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。
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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:
製備
- 工業法:液態空氣分餾,沸點低於先汽化,但無法得純。也可以通過機械方法(例如加壓反滲透膜和變壓吸附法)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:
2.純空氣通過灼熱銅粉或銅絲網去氧:
- (純度低)
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。
參考資料
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