氮氣簡介
中文名：氮氣
英文名：Nitrogen
化學式：N2
相對分子質量：28.013
化學性質：不活潑
CAS登錄號：7727-37-9
EINECS登錄號：231-783-9
發現者：亨利·卡文迪許
命名者：安托萬-洛朗·拉瓦錫[1]
化學性質
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。[2]
由氮分子中三鍵鍵能很大，不容易被破壞，因此其化學性質十分穩定，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。
氮化物反應
氮化鎂與水反應：Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑
氮和活潑金屬反應
N2與堿土金屬Mg 、Ca 、Sr 、Ba 在熾熱的溫度下作用： 3 Ca + N2=== Ca3N2
N2與鎂條反應：3Mg+N2=點燃=Mg3N2(氮化鎂)
氮和非金屬反應
N2與硼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。
物理性質
氮在常況下是一種無色無味的氣體，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，氮氣難溶於水，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：[3]
項 目 | 屬 性 |
化學式 | N2 |
相對分子質量 | 28.013 |
CAS登錄號 | 7727-37-9 |
EINECS登錄號 | 231-783-9 |
英文名稱 | Nitrogen |
熔點 | 63.15K，-210℃ |
沸點，101.325kPa（1atm）時 | 77.35K，-195.8℃ |
臨界溫度 | 126.1K，-147.05℃ |
臨界壓力 | 3.4MPa，33.94bar，33.5atm，492.26psia |
臨界體積 | 90.1cm3/mol |
臨界密度 | 0.3109g/cm3 |
臨界壓縮系數 | 0.292 |
液體密度，-180℃時 | 0.729g/cm3 |
液體熱膨脹系數，-180℃時 | 0.00753 1/℃ |
表麵張力，-210℃時 | 12.2×10-3 N/m，12.2dyn/cm |
氣體密度，101.325 kPa(atm)和70F(21.1℃)時 | 1.160kg/m3，0.0724 lb/ft3 |
氣體相對密度，101.325 kPa(1atm)和70F時(空氣=1) | 0.967 |
汽化熱，沸點下 | 202.76kJ/kg，87.19 BTU/1b |
熔化熱，熔點下 | 25.7kJ/kg，11.05 BTU/1b |
氣體定壓比熱容cp，25℃時 | 1.038kJ/（kg· k），0.248 BTU/（1b·R） |
氣體定容比熱容cv，25℃時 | 0.741kJ/（kg· k），0.177 BTU/（1b·R） |
氣體比熱容比，cp/cv | 1.401 |
液體比熱容，-183℃時 | 2.13kJ/（kg·k)，0.509 BTU/(1b·R) |
固體比熱容，-223℃時 | 1.489kJ/(kg·k)，0.356 BTU/(1b·R) |
溶解度參數 | 9.082(J/cm3 )0.5 |
液體摩爾體積 | 34.677cm3 /mol |
在水中的溶解度，25℃時 | 17.28×10-6(w) |
氣體黏度，25℃時 | 175.44×10-7Pa·s，175.44μP |
液體黏度，-150℃時 | 0.038mPa ·s，0.038 cp |
氣體熱導率，25℃ 時 | 0.02475W/(m · K) |
液體熱導率，-150℃時 | 0.0646W/(m · K) |
氮氣用途
化工合成
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。 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。
汽車輪胎
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。
其他作用
由於氮的化學惰性，常用作保護氣體，如：瓜果，食品，燈泡填充氣。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。液氮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。高純氮氣用作色譜機等機器的載氣。用作銅管的光亮退火保護氣體。跟高純氦氣、高純二氧化碳一起用作激光切割機的激光氣體。氮氣也作為食品保鮮保護氣體的用途。在化工行業，氮氣主要用作保護氣體、置換氣體、洗滌氣體、安全保障氣體。用作鋁制品、鋁型材加工，鋁薄軋制等保護氣體。用作回流焊和波峰焊配套的保護氣體，提高焊接質量。用作浮法玻璃生產過程中的保護氣體，防錫槽氧化。
化學鍵
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。
氮氣中鍵特性
氮氣分子中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。氮氣通常不易燃燒且不支持燃燒。化學式為N2。
鍵型
1.形成離子鍵
2.形成共價鍵
3.形成配位鍵
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
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。
形成配位鍵
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