氮氣

此條目介紹的是由氮元素組成的N₂氣體。關於氮元素，請見「氮」。

氮氣（化學式：N₂）是氮的雙原子單質分子形態，是地球大氣中所佔比例最高的氣體，摩爾濃度佔78.3%（其次為氧氣的20.99%）。氮氣在常溫和標準大氣壓的條件下是氣態，在低於−195.79 °C（−320.42 °F；77.36 K）的溫度會凝結成液氮，在63.23 K（−209.92 °C；−345.86 °F）則會凝固成固態氮。

氮氣
IUPAC名 Dinitrogen（二氮）
別名	Diatomic nitrogen（二原子氮）
識別
CAS號	7727-37-9  Y
SMILES	N#N
性質
化學式	N2
摩爾質量	28.01 g·mol−1
相關物質
相關化學品	三線態氧
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

因為氮氣有着三對共價鍵的分子結構，其閾能較高，化學鍵非常穩定，所以反應性很低。一般而言，氮氣在沒有高壓和催化劑（比如哈伯法使用的鐵）的情況下可被視作是一種非活性氣體，不可燃亦不可助燃。但對於鎂來說，氮氣是可以助燃的氧化劑：

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

製備

• 工業法：液態空氣分餾，${\displaystyle {\ce {N2}}}$沸點低於${\displaystyle {\ce {O2}}}$先汽化，但無法得純${\displaystyle {\ce {N2}}}$。也可以通過機械方法（例如加壓反滲透膜和變壓吸附法（英語：Pressure Swing Adsorption））處理氣態空氣得到氮氣。商品化氮氣常常是製作工業用氧氣時的副產品。工業氮氣被壓縮後都用黑色鋼瓶裝，常被稱為OFN（oxygen-free nitrogen，無氧氮氣）。^[1]

• 實驗法：

1.氯化銨混合亞硝酸鈉加熱：^[2]

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

此反應也會產生少量${\displaystyle {\ce {NO}}}$和${\displaystyle {\ce {HNO3}}}$，將氣體產物通過混有二鉻酸鉀的液態硫酸可以去除。^[2]

2.純空氣通過灼熱銅粉或銅絲網去氧：

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

3.氨氣通過灼熱氧化銅：

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

• 高純度的氮氣可以通過疊氮化鋇或疊氮化鈉的熱分解反應得到：${\displaystyle {\ce {2NaN3 -> 2Na + 3N2}}}$^[3]

氮氣的用途

廉價又安定的保護氣，用於金屬煉製及高溫合成時的簡單保護性氛圍（但其穩定性不及氦氣及氬氣）；高溫下用於合成氮化物（如氮化矽陶瓷、氮化硼等）。其化合物亦有用於農業，如氮肥。液態氮有時用於冷卻。此外，氮氣是包裝食品的填充氣體，用於保持包裝外形避免擠壓損壞，同時更重要的，隔絕氧氣而使食物不變壞。

氮氣在生命形成的保護中起重要意義，氮氣化學性質穩定，不像其他氣體太活躍容易破壞生物結構，但又在大氣中起到阻擋太空粒子及隕石沖擊作用，而其分子重量，與氧氣相約且比氧氣輕，不會使氧氣被排到太高的空中或太過聚集於地球表面。而且其溫室效應不明顯，不會使地球表面溫度太高。因此給生物提供了一個適合生長和進化的穩定環境。

可以利用氮氣在鐵催化劑存在之下與氫氣反應，生成氨。這叫做哈柏法。

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

氨可以用於肥料和其他化合物的合成。

參考資料

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.