氮氣，常況下是一種無色無味無嗅的氣體，且通常無毒。氮氣占大氣總量的78.12%（體積分數），是空氣的主要成份。常溫下為氣體，在標準大氣壓下，冷卻至-195.8℃時，變成沒有顏色的液體，冷卻至-209.86℃時，液態氮變成雪狀的固體。氮氣的化學性質很穩定，常溫下很難跟其他物質發生反應，但在高溫、高能量條件下可與某些物質發生化學變化，用來制取對人類有用的新物質。

氮在常況下是一種無色無味無臭的氣體，且通常無毒。氮氣占大氣總量的78.12%（體積分數），在標準情況下的氣體密度是1.25g/L，氮氣在水中溶解度很小，在常溫常壓下，1體積水中大約隻溶解0.02體積的氮氣。氮氣是難液化的氣體。氮氣在極低溫下會液化成無色液體，進一步降低溫度時，更會形成白色晶狀固體。在生產中，通常采用黑色鋼瓶盛放氮氣。其他物理性質見下表：

氮氣用途

　　氮的用途

　　氮主要用於合成氨，反應式為N2+3H2=2NH3( 條件為高壓，高溫、和催化劑。反應為可逆反應）還是合成纖維（錦綸、腈綸），合成樹脂，合成橡膠等的重要原料。由於氮的化學惰性，常用作保護氣體。以防止某些物體暴露於空氣時被氧所氧化，用氮氣填充糧倉，可使糧食不黴爛、不發芽，長期保存。液氨還可用作深度冷凍劑。作為冷凍劑在醫院做除斑,包,豆等的手術時常常也使用, 即將斑,包,豆等凍掉,但是容易出現疤痕,並不建議使用。 氮是一種營養元素還可以用來制作化肥。例如：碳酸氫銨NH4HCO3，氯化銨NH4Cl，硝酸銨NH4NO3等等。

　　氮氣在汽車上的作用

　　1.提高輪胎行駛的穩定性和舒適性。氮氣幾乎為惰性的雙原子氣體，化學性質極不活潑，氣體分子比氧分子大，不易熱脹冷縮，變形幅度小，其滲透輪胎胎壁的速度比空氣慢約30～40%， 能保持穩定胎壓，提高輪胎行駛的穩定性，保證駕駛的舒適性；氮氣的音頻傳導性低，相當於普通空氣的1/5，使用氮氣能有效減少輪胎的噪音，提高行駛的寧靜度。 2.防止爆胎和缺氣碾行。爆胎是公路交通事故中的頭號殺手。據統計，在高速公路上有46%的交通事故是由於輪胎發生故障引起的，其中爆胎一項就占輪胎事故總量的70%。汽車行駛時，輪胎溫度會因與地麵磨擦而升高，尤其在高速行駛及緊急剎車時，胎內氣體溫度會急速上升，胎壓驟增，所以會有爆胎的可能。而高溫導致輪胎橡膠老化，疲勞強度下降，胎麵磨損劇烈，又是可能爆胎的重要因素。而與一般高壓空氣相比，高純度氮氣因為無氧且幾乎不含水份不含油，其熱膨脹系數低，熱傳導性低，升溫慢，降低瞭輪胎聚熱的速度，不可燃也不助燃等特性，所以可大大地減少爆胎的幾率。 3.延長輪胎使用壽命 使用氮氣後，胎壓穩定體積變化小，大大降低瞭輪胎不規則磨擦的可能性，如冠磨、胎肩磨、偏磨，提高瞭輪胎的使用壽命；橡膠的老化是受空氣中的氧分子氧化所致，老化後其強度及彈性下降，且會有龜裂現象，這時造成輪胎使用壽命縮短的原因之一。氮氣分離裝置能極大限度地排除空氣中的氧氣、硫、油、水和其它雜質，有效降低瞭輪胎內襯層的氧化程度和橡膠被腐蝕的現象，不會腐蝕金屬輪輞，延長瞭輪胎的使用壽命，也極大程度減少輪輞生銹的狀況。 4.減少油耗，保護環境。輪胎胎壓的不足與受熱後滾動阻力的增加，會造成汽車行駛時的油耗增加；而氮氣除瞭可以維持穩定的胎壓，延緩胎壓降低之外，其乾燥且不含油不含水，熱傳導性低，升溫慢的特性，減低瞭輪胎行走時溫度的升高，以及輪胎變形小抓地力提高等，降低瞭滾動阻力，從而達到減少油耗的目的。

　　對成鍵有貢獻的是三對電子，即形成兩個π鍵和一個σ鍵。 對成鍵沒有貢獻，成鍵與反鍵能量近似抵消，它們相當於孤電子對。由於N2分子中存在叁鍵N≡N，所以N2分子具有很大的穩定性，將它分解為原子需要吸收941.69kJ/mol的能量。N2分子是已知的雙原子分子中最穩定的，氮氣的相對分子質量是28。

而且氮氣通常不易燃燒且不支持燃燒。化學式為N2。

氮氣性質

　　將燃著的Mg條伸入盛有氮氣的集氣瓶，Mg條會繼續燃燒

　　提取出燃燒剩下的灰燼（微黃色粉末Mg3N2），加入少量水，產生使濕潤的紅色石蕊試紙變藍的氣體（氨氣）本反應為水解反應

　　反應方程式：3Mg+N2=點燃=Mg3N2(氮化鎂)

　　Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑

氮的成鍵特征和價鍵結構

　　由於單質N2在常況下異常穩定，人們常誤認為氮是一種化學性質不活潑的元素。實際上相反，元素氮有

很高的化學活性。N的電負性（3.04）僅次於F、Cl、O和Br，說明它能和其它元素形成較強的鍵。另外單質N2分子的穩定性恰好說明N原子的活潑性。問題是目前人們還沒有找到在常溫常壓下能使N2分子活化的最優條件。但在自然界中，植物根瘤上的一些細菌卻能夠在常溫常壓的低能量條件下，把空氣中的N2轉化為氮化合物，作為肥料供作物生長使用。所以固氮的研究一直是一個重要的科學研究課題。因此我們有必要詳細瞭解氮的成鍵特性和價鍵結構。

鍵型

　　N原子的價電子層結構為2s2p3，即有3個成單電子和一對孤電子對，以此為基礎，在形成化合物時，可生成如下三種鍵型：

　　1.形成離子鍵

　　2.形成共價鍵

　　3.形成配位鍵

　　N原子有較高的電負性（3.04），它同電負性較低的金屬，如Li（電負性0.98）、Ca（電負性1.00）、Mg（電負性1.31）等形成二元氮化物時，能夠獲得3個電子而形成N3-離子。

　　N2+ 6 Li == 2 Li3N

　　N2+ 3 Ca == Ca3N2

　　N2+ 3 Mg =點燃= Mg3N2

　　N3-離子的負電荷較高，半徑較大（171pm），遇到水分子會強烈水解，因此的離子型化合物隻能存在於乾態，不會有N3-的水合離子。形成共價鍵

　　N原子同電負性較高的非金屬形成化合物時，形成如下幾種共價鍵：

　　⑴N原子采取sp3雜化態，形成三個共價鍵，保留一對孤電子對，分子構型為三角錐型，例如NH3．

NF3．NCl3等。 若形成四個共價單鍵，則分子構型為正四麵體型，例如NH4+離子。

　　⑵N原子采取sp2雜化態，形成2個共價鍵和一個鍵，並保留有一對孤電子對，分子構型為角形，例如Cl—N=O 。（N原子與Cl 原子形成一個σ 鍵和一個π鍵，N原子上的一對孤電子對使分子成為角形。） 若沒有孤電子對時，則分子構型為三角形，例如HNO3分子或NO3-離子。硝酸分子中N原子分別與三個O原子形成三個σ鍵，它的π軌道上的一對電子和兩個O原子的成單π電子形成一個三中心四電子的不定域π鍵。在硝酸根離子中，三個O原子和中心N原子之間形成一個四中心六電子的不定域大π鍵。

　　這種結構使硝酸中N原子的表觀氧化數為+5，由於存在大π鍵，硝酸鹽在常況下是足夠穩定的。

　　⑶N原子采取sp 雜化，形成一個共價叁鍵，並保留有一對孤電子對，分子構型為直線形，例如N2分子和CN-中N原子的結構。形成配位鍵

　　N原子在形成單質或化合物時，常保留有孤電子對，因此這樣的單質或化合物便可作為電子對給予體，向金屬離子配位。例如[Cu(NH3)4]2+或[Tu(NH2)5]7等。

氧化態-吉佈斯自由能圖

　　由氮元素的氧化態-吉佈斯自由能圖也可以看出，除瞭NH4離子外，氧化數為0的N2分子在圖中曲線的最

低點，這表明相對於其它氧化數的氮的化合物來講，N2是熱力學穩定狀態。氧化數為0到+5之間的各種氮的化合物的值都位於HNO3和N2兩點的連線（圖中的虛線）的上方，因此，這些化合物在熱力學上是不穩定的，容易發生歧化反應。在圖中唯一的一個比N2分子值低的是NH4+離子。^[1]

　　由氮元素的氧化態-吉佈斯自由能圖和N2分子的結構均可以看出，單質N2不活潑，隻有在高溫高壓並有催化劑存在的條件下，氮氣可以和氫氣反應生成氨：

　　在放電條件下，氮氣才可以和氧氣化合生成一氧化氮：N2+O2=放電=2NO

　　一氧化氮與氧氣迅速化合，生成二氧化氮2NO+O2=2NO2

　　二氧化氮溶於水，生成硝酸，一氧化氮3NO2+H2O=2HNO3+NO

　　五氧化二氮溶於水，生成硝酸，N2O5+H2O=2HNO3

　　在水力發電很發達的國傢，這個反應已用於生產硝酸。

　　N2與氫氣反應制氨氣：N2+3H2===（可逆符號）2NH3

　　N2與電離勢小，而且其氮化物具有高晶格能的金屬能生成離子型的氮化物。例如：

　　N2 與金屬鋰在常溫下就可直接反應： 6 Li + N2=== 2 Li3N

　　N2與堿土金屬Mg 、Ca 、Sr 、Ba 在熾熱的溫度下作用： 3 Ca + N2=== Ca3N2

　　N2與硼和鋁要在白熱的溫度才能反應： 2 B + N2=== 2 BN （大分子化合物）

　　N2與矽和其它族元素的單質一般要在高於1473K的溫度下才能反應。

　　現場制氮/工業制氮

　　現場制氮是指氮氣用戶自購制氮設備制氮，目前國內外，工業規模制氮有三類：即深冷空分制氮、變壓

吸附制氮和膜分離制氮。

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