氮的特性
氮(Nitrogen)化学符号为N,其原子序数为7,位于元素周期表第二周期第五主族。氮气在室温下是一种无色无味的气体,密度略小于空气,熔点为-210℃,临界温度为-147℃,难以液化。难溶于水,283K常压下一体积水可溶解0.02体积的氮气。
一般情况下,N2的化学性质非常稳定,只有在高温、放电、催化剂等条件下才能发生一些化学反应。
氮是空气中最多的元素,在自然界中广泛存在,在生物体中发挥着重要作用,是氨基酸的基本元素之一。我们的血液、肌肉和其他成分中所含的蛋白质,以及化学反应酶都是由含氮的氨基酸组成的。氮是生命体所必需的元素之一。
氮的分布
自然界中的氮大多以单质氮分子(N2)的形式存在于大气中,占空气体积的78%左右,而氧气体积的五分之一多一点(约21%)
氮在地壳中的含量很小,占0.0046%,硝酸盐是最重要的含氮矿物。硝酸盐矿物在自然界中的产量很少,目前已知的矿物只有10多种,钾盐、钠盐较为常见。钾硝石(KNO3),又称印度硝石,具有攻坚破积、利水泻下、解毒消肿的功效。钠硝石(NaNO3),又称智利硝石,主要由硝化细菌分解引起的腐烂有机物产生的硝酸盐根与土壤中的钠离子结合而成,常与石膏、芒硝、岩盐共生。
氮在自然界中很少以无机化合物的形式存在,氮在有机体中很常见,是动植物蛋白质和核酸的重要组成部分。各种蛋白质由多种氨基酸组成,氮是各种氨基酸的基本组成部分。
氮的发现
氮是元素大家庭中的第七号,元素符号是N。1772年,英国(苏格兰)化学家丹尼尔•卢瑟福第一次在空气中发现氮。
与此同时,舍勒和其他人也发现了氮气。舍勒用一些化学物质燃烧来消耗钟罩内空气中的氧气,制造氮气。
他称空气中能维持生命的气体为“火”( fire air),剩下的部分叫“脏气”(foul air)。拉瓦锡称之为“拉瓦锡”azote拉丁文命名为Nitrogenium(非生命气体)。
中国清末化学家的启蒙者徐寿在第一次将氮翻译成中文时就写成了“淡”,这意味着它稀释了空气中的氧气,然后用“炎症”进入“气体”,形成了“氮”。
氮的应用
液氮:它是氮气在低温下形成的液体形态。将氮气在常压下降温至零下196°C,液氮,即液氮,可用作深度制冷剂。由于其化学惰性,它可以直接与生物组织接触,使其立即冷冻而不损害生物活性。直接接触液氮的人体皮肤没有问题,但超过2秒会冻伤,不可逆转。
液氮主要用作制冷剂。
在生物领域,可用于保存活体组织、生物样品、精子和卵子。现在流行的脐带血保存是液氮。
冷冻治疗可用于医学领域。一般可用于治疗疖子、鸡眼和皮肤病。2012年,以色列一家医疗公司开发了一种最新的乳腺癌冷冻治疗技术。
在化工领域,采用液氮进行低温试验;提供高温超导显示超导所需的温度;工业氮肥;化学检测等应用。
液氮在未来各行各业的发展前景非常好。液氮的冷冻和保存越来越广泛。现在有一些网络名人食品,如液氮冰淇淋。但是,尽量少吃这种冰淇淋。一旦冰淇淋中没有挥发性液氮残留,吃在体内,后果不堪设想。
炸药:今天使用最多的炸药之一,TNT,它是三硝基甲苯TrinitroToluene的简写。硝基-NO2是一种含氮基团,在许多炸药中都含有。硝化甘油最早也是炸药(现在用于冠心病急救)。当然,“火硝”也可以推到黑色火药中,即硝酸钾。
有了炸药,我们可以大规模开山、挖矿、修路、开石、建高楼。
当然,炸药也用于破坏和战争。我们应该和平,反对战争。
氮肥:食物来自农业,植物的繁茂离不开足够的氮。除豆科植物外,大多数作物不能从空气中获得氮,需要通过氮肥获得。因此,增加氮肥是增加粮食产量的重要措施。
科学家们长期以来一直在努力利用空气中丰富的氮资源制造氮肥,即人工固氮。1909年,德国化学家哈伯首先发现了一种铁氧化物作为合成氨的催化剂,使氮和氢的反应具有工业生产的价值。
氨使用量最大的两种用途是化肥和制造硝酸盐的原料。因此,农民采用科学的施肥方法,使德国农业取得了巨大的进步。
尿素是氮含量最高的氮肥,在加压和加热条件下由NH3和CO2制成。反应过程可以说明为:
加压、加热
CO2 2NH3===================CO(NH2)2 H2O
抗氧化保护剂:在工业上,氮化学性质不活跃,常用于保护气体,用纯氮填充,作为易氧化、易挥发、易燃物质的保护剂。如水果、食品、电子、精密实验仪器、钢铁、玻璃工业、灯泡、膨胀橡胶填充气,防止部分物体暴露在空气中氧化。
氮的氧化物
N2O,吸入后,人体会感到快乐和微笑,通常被称为“微笑”。N2O也会使患者失去疼痛,吸入后仍能保持意识,并在医学上麻醉神经。一氧化二氮是一种强大的温室气体,其温室效应约为二氧化碳的300倍。
夏季,由于光化学污染的影响,应尽量避免紫外线强的中午外出,氮氧化物是污染源之一;它也是酸雨的罪魁祸首。
氮氧化物主要来自汽车尾气。在汽车发动机中,当空气被加热时,会产生一氧化氮(NO)。无色NO不溶于水,会立即与空气中的氧气反应产生二氧化氮。二氧化氮是红棕色气体,有刺激性气味和剧毒性。
氮还是合成氨、纤维(尼龙、腈纶)、树脂、橡胶等重要原料。
正确使用
氮及其化合物广泛应用于生产和生活中。氮不仅对生物个体起着决定性的作用,而且对我们的环境也有着不可忽视的影响。只有更全面地了解氮及其化合物的性质,氮才能对人类更有益。

