氮?dú)猓∟itrogen),是氮元素形成的一種單質(zhì),化學(xué)式N?。常溫常壓下是一種無(wú)色無(wú)味的氣體,只有在高溫高壓及催化劑條件下才能和氫氣反應(yīng)生成氨氣,在放電的情況下能和氧氣化合生成一氧化氮;即使Ca、Mg、Sr和Ba等活潑金屬也只有在加熱的情形下才能與其反應(yīng)。
氮?dú)獾倪@種高度化學(xué)穩(wěn)定性與其分子結(jié)構(gòu)有關(guān),2個(gè)N原子以叁鍵結(jié)合成為氮?dú)夥肿樱?個(gè)σ鍵和2個(gè)π鍵,因?yàn)樵诨瘜W(xué)反應(yīng)中受到攻擊的是π鍵,而在N?分子中π鍵的能級(jí)比σ鍵低,打開(kāi)π鍵困難,因而使N?難以參與化學(xué)反應(yīng)。
瑞典化學(xué)家卡爾·謝勒(Carl Scheele)和蘇格蘭植物學(xué)家丹尼爾·盧瑟福(Daniel Rutherford)在1772年分別發(fā)現(xiàn)了氮。牧師卡文迪許和拉瓦錫也在差不多的同一時(shí)間立地獲得了氮。Rutherford在他的老師Joseph Black的啟發(fā)下,研究含碳物質(zhì)在有的空氣中燃燒后所留下的殘余“空氣”的性質(zhì)時(shí),他用KOH除去CO2,從而獲得了氮。他認(rèn)為這是從已燃燒的物質(zhì)中吸收了燃素的普通空氣。有些人不顧A. L. Lavoisier的研究成果,直到1840年還在爭(zhēng)論關(guān)于氮?dú)獾幕拘再|(zhì)。
氮(Nitrogen)這個(gè)名稱,在1970年由Jean-Antoine-ClaudeChaptal提出,是基于它是硝酸和硝酸鹽的一個(gè)組分的考慮(希臘文Νιτροζ?λη,硝酸靈)。由于這種氣體的窒息性,Lavoisier更喜歡用azote(氮)這個(gè)名稱(希臘文?ψυχη,無(wú)生命),而且這個(gè)名稱在語(yǔ)法中以諸如azo、dizao、azide等形式還在使用。德文名稱stickstoff指的是相同的性質(zhì)(sticken,窒息或悶熄)
氮?dú)馐且环N有惰性的氣體,一般不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),但在一定條件下,氮可與堿金屬或堿土金屬反應(yīng),相當(dāng)于在氮分子的反鍵分子軌道上填充一個(gè)電子,金屬的給電子能力越強(qiáng),反應(yīng)越易進(jìn)行。如,在常溫下鋰可與氮直接反應(yīng),而鈣需要加熱到一定條件才能于氮?dú)夥磻?yīng):
ⅢA和ⅣA族的一些元素在加熱條件下能與氮?dú)夥磻?yīng):
在高溫、高壓和催化劑存在的條件下,氮能與氫反應(yīng)生成氨:
液態(tài)空氣分餾法
氮?dú)庵饕菑拇髿庵蟹蛛x或含氮化合物的分解制得的。每年通過(guò)液化空氣生產(chǎn)超過(guò)3,300萬(wàn)噸的氮?dú)?,然后使用分餾的方法在大氣中生產(chǎn)氮?dú)庖约捌渌麣怏w。
凈化后的壓縮空氣經(jīng)過(guò)緩沖罐,聯(lián)合過(guò)濾器后由膜組一端進(jìn)入,氣體分子在壓力作用下在膜的高壓側(cè)接觸?;旌蠚怏w在膜的高壓側(cè)表面以不同的溶解度溶于膜內(nèi),然后在膜兩側(cè)壓力差的推動(dòng)下,混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓側(cè)擴(kuò)散。經(jīng)過(guò)溶解和擴(kuò)散兩個(gè)過(guò)程的選擇,終混合氣體被分離成各個(gè)組分。例如:空氣、氧氣的透過(guò)速度大于氮?dú)?,?jīng)過(guò)膜分離之后,高壓側(cè)留下的氣體富氮,而透過(guò)去的氣體富氧
氨分解法
在高溫且有鎳的催化下,氨逐漸分解為氮?dú)馀c氫氣:
然后把混合氣在燃燒室內(nèi)燃燒并控制空氣比例,讓氫氣不完全燃燒,其燃燒生成物通過(guò)除氧,干燥則可得到不同氮?dú)浠旌媳鹊谋Wo(hù)性氣體(其氫含量可控制在1%~25%)被使用于銅材的光亮退火(此方法僅適用于氮?dú)鈿錃鈦?lái)源困難而氨價(jià)格又較低廉的情況時(shí))。
健康危害
空氣中氮?dú)夂窟^(guò)高,使吸入氣氧分壓下降,引起缺氧窒息。吸入氮?dú)鉂舛炔惶邥r(shí),患者初感胸悶、氣短、疲軟無(wú)力;繼而有煩躁不安、極度興奮、亂跑、叫喊、神情恍惚、步態(tài)不穩(wěn),稱之為“氮酩酊”,可進(jìn)入昏睡或昏迷狀態(tài)。吸入高濃度,患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
潛水員深潛時(shí),可發(fā)生氮的麻醉作用;若從高壓環(huán)境下過(guò)快轉(zhuǎn)入常壓環(huán)境,體內(nèi)會(huì)形成氮?dú)鈿馀?,壓迫神?jīng)、血管或造成微血管阻塞,發(fā)生“減壓病”。