氮气

此条目介绍的是由氮元素组成的N₂气体。关于氮元素，请见“氮”。

氮气是氮的单质形式，化学式为N₂。

氮气
IUPAC名 Dinitrogen（二氮）
别名	Diatomic nitrogen（二原子氮）
识别
CAS号	7727-37-9  Y
SMILES	N#N
性质
化学式	N2
摩尔质量	28.01 g·mol−1
相关物质
相关化学品	三线态氧
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

氮气是地球大气中所占比例最高的气体，占有78.3%（其次为氧气的20.99%）。

一般而言，氮气不可燃亦不可助燃，但是对于镁来说，它可以助燃。

${\displaystyle {\ce {3Mg + N2 ->Mg3N2}}}$

制备

• 工业法：液态空气分馏，${\displaystyle {\ce {N2}}}$沸点低于${\displaystyle {\ce {O2}}}$先汽化，但无法得纯${\displaystyle {\ce {N2}}}$。也可以通过机械方法（例如加压反渗透膜和变压吸附法（英语：Pressure Swing Adsorption））处理气态空气得到氮气。商品化氮气常常是制作工业用氧气时的副产品。工业氮气被压缩后都用黑色钢瓶装，常被称为OFN（oxygen-free nitrogen，无氧氮气）。^[1]

• 实验法：

1.氯化铵混合亚硝酸钠加热：^[2]

${\displaystyle {\ce {NH4Cl + NaNO2 -> N2 + NaCl + 2H2O}}}$（纯度高）

此反应也会产生少量${\displaystyle {\ce {NO}}}$和${\displaystyle {\ce {HNO3}}}$，将气体产物通过混有二铬酸钾的液态硫酸可以去除。^[2]

2.纯空气通过灼热铜粉或铜丝网去氧：

${\displaystyle {\ce {4N2 + O2 + 2Cu -> 2CuO + 4N2}}}$（纯度低）

3.氨气通过灼热氧化铜：

${\displaystyle {\ce {2NH3 + 3CuO -> 3Cu + 3H2O + N2}}}$

• 高纯度的氮气可以通过叠氮化钡或叠氮化钠的热分解反应得到：${\displaystyle {\ce {2NaN3 -> 2Na + 3N2}}}$^[3]

氮气的用途

廉价又安定的保护气，用于金属炼制及高温合成时的简单保护性氛围（但其稳定性不及氦气及氩气）；高温下用于合成氮化物（如氮化硅陶瓷、氮化硼等）。其化合物亦有用于农业，如氮肥。液态氮有时用于冷却。此外，氮气是包装食品的填充气体，用于保持包装外形避免挤压损坏，同时更重要的，隔绝氧气而使食物不变坏。

氮气在生命形成的保护中起重要意义，氮气化学性质稳定，不像其他气体太活跃容易破坏生物结构，但又在大气中起到阻挡太空粒子及陨石冲击作用，而其分子重量，与氧气相约且比氧气轻，不会使氧气被排到太高的空中或太过聚集于地球表面。而且其温室效应不明显，不会使地球表面温度太高。因此给生物提供了一个适合生长和进化的稳定环境。

可以利用氮气在铁催化剂存在之下与氢气反应，生成氨。这叫做哈柏法。

${\displaystyle {\ce {N2 +3H2 <=>2NH3}}}$

氨可以用于肥料和其他化合物的合成。

参考资料

1. Reich, Murray.; Kapenekas, Harry. Nitrogen Purfication. Pilot Plant Removal of Oxygen. Industrial & Engineering Chemistry. 1957, 49 (5): 869–873. doi:10.1021/ie50569a032.
2. Bartlett, J. Kenneth. Analysis for nitrite by evolution of nitrogen: A general chemistry laboratory experiment. Journal of Chemical Education (American Chemical Society (ACS)). 1967, 44 (8): 475. ISSN 0021-9584. doi:10.1021/ed044p475.
3. Eremets, M. I.; Popov, M. Yu.; Trojan, I. A.; Denisov, V. N.; Boehler, R.; Hemley, R. J. Polymerization of nitrogen in sodium azide. The Journal of Chemical Physics (AIP Publishing). 2004-06-08, 120 (22): 10618–10623. ISSN 0021-9606. doi:10.1063/1.1718250.