氮，是 V 主族（15）元素。大气中氮气的含量为 78% （体积分数），但是火星大气中只含有不到 3% 的氮气（体积分数）。氮气似乎很不活泼，因此拉瓦锡给它命名为“氮（azote）”，意为“没有生命”，因为它无法支持人和动物的呼吸。然而，氮的化合物是食物、肥料、炸药的重要成分。氮气是无色无味的气体，不活泼。液氮也是无色无味的。
- 目录
- 1、性质
- 2、制取
- 3、发现过程
- 4、氮平衡
- 5、氮循环
- 6、氮气转化
- 7、氮氧化物
- 8、危害
化学元素解释：
性质
元素名称：氮
元素原子量：14.01
元素类型：非金属
发现人：丹尼尔·卢瑟福 发现年代：1772年
氮气在加热时，可以和镁、锂、钙化合。氮气和氧气在电火花条件下可以形成一氧化氮(NO)，然后被氧化为二氧化氮(NO2)。在高温高压和适当催化剂条件下，氮气和氢气可以化合为氨气(哈伯法制氨气)。氮气可以被一些植物(如三叶草)根部的细菌固定。因此这些植物可以被用来轮作。
无臭、无味、无色气体。密度1.2506克/升(气)，0.8081克/立方厘米(液)。熔点-209.86℃，沸点-195.8℃。化合价1、3和5。电离能14.543电子伏特。元素氮在常温下对大多数普通物质的反应性都是低的，在高温下，分子氮(N2)与铬、硅、钛、铝、硼、铍、钡，锶、钙等(但不与其它碱金属)形成氮化物;与氧形成NO，在适当高的温度和压力下，并有催化剂存在，与氢反应成氨;当超过1800℃，氮、碳与氢化合物形成氰化氢。放电时，氮气能与氧气直接化合，生成NO。
制取
在实验室制取氮气通常没有必要像商业上生产或通过室内空气液化设备来制取。然而,叠氮化物的分解是获得氮气的一个途径,而重络酸铵的分解则是另外一种用来制取氮气的方法。两种反应必须在专业人员的指导下才可进行。
NaN3 (300°C) --> 2Na + 3N2
(NH4)2Cr2O7 --> N2 + Cr2O3 + 4H2O
通过液化空气并进行分馏以分离氧气和其它气体，可以大规模地制取氮气。纯净的氮气就是按照这种方法制取的。
发现过程
1772年，英国的丹尼尔·卢瑟福，从磷和空气作用后剩下的气体中发现了氮，在动植物体中的蛋白质内含有氮。土壤中有硝酸盐，例如KNO3。重要的矿物有硝石和智利硝石等。
元素来源：工业上采用蒸发液态空气方法来大规模制取氮。用适当的化学药剂从空气中除去氧，二氧化碳和水蒸气就可制得。
元素用途：用于制取硝酸，合成氨，氰氢化钙，氰化物等，以及填充灯泡。也可以用它来代替惰性气体，以作焊接金属的保护气。另外，在保存粮食、水果等农副产品方面，氮也有大量用处。
元素辅助资料：氮气是空气的主要组成部分。氧是所有元素在地壳中含量很大的。但由于氮气是在平常状态下以气体状况存在，和可接触到的、可见的固体、液体不同，使人们单纯用直觉观察，是不能认清它的。
1772年，英国科学家卡文迪许曾经分离出氮气，把它称为“窒息的空气”。在同一年，普利斯特里将铁与硝酸作用，得到“硝酸空气”(一氧化氮气)。接着这种“硝酸空气”与空气中氧气化合，形成棕色的二氧化氮气，可用碱液吸收。他发现空气体积减少五分之一，而剩余的五分之四是比空气轻的气体，既不支持物质燃烧，也不能维持动物生命。此外舍勒也发现了氮气，但他们都没有及时公布他们发现的结论。因此，在现在一般化学文献中，都认为氮在欧洲首先由英国医生、植物学家D.卢瑟福首先发现。而拉瓦锡将空气中不能支持燃烧和维持动物的生命的部分称为azote，来自希腊文a(没有)和zoe(生命)，是“不能维持生命”的意思。“azote”正是我们今天所说的氮。今天的氮的拉丁名nitrogenium和元素符号N来自英文nitrogene，是nitre(硝石)和gene(源)构成，也就是“硝石之源”。
氮平衡
是指氮的摄入量与排出量之间的平衡状态.人和动物食物中的含氮物质绝大部分是蛋白质,非蛋白质的含氮物质含量很少,可以忽略不记.因此,由测定食物的含氮量,可以估算出所含蛋白质的量.例如,据测定,每100g蛋白质中有6,25g氮,也就是说,每6,25g氮就相当于100g蛋白质.蛋白质在体内分解代谢所产生的含氮物质,主要由尿,粪排出.通过测定每日食物中的含氮量(摄入氮),以及尿和粪便中的含氮量(排出氮)就可以了解氮平衡的状态,从而估计蛋白质在体内的代谢量和人体的生长,营养等情况.氮平衡有以下三种情况：
1、氮平衡.摄入氮等于排出氮叫做总氮平衡.这表明体内蛋白质的合成量和分解量处于动态平衡.一般营养正常的健康成年人就属于这种情况.
2、正氮平衡.摄入氮大于排出氮叫做正氮平衡.这表明体内蛋白质的合成量大于分解量.生长期的儿童少年,孕妇和恢复期的伤病员等就属于这种情况.所以,在这些人的饮食中,应该尽量多给些含蛋白质丰富的食物.
3、负氮平衡.摄入氮小于排出氮叫做负氮平衡.这表明体内蛋白质的合成量小于分解量.慢性消耗性疾病,组织创伤和饥饿等就属于这种情况.蛋白质摄入不足,就会导致身体消瘦,对疾病的抵抗力降低,患者的伤口难以愈合等.当摄入的氨基酸少于消耗的氨基酸时 ,将出现如营养不良、腰酸背痛、头昏目眩、体弱多病、代谢功能衰退等症状 ,则称为负氮平衡。即由食物摄入的氮量少于排泄物中的氮量,称为负氮平衡。
氮循环
氮循环(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮单质和含氮化合物之间相互转换过程的生态系统的物质循环。氮在自然界中的循环转化过程。是生物圈内基本的物质循环之一。如大气中的氮经微生物等作用而进入土壤，为动植物所利用，最终又在微生物的参与下返回大气中，如此反覆循环，以至无穷。
空气中含有大约78%的氮气，占有绝大部分的氮元素。氮是许多生物过程的基本元素;它存在于所有组成蛋白质的氨基酸中，是构成诸如DNA等的核酸的四种基本元素之一。在植物中，大量的氮素被用于制造可进行光合作用供植物生长的叶绿素分子。加工，或者固定，是将气态的游离态氮转变为可被有机体吸收的化合态氮的必经过程。一部分氮素由闪电所固定，同时绝大部分的氮素被非共生或共生的固氮细菌所固定。这些细菌拥有可促进氮气和氢化和成为氨的固氮酶，生成的氨再被这种细菌通过一系列的转化以形成自身组织的一部分。某一些固氮细菌，例如根瘤菌，寄生在豆科植物(例如豌豆或蚕豆)的根瘤中。这些细菌和植物建立了一种互利共生的关系，为植物生产氨以换取糖类。因此可通过栽种豆科植物使氮素贫瘠的土地变得肥沃。还有一些其它的植物可供建立这种共生关系。其它植物利用根系从土壤中吸收硝酸根离子或铵离子以获取氮素。动物体内的所有氮素则均由在食物链中进食植物所获得。
氮气转化
有三种将游离态的N2(大气中的氮气)转化为化合态氮的方法：生物固定 – 一些共生细菌(主要与豆科植物共生)和一些非共生细菌能进行固氮作用并以有机氮的形式吸收。工业固氮 – 在哈伯-博施法中，N2与氢气被化合生成氨(NH3)肥。化石燃料燃烧 – 主要由交通工具的引擎和热电站以NOx的形式产生。另外，闪电亦可使N2和O2化合形成NO，是大气化学的一个重要过程，但对陆地和水域的氮含量影响不大。
由于豆科植物(特别是大豆、紫苜蓿和苜蓿)的广泛栽种、使用哈伯-博施法生产化学肥料以及交通工具和热电站释放的含氮污染成分，人类使得每年进入生物利用形态的氮素提高了不止一倍。这所导致的富营养作用已经对湿地生态系统产生了破坏。全球人工固氮所产生活化氮数量的增加,虽然有助于农产品产量的提高,但也会给全球生态环境带来压力.,使与氮循环有关的温室效应、水体污染和酸雨等生态环境问题进一步加剧。
氮氧化物
氮氧化物 (nitrogen oxides)包括多种化合物，如一氧化二氮(N2O)、一氧化氮 (N0)、二氧化氮(NO2)、三氧化二氮 (N203)、四氧化二氮(N204)和五氧化二氮(N205)等。除二氧化氮以外，其他氮氧化物均极不稳定，遇光、湿或热变成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又变为二氧化氮。因此，职业环境中接触的是几种气体混合物常称为硝烟 (气)，主要为一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮为主。
一氧化氮 (N0)为无色气体，分子量30.01，熔点-163.6℃，沸点-151.5℃，蒸气压101.3lkPa(-151.7℃)。溶于乙醇、二硫化碳，微溶于水和硫酸，水中溶解度4.7% (20℃)。性质不稳定，在空气中易氧化成二氧化氮 (2N0+02→2N02)。
二氧化氮 (NO2)在21.1℃温度时为红棕色刺鼻气体;在21.1℃以下时呈暗褐色液体。在-ll℃以下温度时为无色固体，加压液体为四氧化二氮。分子量46.01，熔点-11.2℃，沸点 21.2℃，蒸气压101.3lkPa(2l℃)，溶于碱、二硫化碳和氯仿，微溶于水。性质较稳定。
氮氧化物(NOX)种类很多，造成大气污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，因此环境学中的氮氧化物一般就指这二者的总称。就全球来看，空气中的氮氧化物主要来源于天然源，但城市大气中的氮氧化物大多来自于燃料燃烧，即人为源，如汽车等流动源，工业窑炉等固定源。据计算，各种燃料燃烧产生的氮氧化物量为：1吨天然气，6.35公斤, 1吨石油， 9.1-12.3公斤,1吨煤， 8-9公斤,而以汽油、柴油为燃料的汽车，尾气中氮氧化物的浓度相当高。在非采暖期，北京市一半以上的氮氧化物来自机动车排放。
氮氧化物与空气中的水结合最终会转化成硝酸和硝酸盐，随着降水和降尘从空气中去除。硝酸是酸雨的原因之一;它与其它污染物在一定条件下能产生光化学烟雾污染。北京市目前从防止机动车尾气污染入手，防治措施有强制安装机外净化器;严格控制新车污染;推广使用清洁燃料等等。室内空气中的氮氧化物污染主要来自室外空气污染。性质 主要包括一氧化氮、二氧化氮和硝酸雾，以二氧化氮为主。一氧化氮是无色、无刺激气味的不活泼气体，可被氧化成二氧化氮。二氧化氮是棕红色有刺激性臭味的气体。
危害
氮氧化物可刺激肺部，使人较难抵抗感冒之类的呼吸系统疾病，呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者，会较易受二氧化氮影响。对儿童来说，氮氧化物可能会造成肺部发育受损。研究指出长期吸入氮氧化物可能会导致肺部构造改变，但目前仍未可确定导致这种后果的氮氧化物含量及吸入气体时间。以一氧化氮和二氧化氮为主的氮氧化物是形成光化学烟雾和酸雨的一个重要原因.汽车尾气中的氮氧化物与氮氢化合物经紫外线照射发生反应形成的有毒烟雾,称为光化学烟雾.光化学烟雾具有特殊气味,刺激眼睛,伤害植物,并能使大气能见度降低.另外,氮氧化物与空气中的水反应生成的硝酸和亚硝酸是酸雨的成分.大气中的氮氧化物主要源于化石燃料的燃烧和植物体的焚烧,以及农田土壤和动物排泄物中含氮化合物的转化. 工业中主要适用氨气与氮氧化物发生化学反映中和掉氮氧化物，氨气与氮氧化物分解反应后产生氮气与水，从而达到无污染排放。现在主要应用到取暖，供电等等行业。但在轮船等行业中，还没有较好的解决办法(主要是氨气制造比较困难而携带氨气罐又比较危险)。