氮

化學元素解釋：

性質

元素名稱：氮

元素原子量：14.01

元素類型：非金屬

發現人：丹尼爾·盧瑟福 發現年代：1772年

氮氣在加熱時，可以和鎂、鋰、鈣化合。氮氣和氧氣在電火花條件下可以形成一氧化氮(NO)，然后被氧化為二氧化氮(NO2)。在高溫高壓和適當催化劑條件下，氮氣和氫氣可以化合為氨氣(哈伯法制氨氣)。氮氣可以被一些植物(如三葉草)根部的細菌固定。因此這些植物可以被用來輪作。

無臭、無味、無色氣體。密度1.2506克/升(氣)，0.8081克/立方厘米(液)。熔點-209.86℃，沸點-195.8℃。化合價1、3和5。電離能14.543電子伏特。元素氮在常溫下對大多數普通物質的反應性都是低的，在高溫下，分子氮(N2)與鉻、硅、鈦、鋁、硼、鈹、鋇，鍶、鈣等(但不與其它堿金屬)形成氮化物;與氧形成NO，在適當高的溫度和壓力下，并有催化劑存在，與氫反應成氨;當超過1800℃，氮、碳與氫化合物形成氰化氫。放電時，氮氣能與氧氣直接化合，生成NO。

制取

在實驗室制取氮氣通常沒有必要像商業上生產或通過室內空氣液化設備來制取。然而,疊氮化物的分解是獲得氮氣的一個途徑,而重絡酸銨的分解則是另外一種用來制取氮氣的方法。兩種反應必須在專業人員的指導下才可進行。

NaN3 (300°C) --> 2Na + 3N2

(NH4)2Cr2O7 --> N2 + Cr2O3 + 4H2O

通過液化空氣并進行分餾以分離氧氣和其它氣體，可以大規模地制取氮氣。純凈的氮氣就是按照這種方法制取的。

發現過程

1772年，英國的丹尼爾·盧瑟福，從磷和空氣作用后剩下的氣體中發現了氮，在動植物體中的蛋白質內含有氮。土壤中有硝酸鹽，例如KNO3。重要的礦物有硝石和智利硝石等。

元素來源：工業上采用蒸發液態空氣方法來大規模制取氮。用適當的化學藥劑從空氣中除去氧，二氧化碳和水蒸氣就可制得。

元素用途：用于制取硝酸，合成氨，氰氫化鈣，氰化物等，以及填充燈泡。也可以用它來代替惰性氣體，以作焊接金屬的保護氣。另外，在保存糧食、水果等農副產品方面，氮也有大量用處。

元素輔助資料：氮氣是空氣的主要組成部分。氧是所有元素在地殼中含量很大的。但由于氮氣是在平常狀態下以氣體狀況存在，和可接觸到的、可見的固體、液體不同，使人們單純用直覺觀察，是不能認清它的。

1772年，英國科學家卡文迪許曾經分離出氮氣，把它稱為“窒息的空氣”。在同一年，普利斯特里將鐵與硝酸作用，得到“硝酸空氣”(一氧化氮氣)。接著這種“硝酸空氣”與空氣中氧氣化合，形成棕色的二氧化氮氣，可用堿液吸收。他發現空氣體積減少五分之一，而剩余的五分之四是比空氣輕的氣體，既不支持物質燃燒，也不能維持動物生命。此外舍勒也發現了氮氣，但他們都沒有及時公布他們發現的結論。因此，在現在一般化學文獻中，都認為氮在歐洲首先由英國醫生、植物學家D.盧瑟福首先發現。而拉瓦錫將空氣中不能支持燃燒和維持動物的生命的部分稱為azote，來自希臘文a(沒有)和zoe(生命)，是“不能維持生命”的意思。“azote”正是我們今天所說的氮。今天的氮的拉丁名nitrogenium和元素符號N來自英文nitrogene，是nitre(硝石)和gene(源)構成，也就是“硝石之源”。

氮平衡

是指氮的攝入量與排出量之間的平衡狀態.人和動物食物中的含氮物質絕大部分是蛋白質,非蛋白質的含氮物質含量很少,可以忽略不記.因此,由測定食物的含氮量,可以估算出所含蛋白質的量.例如,據測定,每100g蛋白質中有6,25g氮,也就是說,每6,25g氮就相當于100g蛋白質.蛋白質在體內分解代謝所產生的含氮物質,主要由尿,糞排出.通過測定每日食物中的含氮量(攝入氮),以及尿和糞便中的含氮量(排出氮)就可以了解氮平衡的狀態,從而估計蛋白質在體內的代謝量和人體的生長,營養等情況.氮平衡有以下三種情況：

1、氮平衡.攝入氮等于排出氮叫做總氮平衡.這表明體內蛋白質的合成量和分解量處于動態平衡.一般營養正常的健康成年人就屬于這種情況.

2、正氮平衡.攝入氮大于排出氮叫做正氮平衡.這表明體內蛋白質的合成量大于分解量.生長期的兒童少年,孕婦和恢復期的傷病員等就屬于這種情況.所以,在這些人的飲食中,應該盡量多給些含蛋白質豐富的食物.

3、負氮平衡.攝入氮小于排出氮叫做負氮平衡.這表明體內蛋白質的合成量小于分解量.慢性消耗性疾病,組織創傷和饑餓等就屬于這種情況.蛋白質攝入不足,就會導致身體消瘦,對疾病的抵抗力降低,患者的傷口難以愈合等.當攝入的氨基酸少于消耗的氨基酸時 ,將出現如營養不良、腰酸背痛、頭昏目眩、體弱多病、代謝功能衰退等癥狀 ,則稱為負氮平衡。即由食物攝入的氮量少于排泄物中的氮量,稱為負氮平衡。

氮循環

氮循環(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮單質和含氮化合物之間相互轉換過程的生態系統的物質循環。氮在自然界中的循環轉化過程。是生物圈內基本的物質循環之一。如大氣中的氮經微生物等作用而進入土壤，為動植物所利用，最終又在微生物的參與下返回大氣中，如此反覆循環，以至無窮。

空氣中含有大約78%的氮氣，占有絕大部分的氮元素。氮是許多生物過程的基本元素;它存在于所有組成蛋白質的氨基酸中，是構成諸如DNA等的核酸的四種基本元素之一。在植物中，大量的氮素被用于制造可進行光合作用供植物生長的葉綠素分子。加工，或者固定，是將氣態的游離態氮轉變為可被有機體吸收的化合態氮的必經過程。一部分氮素由閃電所固定，同時絕大部分的氮素被非共生或共生的固氮細菌所固定。這些細菌擁有可促進氮氣和氫化和成為氨的固氮酶，生成的氨再被這種細菌通過一系列的轉化以形成自身組織的一部分。某一些固氮細菌，例如根瘤菌，寄生在豆科植物(例如豌豆或蠶豆)的根瘤中。這些細菌和植物建立了一種互利共生的關系，為植物生產氨以換取糖類。因此可通過栽種豆科植物使氮素貧瘠的土地變得肥沃。還有一些其它的植物可供建立這種共生關系。其它植物利用根系從土壤中吸收硝酸根離子或銨離子以獲取氮素。動物體內的所有氮素則均由在食物鏈中進食植物所獲得。

氮氣轉化

有三種將游離態的N2(大氣中的氮氣)轉化為化合態氮的方法：生物固定 – 一些共生細菌(主要與豆科植物共生)和一些非共生細菌能進行固氮作用并以有機氮的形式吸收。工業固氮 – 在哈伯-博施法中，N2與氫氣被化合生成氨(NH3)肥。化石燃料燃燒 – 主要由交通工具的引擎和熱電站以NOx的形式產生。另外，閃電亦可使N2和O2化合形成NO，是大氣化學的一個重要過程，但對陸地和水域的氮含量影響不大。

由于豆科植物(特別是大豆、紫苜蓿和苜蓿)的廣泛栽種、使用哈伯-博施法生產化學肥料以及交通工具和熱電站釋放的含氮污染成分，人類使得每年進入生物利用形態的氮素提高了不止一倍。這所導致的富營養作用已經對濕地生態系統產生了破壞。全球人工固氮所產生活化氮數量的增加,雖然有助于農產品產量的提高,但也會給全球生態環境帶來壓力.,使與氮循環有關的溫室效應、水體污染和酸雨等生態環境問題進一步加劇。

氮氧化物

氮氧化物 (nitrogen oxides)包括多種化合物，如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮 (N0)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮 (N203)、四氧化二氮(N204)和五氧化二氮(N205)等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均極不穩定，遇光、濕或熱變成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又變為二氧化氮。因此，職業環境中接觸的是幾種氣體混合物常稱為硝煙 (氣)，主要為一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮為主。

一氧化氮 (N0)為無色氣體，分子量30.01，熔點-163.6℃，沸點-151.5℃，蒸氣壓101.3lkPa(-151.7℃)。溶于乙醇、二硫化碳，微溶于水和硫酸，水中溶解度4.7% (20℃)。性質不穩定，在空氣中易氧化成二氧化氮 (2N0+02→2N02)。

二氧化氮 (NO2)在21.1℃溫度時為紅棕色刺鼻氣體;在21.1℃以下時呈暗褐色液體。在-ll℃以下溫度時為無色固體，加壓液體為四氧化二氮。分子量46.01，熔點-11.2℃，沸點 21.2℃，蒸氣壓101.3lkPa(2l℃)，溶于堿、二硫化碳和氯仿，微溶于水。性質較穩定。

氮氧化物(NOX)種類很多，造成大氣污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，因此環境學中的氮氧化物一般就指這二者的總稱。就全球來看，空氣中的氮氧化物主要來源于天然源，但城市大氣中的氮氧化物大多來自于燃料燃燒，即人為源，如汽車等流動源，工業窯爐等固定源。據計算，各種燃料燃燒產生的氮氧化物量為：1噸天然氣，6.35公斤, 1噸石油， 9.1-12.3公斤,1噸煤， 8-9公斤,而以汽油、柴油為燃料的汽車，尾氣中氮氧化物的濃度相當高。在非采暖期，北京市一半以上的氮氧化物來自機動車排放。

氮氧化物與空氣中的水結合最終會轉化成硝酸和硝酸鹽，隨著降水和降塵從空氣中去除。硝酸是酸雨的原因之一;它與其它污染物在一定條件下能產生光化學煙霧污染。北京市目前從防止機動車尾氣污染入手，防治措施有強制安裝機外凈化器;嚴格控制新車污染;推廣使用清潔燃料等等。室內空氣中的氮氧化物污染主要來自室外空氣污染。性質 主要包括一氧化氮、二氧化氮和硝酸霧，以二氧化氮為主。一氧化氮是無色、無刺激氣味的不活潑氣體，可被氧化成二氧化氮。二氧化氮是棕紅色有刺激性臭味的氣體。

危害

氮氧化物可刺激肺部，使人較難抵抗感冒之類的呼吸系統疾病，呼吸系統有問題的人士如哮喘病患者，會較易受二氧化氮影響。對兒童來說，氮氧化物可能會造成肺部發育受損。研究指出長期吸入氮氧化物可能會導致肺部構造改變，但目前仍未可確定導致這種后果的氮氧化物含量及吸入氣體時間。以一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化物是形成光化學煙霧和酸雨的一個重要原因.汽車尾氣中的氮氧化物與氮氫化合物經紫外線照射發生反應形成的有毒煙霧,稱為光化學煙霧.光化學煙霧具有特殊氣味,刺激眼睛,傷害植物,并能使大氣能見度降低.另外,氮氧化物與空氣中的水反應生成的硝酸和亞硝酸是酸雨的成分.大氣中的氮氧化物主要源于化石燃料的燃燒和植物體的焚燒,以及農田土壤和動物排泄物中含氮化合物的轉化. 工業中主要適用氨氣與氮氧化物發生化學反映中和掉氮氧化物，氨氣與氮氧化物分解反應后產生氮氣與水，從而達到無污染排放?，F在主要應用到取暖，供電等等行業。但在輪船等行業中，還沒有較好的解決辦法(主要是氨氣制造比較困難而攜帶氨氣罐又比較危險)。