氮氣(化學式:N2)是氮的双原子單質分子形态,是地球大氣中所佔比例最高的氣體,摩尔浓度佔78.3%(其次為氧氣的20.99%)。氮气在常温和标准大气压的条件下是气态,在低于−195.79 °C(−320.42 °F;77.36 K)的温度会凝结成液氮,在63.23 K(−209.92 °C;−345.86 °F)则会凝固成固态氮。
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因为氮气有着三对共价键的分子结构,其阈能较高,化学键非常稳定,所以反应性很低。一般而言,氮氣在没有高压和催化剂(比如哈伯法使用的铁)的情况下可被视作是一种非活性气体,不可燃亦不可助燃。但对于镁来说,氮气是可以助燃的氧化剂:
制备
- 工業法:液態空氣分餾,沸點低於先汽化,但無法得純。也可以通过机械方法(例如加压反渗透膜和变压吸附法)处理氣態空气得到氮气。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,常被稱为OFN(oxygen-free nitrogen,无氧氮气)。[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)。其化合物亦有用於農業,如氮肥。液態氮有時用於冷卻。此外,氮氣是包装食品的填充氣體,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。
参考资料
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