化學(xué)元素解釋：

性質(zhì)

元素名稱：氮

元素原子量：14.01

元素類型：非金屬

發(fā)現(xiàn)人：丹尼爾·盧瑟福 發(fā)現(xiàn)年代：1772年

氮?dú)庠诩訜釙r(shí)，可以和鎂、鋰、鈣化合。氮?dú)夂脱鯕庠陔娀鸹l件下可以形成一氧化氮(NO)，然后被氧化為二氧化氮(NO2)。在高溫高壓和適當(dāng)催化劑條件下，氮?dú)夂蜌錃饪梢曰蠟榘睔?哈伯法制氨氣)。氮?dú)饪梢员灰恍┲参?如三葉草)根部的細(xì)菌固定。因此這些植物可以被用來(lái)輪作。

無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)色氣體。密度1.2506克/升(氣)，0.8081克/立方厘米(液)。熔點(diǎn)-209.86℃，沸點(diǎn)-195.8℃。化合價(jià)1、3和5。電離能14.543電子伏特。元素氮在常溫下對(duì)大多數(shù)普通物質(zhì)的反應(yīng)性都是低的，在高溫下，分子氮(N2)與鉻、硅、鈦、鋁、硼、鈹、鋇，鍶、鈣等(但不與其它堿金屬)形成氮化物;與氧形成NO，在適當(dāng)高的溫度和壓力下，并有催化劑存在，與氫反應(yīng)成氨;當(dāng)超過(guò)1800℃，氮、碳與氫化合物形成氰化氫。放電時(shí)，氮?dú)饽芘c氧氣直接化合，生成NO。

制取

在實(shí)驗(yàn)室制取氮?dú)馔ǔ](méi)有必要像商業(yè)上生產(chǎn)或通過(guò)室內(nèi)空氣液化設(shè)備來(lái)制取。然而,疊氮化物的分解是獲得氮?dú)獾囊粋€(gè)途徑,而重絡(luò)酸銨的分解則是另外一種用來(lái)制取氮?dú)獾姆椒ā煞N反應(yīng)必須在專業(yè)人員的指導(dǎo)下才可進(jìn)行。

NaN3 (300°C) --> 2Na + 3N2

(NH4)2Cr2O7 --> N2 + Cr2O3 + 4H2O

通過(guò)液化空氣并進(jìn)行分餾以分離氧氣和其它氣體，可以大規(guī)模地制取氮?dú)狻＜儍舻牡獨(dú)饩褪前凑者@種方法制取的。

發(fā)現(xiàn)過(guò)程

1772年，英國(guó)的丹尼爾·盧瑟福，從磷和空氣作用后剩下的氣體中發(fā)現(xiàn)了氮，在動(dòng)植物體中的蛋白質(zhì)內(nèi)含有氮。土壤中有硝酸鹽，例如KNO3。重要的礦物有硝石和智利硝石等。

元素來(lái)源：工業(yè)上采用蒸發(fā)液態(tài)空氣方法來(lái)大規(guī)模制取氮。用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥劑從空氣中除去氧，二氧化碳和水蒸氣就可制得。

元素用途：用于制取硝酸，合成氨，氰氫化鈣，氰化物等，以及填充燈泡。也可以用它來(lái)代替惰性氣體，以作焊接金屬的保護(hù)氣。另外，在保存糧食、水果等農(nóng)副產(chǎn)品方面，氮也有大量用處。

元素輔助資料：氮?dú)馐强諝獾闹饕M成部分。氧是所有元素在地殼中含量很大的。但由于氮?dú)馐窃谄匠顟B(tài)下以氣體狀況存在，和可接觸到的、可見的固體、液體不同，使人們單純用直覺(jué)觀察，是不能認(rèn)清它的。

1772年，英國(guó)科學(xué)家卡文迪許曾經(jīng)分離出氮?dú)猓阉Q為“窒息的空氣”。在同一年，普利斯特里將鐵與硝酸作用，得到“硝酸空氣”(一氧化氮?dú)?。接著這種“硝酸空氣”與空氣中氧氣化合，形成棕色的二氧化氮?dú)猓捎脡A液吸收。他發(fā)現(xiàn)空氣體積減少五分之一，而剩余的五分之四是比空氣輕的氣體，既不支持物質(zhì)燃燒，也不能維持動(dòng)物生命。此外舍勒也發(fā)現(xiàn)了氮?dú)猓麄兌紱](méi)有及時(shí)公布他們發(fā)現(xiàn)的結(jié)論。因此，在現(xiàn)在一般化學(xué)文獻(xiàn)中，都認(rèn)為氮在歐洲首先由英國(guó)醫(yī)生、植物學(xué)家D.盧瑟福首先發(fā)現(xiàn)。而拉瓦錫將空氣中不能支持燃燒和維持動(dòng)物的生命的部分稱為azote，來(lái)自希臘文a(沒(méi)有)和zoe(生命)，是“不能維持生命”的意思。“azote”正是我們今天所說(shuō)的氮。今天的氮的拉丁名nitrogenium和元素符號(hào)N來(lái)自英文nitrogene，是nitre(硝石)和gene(源)構(gòu)成，也就是“硝石之源”。

氮平衡

是指氮的攝入量與排出量之間的平衡狀態(tài).人和動(dòng)物食物中的含氮物質(zhì)絕大部分是蛋白質(zhì),非蛋白質(zhì)的含氮物質(zhì)含量很少,可以忽略不記.因此,由測(cè)定食物的含氮量,可以估算出所含蛋白質(zhì)的量.例如,據(jù)測(cè)定,每100g蛋白質(zhì)中有6,25g氮,也就是說(shuō),每6,25g氮就相當(dāng)于100g蛋白質(zhì).蛋白質(zhì)在體內(nèi)分解代謝所產(chǎn)生的含氮物質(zhì),主要由尿,糞排出.通過(guò)測(cè)定每日食物中的含氮量(攝入氮),以及尿和糞便中的含氮量(排出氮)就可以了解氮平衡的狀態(tài),從而估計(jì)蛋白質(zhì)在體內(nèi)的代謝量和人體的生長(zhǎng),營(yíng)養(yǎng)等情況.氮平衡有以下三種情況：

1、氮平衡.攝入氮等于排出氮叫做總氮平衡.這表明體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成量和分解量處于動(dòng)態(tài)平衡.一般營(yíng)養(yǎng)正常的健康成年人就屬于這種情況.

2、正氮平衡.攝入氮大于排出氮叫做正氮平衡.這表明體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成量大于分解量.生長(zhǎng)期的兒童少年,孕婦和恢復(fù)期的傷病員等就屬于這種情況.所以,在這些人的飲食中,應(yīng)該盡量多給些含蛋白質(zhì)豐富的食物.

3、負(fù)氮平衡.攝入氮小于排出氮叫做負(fù)氮平衡.這表明體內(nèi)蛋白質(zhì)的合成量小于分解量.慢性消耗性疾病,組織創(chuàng)傷和饑餓等就屬于這種情況.蛋白質(zhì)攝入不足,就會(huì)導(dǎo)致身體消瘦,對(duì)疾病的抵抗力降低,患者的傷口難以愈合等.當(dāng)攝入的氨基酸少于消耗的氨基酸時(shí) ,將出現(xiàn)如營(yíng)養(yǎng)不良、腰酸背痛、頭昏目眩、體弱多病、代謝功能衰退等癥狀 ,則稱為負(fù)氮平衡。即由食物攝入的氮量少于排泄物中的氮量,稱為負(fù)氮平衡。

氮循環(huán)

氮循環(huán)(Nitrogen Cycle)是描述自然界中氮單質(zhì)和含氮化合物之間相互轉(zhuǎn)換過(guò)程的生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)。氮在自然界中的循環(huán)轉(zhuǎn)化過(guò)程。是生物圈內(nèi)基本的物質(zhì)循環(huán)之一。如大氣中的氮經(jīng)微生物等作用而進(jìn)入土壤，為動(dòng)植物所利用，最終又在微生物的參與下返回大氣中，如此反覆循環(huán)，以至無(wú)窮。

空氣中含有大約78%的氮?dú)猓加薪^大部分的氮元素。氮是許多生物過(guò)程的基本元素;它存在于所有組成蛋白質(zhì)的氨基酸中，是構(gòu)成諸如DNA等的核酸的四種基本元素之一。在植物中，大量的氮素被用于制造可進(jìn)行光合作用供植物生長(zhǎng)的葉綠素分子。加工，或者固定，是將氣態(tài)的游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀挥袡C(jī)體吸收的化合態(tài)氮的必經(jīng)過(guò)程。一部分氮素由閃電所固定，同時(shí)絕大部分的氮素被非共生或共生的固氮細(xì)菌所固定。這些細(xì)菌擁有可促進(jìn)氮?dú)夂蜌浠统蔀榘钡墓痰福傻陌痹俦贿@種細(xì)菌通過(guò)一系列的轉(zhuǎn)化以形成自身組織的一部分。某一些固氮細(xì)菌，例如根瘤菌，寄生在豆科植物(例如豌豆或蠶豆)的根瘤中。這些細(xì)菌和植物建立了一種互利共生的關(guān)系，為植物生產(chǎn)氨以換取糖類。因此可通過(guò)栽種豆科植物使氮素貧瘠的土地變得肥沃。還有一些其它的植物可供建立這種共生關(guān)系。其它植物利用根系從土壤中吸收硝酸根離子或銨離子以獲取氮素。動(dòng)物體內(nèi)的所有氮素則均由在食物鏈中進(jìn)食植物所獲得。

氮?dú)廪D(zhuǎn)化

有三種將游離態(tài)的N2(大氣中的氮?dú)?轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的方法：生物固定 – 一些共生細(xì)菌(主要與豆科植物共生)和一些非共生細(xì)菌能進(jìn)行固氮作用并以有機(jī)氮的形式吸收。工業(yè)固氮 – 在哈伯-博施法中，N2與氫氣被化合生成氨(NH3)肥。化石燃料燃燒 – 主要由交通工具的引擎和熱電站以NOx的形式產(chǎn)生。另外，閃電亦可使N2和O2化合形成NO，是大氣化學(xué)的一個(gè)重要過(guò)程，但對(duì)陸地和水域的氮含量影響不大。

由于豆科植物(特別是大豆、紫苜蓿和苜蓿)的廣泛栽種、使用哈伯-博施法生產(chǎn)化學(xué)肥料以及交通工具和熱電站釋放的含氮污染成分，人類使得每年進(jìn)入生物利用形態(tài)的氮素提高了不止一倍。這所導(dǎo)致的富營(yíng)養(yǎng)作用已經(jīng)對(duì)濕地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了破壞。全球人工固氮所產(chǎn)生活化氮數(shù)量的增加,雖然有助于農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的提高,但也會(huì)給全球生態(tài)環(huán)境帶來(lái)壓力.,使與氮循環(huán)有關(guān)的溫室效應(yīng)、水體污染和酸雨等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)一步加劇。

氮氧化物

氮氧化物 (nitrogen oxides)包括多種化合物，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，其他氮氧化物均極不穩(wěn)定，遇光、濕或熱變成二氧化氮及一氧化氮，一氧化氮又變?yōu)槎趸Ｒ虼耍殬I(yè)環(huán)境中接觸的是幾種氣體混合物常稱為硝煙 (氣)，主要為一氧化氮和二氧化氮，并以二氧化氮為主。

一氧化氮 (N0)為無(wú)色氣體，分子量30.01，熔點(diǎn)-163.6℃，沸點(diǎn)-151.5℃，蒸氣壓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℃)。性質(zhì)不穩(wěn)定，在空氣中易氧化成二氧化氮 (2N0+02→2N02)。

二氧化氮 (NO2)在21.1℃溫度時(shí)為紅棕色刺鼻氣體;在21.1℃以下時(shí)呈暗褐色液體。在-ll℃以下溫度時(shí)為無(wú)色固體，加壓液體為四氧化二氮。分子量46.01，熔點(diǎn)-11.2℃，沸點(diǎn) 21.2℃，蒸氣壓101.3lkPa(2l℃)，溶于堿、二硫化碳和氯仿，微溶于水。性質(zhì)較穩(wěn)定。

氮氧化物(NOX)種類很多，造成大氣污染的主要是一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，因此環(huán)境學(xué)中的氮氧化物一般就指這二者的總稱。就全球來(lái)看，空氣中的氮氧化物主要來(lái)源于天然源，但城市大氣中的氮氧化物大多來(lái)自于燃料燃燒，即人為源，如汽車等流動(dòng)源，工業(yè)窯爐等固定源。據(jù)計(jì)算，各種燃料燃燒產(chǎn)生的氮氧化物量為：1噸天然氣，6.35公斤, 1噸石油， 9.1-12.3公斤,1噸煤， 8-9公斤,而以汽油、柴油為燃料的汽車，尾氣中氮氧化物的濃度相當(dāng)高。在非采暖期，北京市一半以上的氮氧化物來(lái)自機(jī)動(dòng)車排放。

氮氧化物與空氣中的水結(jié)合最終會(huì)轉(zhuǎn)化成硝酸和硝酸鹽，隨著降水和降塵從空氣中去除。硝酸是酸雨的原因之一;它與其它污染物在一定條件下能產(chǎn)生光化學(xué)煙霧污染。北京市目前從防止機(jī)動(dòng)車尾氣污染入手，防治措施有強(qiáng)制安裝機(jī)外凈化器;嚴(yán)格控制新車污染;推廣使用清潔燃料等等。室內(nèi)空氣中的氮氧化物污染主要來(lái)自室外空氣污染。性質(zhì) 主要包括一氧化氮、二氧化氮和硝酸霧，以二氧化氮為主。一氧化氮是無(wú)色、無(wú)刺激氣味的不活潑氣體，可被氧化成二氧化氮。二氧化氮是棕紅色有刺激性臭味的氣體。

危害

氮氧化物可刺激肺部，使人較難抵抗感冒之類的呼吸系統(tǒng)疾病，呼吸系統(tǒng)有問(wèn)題的人士如哮喘病患者，會(huì)較易受二氧化氮影響。對(duì)兒童來(lái)說(shuō)，氮氧化物可能會(huì)造成肺部發(fā)育受損。研究指出長(zhǎng)期吸入氮氧化物可能會(huì)導(dǎo)致肺部構(gòu)造改變，但目前仍未可確定導(dǎo)致這種后果的氮氧化物含量及吸入氣體時(shí)間。以一氧化氮和二氧化氮為主的氮氧化物是形成光化學(xué)煙霧和酸雨的一個(gè)重要原因.汽車尾氣中的氮氧化物與氮?dú)浠衔锝?jīng)紫外線照射發(fā)生反應(yīng)形成的有毒煙霧,稱為光化學(xué)煙霧.光化學(xué)煙霧具有特殊氣味,刺激眼睛,傷害植物,并能使大氣能見度降低.另外,氮氧化物與空氣中的水反應(yīng)生成的硝酸和亞硝酸是酸雨的成分.大氣中的氮氧化物主要源于化石燃料的燃燒和植物體的焚燒,以及農(nóng)田土壤和動(dòng)物排泄物中含氮化合物的轉(zhuǎn)化. 工業(yè)中主要適用氨氣與氮氧化物發(fā)生化學(xué)反映中和掉氮氧化物，氨氣與氮氧化物分解反應(yīng)后產(chǎn)生氮?dú)馀c水，從而達(dá)到無(wú)污染排放。現(xiàn)在主要應(yīng)用到取暖，供電等等行業(yè)。但在輪船等行業(yè)中，還沒(méi)有較好的解決辦法(主要是氨氣制造比較困難而攜帶氨氣罐又比較危險(xiǎn))。