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右原圖鏈接圖片來源於紐瑞德

氮氣（N2），是一種無色無味的氣體，是空氣的主要成份之一。氮氣占大氣總量的78.08%（體積分數），密度比空氣小。 在標準大氣壓下，氮氣冷卻至-195.8℃時，變成無色的液體，冷卻-209.8℃時，液態氮變成雪狀的固體。氮氣常被用來製作防腐劑。在高溫、高能量條件下，可用來製取對人類有用的新物質。

發現歷史

瑞典化學家卡爾·謝勒（Carl Scheele）和蘇格蘭植物學家丹尼爾·盧瑟福（Daniel Rutherford）在1772年分部發現了氮。牧師卡文迪許和拉瓦錫也在差不多的同一時間獨立地獲得了氮。氮氣首先被拉瓦錫（Lavoisier）認可為元素，他將其命名為「偶氮」，意思是「無生命」。查普塔爾在1790年將該元素命名為氮。該名稱源自希臘語「nitre」（硝酸鹽中含氮的硝酸鹽）。

來源

氮是地球上第30大最豐富的元素。考慮到氮氣占大氣量的4/5，即占大氣的78%以上，我們幾乎可以使用無限量的氮氣。氮也以硝酸鹽形式存在於多種礦物質中，例如智利硝石（硝酸鈉），硝石或硝石（硝酸鉀）和含有銨鹽的礦物質。氮存在於許多複雜的有機分子中，包括存在於所有活生物體中的蛋白質和氨基酸。

理化性質

大氣中約有4,000萬億噸氣體，其中氮氣占78%。氮氣微溶於水和酒精。它是不可燃的，被認為是一種窒息性氣體（即，呼吸純淨的氮氣會剝奪人體的氧氣）。儘管氮被認為是一種惰性元素，但它會形成一些非常活躍的化合物。它可用作稀釋劑並控制自然的燃燒和呼吸速率，在較高的氧氣濃度下會更快。氮可溶於水和酒精，但基本上不溶於大多數其他液體。它在生活中是必不可少的，其化合物可用作食物或肥料。氮用於製造氨和硝酸。氮氣在環境溫度和中等溫度下基本上是惰性氣體。因此，大多數金屬都容易處理它。在升高的溫度下，氮可能對金屬和合金具有侵蝕性。

製備

實驗室方法

實驗室最常用的是亞硝酸銨的分解，實際上是將亞硝酸鈉飽和溶液慢慢加到熱的飽和氯化銨溶液中：。

液態空氣分餾法

氮氣主要是從大氣中分離或含氮化合物的分解製得的。每年通過液化空氣生產超過3,300萬噸的氮氣，然後使用分餾的方法在大氣中生產氮氣以及其他氣體。

深冷分離法

深冷分離法又稱為低溫精餾法，利用空氣中氮氣與氧氣的沸點不一致來分離氧氣和氮氣。由於氮氣的沸點（-196℃） 低於氧氣（-183℃），在液態空氣的蒸發過程中，液氮比液氧更容易變成氣態，而在空氣液化過程中，氧氣比氮氣更容易變成液態。由於氮氣與氧氣的沸點相差不大，液態空氣與氣態空氣需經過反覆多次的蒸發、冷凝、再蒸發過程（該過程稱為低溫精餾過程），最終在精留塔頂部氣相餾分中就可以過得較高高純度的氮氣，氮氣的純度取決於精餾塔的塔板級數和精餾效率。

深冷分離法工藝已經歷了 100 多年的發展，先後經歷了高壓、高低壓、中壓和全低壓流程等多種不同的工藝流程。隨着現代空分工藝技術和設備的發展，高壓、高低壓、中壓空分流程已基本被淘汰，能耗更低、生產更安全的全低壓流程已成為大中型低溫空分裝置的首選。全低壓空分工藝根據氧氮產品壓縮環節不同，又分為外壓縮流程和內壓縮流程。全低壓外壓縮流程生產出低壓氧氣或氮氣，然後經外置的壓縮機將產品氣體壓縮至所需壓力供給用戶。全低壓內壓縮流程將精餾產生的液態氧或液態氮在冷箱內通過液體泵加壓至用戶所需壓力後汽化，並在主換熱器內復熱後供給用戶。主要工藝過程為原料空氣過濾、壓縮、冷卻、純化、增壓、膨脹、精餾、分離、復熱、外供。 變壓吸附法PSA法

該方法是以壓縮空氣為原料，一般以分子篩為吸附劑，在一定的壓力下，利用空氣中氧氣和氮氣分子在不同分子篩表面吸附量的差異，在一定時間內氧在吸附相富集， 氮在氣體相富集，實現氧、氮分離；而卸壓後分子篩吸附劑解析再生，循環使用。吸附劑除了分子篩之外，還可應用活性氧化鋁、硅膠等。

目前， 常用變壓吸附制氮裝置是以壓縮空氣為原料，碳分子篩為吸附劑，利用氧和氮在碳分子篩上的吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差異及分子篩對氧和氮隨壓力不同具有不同的吸附容量的特性來實現氧、氮分離。首先，空氣中的氧被碳分子篩優先吸附，從而在氣相中富集氮氣。為連續獲得氮氣，需兩個吸附塔交替工作。

相關反應

合成氨反應

工業上的氨氣是由氫氣和氮氣直接合成的：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)（反應條件為高溫高壓、催化劑）。氨氣的合成是一個體積縮小的放熱反應，增大體系壓強和降低體系溫度對合成反應有利。 分解反應

實驗室中常用來製取氮氣的方法是加熱亞硝酸鈉和氯化銨的飽和溶液，具體反應為：NH4Cl+NaNO2=NH4NO2+NaCl，NH4NO2=N2↑+2H2O。

燃燒反應

氨氣在空氣中很難燃燒，但在純氧中可以燃燒生成氮氣：4NH3+3O2=2N2↑+6H2O。

常溫下氮氣難以與氧氣反應，但在放電或者高溫的條件下，可以與氧氣反應：N2+O2=2NO。閃電能夠使空氣里的氮氣轉化為一氧化氮，是一種自然固氮。

與活潑金屬反應

氮氣在加熱條件下可以與金屬發生反應，以鎂為例：N2+Mg→Mg3N2（反應條件為加熱）。

氮氣用途

氮氣通常被稱為惰性氣體，用於某些惰性氣氛中以進行金屬處理，並用於燈泡中以防止產生電弧，但它不是化學惰性的。它是動植物生命中必不可少的元素，並且是許多有用化合物的組成部分。氮與許多金屬結合形成硬氮化物，可用作耐磨金屬。鋼中的少量氮會抑制高溫下的晶粒生長，並且還會提高某些鋼的強度。它也可用於在鋼上產生堅硬的表面。氮氣可用於製造氨，硝酸，硝酸鹽，氰化物等；在製造炸藥中；填充高溫溫度計，白熾燈泡；形成惰性材料以保存材料，用於乾燥箱或手套袋中。食品冷凍過程中的液氮；在實驗室中作為冷卻劑

注意事項與安全

類別 有害氣體 爆炸物危險特性 鋼瓶高熱可爆 可燃物危險特性 不燃；無毒；可令人窒息 儲運特性 庫房通風低溫乾燥；輕裝輕卸 滅火劑 水 危險品運輸編號 UN 1066 2.2 RTECS號 QW9700000 HazardClass 2.2 毒害物質數據 7727-37-9（Hazardous Substances Data)