。這些反應(yīng)一般會(huì)導(dǎo)致基質(zhì)的 N富集和產(chǎn)物的 N消耗。

地球大氣中的氮?dú)獾囊恍〔糠郑?.73%）是 同位素體 （ 英語 ： isotopologue ） N N，其余的大部分是 N 2 。

電磁光譜

  氮放電（光譜）管

分子氮（ N 2 ）是對(duì)紅外的和可見光的輻射是十分透明的。因?yàn)樗峭朔肿?，因此沒有偶極矩去在這些波長(zhǎng)上來耦合電磁輻射。顯著地吸收發(fā)生在極端紫外的波長(zhǎng)高于100納米的波段。 這一般伴隨著電子躍遷，發(fā)生在那些內(nèi)部氮原子之間電荷分布不均的氮分子之間。氮的光吸收導(dǎo)致了在地球高層大氣中和其它行星大氣中的顯著地紫外輻射吸收。因?yàn)橥瑯拥卦?，純分?氮激光器 （ 英語 ： nitrogen laser ） 一般發(fā)出在紫外波段的光。

氮通過電子碰撞激發(fā)的電子流而對(duì)地球高層大氣里地可見的大氣光有所貢獻(xiàn)。這種可見的藍(lán)色大氣光（在極地的極光中以及返航的航天器的返航光中可見）一般不是來自于分子氮，而是源于自由氮原子結(jié)合氧生成一氧化氮（NO）的過程。

氮?dú)庖矔?huì)展示出 閃爍 （ 英語 ： Scintillation (physics) ） 。

制備

工業(yè)法：液態(tài)空氣分餾，N 2 沸點(diǎn)低于O 2 先汽化，但無法得純N 2 。也可以通過機(jī)械方法（例如加壓反滲透膜和 變壓吸附法 （ 英語 ： Pressure Swing Adsorption ） ）處理氣態(tài)空氣得到氮?dú)?。商品化氮?dú)獬３Ｊ侵谱鞴I(yè)用氧氣時(shí)的副產(chǎn)品。工業(yè)氮?dú)獗粔嚎s后都用黑色鋼瓶裝，常被稱為OFN（oxygen-free nitrogen，無氧氮?dú)猓?

實(shí)驗(yàn)法：

1.氯化銨混合亞硝酸鈉加熱：

2.純空氣通過銅粉或銅絲網(wǎng)去氧：

3.氨氣通過氧化銅：

高純度的氮?dú)饪梢酝ㄟ^疊氮化鋇或疊氮化鈉的熱分解反應(yīng)得到：2 NaN 3 → 2 Na + 3 N 2

用途

廉價(jià)的惰性保護(hù)氣，用于金屬煉制及高溫合成時(shí)的簡(jiǎn)單保護(hù)性氛圍（其性能不及氦氣及氬氣）；高溫下用于合成氮化物（如氮化硅陶瓷、氮化硼等）。亦其化合物亦有用于農(nóng)業(yè)，如氮肥。液態(tài)氮有時(shí)用于冷卻。此外，氮是包裝食品的填充氣體，用于保持包裝外形避免擠壓損壞，同時(shí)更重要的，隔絕氧氣而使食物不變壞。

氧化物

氮可以形成多種不同的氧化物。在氧化物中，氮的氧化數(shù)可以從+1到+5。其中以NO和NO 2較為重要。

氮的氧化物的性質(zhì)如下表：

參見

氮族元素

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