氮气

无色无味的气体

氮气（Nitrogen），是氮元素形成的一种单质，化学式N₂。常温常压下是一种是空气的主要成份之一。氮气占大气总量的78.08%（体积分数），密度比空气小。

在高温高压及催化剂条件下才能和氢气反应生成氨气，在放电的情况下能和氧气化合生成一氧化氮；即使Ca、Mg、Sr和Ba等活泼金属也只有在加热的情形下才能与其反应。氮气的这种高度化学稳定性与其分子结构有关，2个N原子以叁键结合成为氮气分子，包含1个σ键和2个π键，因为在化学反应中首先受到攻击的是π键，而在N₂分子中π键的能级比σ键低，打开π键困难，因而使N₂难以参与化学反应1。

基本信息

中文名
氮气2
英文名
Nitrogen2
化学式
N₂2
分子量
28.012
CAS登录号
7727-37-92

研究简史

拉瓦锡

瑞典化学家卡尔·谢勒（Carl Scheele）和苏格兰植物学家丹尼尔·卢瑟福（Daniel Rutherford）在1772年分别发现了氮。牧师卡文迪许和拉瓦锡也在差不多的同一时间独立地获得了氮。Rutherford在他的老师Joseph Black的启发下，研究含碳物质在有限量的空气中燃烧后所留下的残余“空气”的性质时，他用KOH除去CO2，从而获得了氮。他认为这是从已燃烧的物质中吸收了燃素的普通空气。有些人不顾A. L. Lavoisier的研究成果，直到1840年还在争论关于氮气的基本性质。

氮气首先被拉瓦锡（Lavoisier）认可为元素，他将其命名为“偶氮”，意思是“无生命”。查普塔尔在1790年将该元素命名为氮。该名称源自希腊语“nitre”（硝酸盐中含氮的硝酸盐）2。

物质结构

氮分子中的两个氮原子之间形成一条σ键和两个π键。与类似的CO、C2H4等分子相比，N2的成键分子轨道σ2p（-15.59 eV）和π2p（-16.73 eV）能量比较低，反键分子轨道π*2p（8.17 eV）能量比较高，不但难以接受电子也不易给出电子，具有较强的稳定性，离解能高达945 kJ/mol，即使在3273 K时也不分解。

摩尔折射率	3.87
摩尔体积（cm3/mol）	31.9
等张比容（90.2 K）	70.5
表面张力（dyne/cm）	23.6
极化率（10-24 cm3）	1.53

理化性质

物理性质

外观	无色无味的气体
溶解性	微溶于酒精和水（在273 K和100 kPa下100 ml水能溶解2.4 ml氮气）
体积分数	大气中体积分数：78.1%
熔点	-209.86℃
沸点	-196℃
相对密度	0.81（-196℃，水=1）；相对蒸气密度0.97（空气=1）

化学性质

氮气是一种有惰性的气体，一般不与其他物质发生反应，但在一定条件下，氮可与碱金属或碱土金属反应，相当于在氮分子的反键分子轨道上填充一个电子，金属的给电子能力越强，反应越易进行。如，在常温下锂可与氮直接反应，而钙需要加热到一定条件才能于氮气反应：

ⅢA和ⅣA族的一些元素在加热条件下能与氮气反应：

在高温、高压和催化剂存在的条件下，氮能与氢反应生成氨：

氮气在放电条件下能与氧气反应生成NO：