氮原子

化学元素

氮原子，是一种化学元素，它的化学符号是N，它的原子序数是7。

简介

氮在地壳中的含量很少，自然界中绝大部分的氮是以单质分子氮气的形式存在于大气中，氮气占空气体积的百分之七十八。氮的最重要的矿物是硝酸盐。

氮在地壳中的重量百分比含量是0.0046%，总量约达到4×1012吨。动植物体中的蛋白质都含有氮。土壤中有硝酸盐，例如KNO3。在南美洲智利有硝石矿（NaNO3），这是世界上唯一的这种矿藏，是少见的含氮矿藏。宇宙星际已发现含氮分子，如NH3、HCN等。

氮的丰度1.8×10占16位。自然界的氮有两种同位素，分别为99.63%、0.365%。

性质

物理性质

在室温下不与空气，碱，水反应，加热到3273K时，只有0.1%分解，因此，N2是化学特性物质，氮的最重要的矿物是硝酸盐。氮有两种天然同位素：氮14和氮15，其中氮14的丰度为99.625%。

晶体结构：晶胞为六方晶胞。

元素类型：非金属元素

氮气为无色、无味的气体。氮通常的单质形态是氮气。它无色无味无臭，是很不易有化学反应呈化学惰性的气体，而且它不支持燃烧。

主要成分：高纯氮≥99.999%; 工业级一级≥99.5%; 二级≥98.5%。

外观与性状：无色无臭气体。

溶解性：微溶于水、乙醇。

主要用途：用于合成氨，制硝酸，用作物质保护剂，冷冻剂。

化学性质

N原子的价电子层结构为2s2p3，即有3个成单电子和一对孤电子对，以此为基础，在形成化合物时，可生成如下三种键型：

形成离子键

N原子有较高的电负性（3.04），它同电负性较低的金属，如Li（电负性0.98）、Ca（电负性1.00）、Mg（电负性1.31）等形成二元氮化物时，能够获得3个电子而形成N3-离子。

N2+ 6Li = 2 Li3N

N2+ 3Mg =点燃= Mg3N2

N3-离子的负电荷较高，半径较大（171pm），遇到水分子会强烈水解，因此的离子型化合物只能存在于干态，不会有N3-的水合离子。

形成共价键

N原子同电负性较高的非金属形成化合物时，形成如下几种共价键：

⑴N原子采取sp3杂化态，形成三个共价键，保留一对孤电子对，分子构型为三角锥型，例如NH3、NF3、NCl3等。

若形成四个共价单键，则分子构型为正四面体型，例如NH4+离子。

⑵N原子采取sp2杂化态，形成2个共价键和1个单键，并保留有一对孤电子对，分子构型为角形，例如Cl—N=O。（N原子与Cl 原子形成一个σ 键和一个π键，N原子上的一对孤电子对使分子成为角形。）

若没有孤电子对时，则分子构型为三角形，例如HNO3分子或NO3-离子。硝酸分子中N原子分别与三个O原子形成三个σ键，它的π轨道上的一对电子和两个O原子的成单π电子形成一个三中心四电子的不定域π键。在硝酸根离子中，三个O原子和中心N原子之间形成一个四中心六电子的不定域大π键。

这种结构使硝酸中N原子的表观氧化数为+5，由于存在大π键，硝酸盐在常况下是足够稳定的。

⑶N原子采取sp 杂化，形成一个共价叁键，并保留有一对孤电子对，分子构型为直线形，例如N2分子和CN-中N原子的结构。

形成配位键

N原子在形成单质或化合物时，常保留有孤电子对，因此这样的单质或化合物便可作为电子对给予体，向金属离子配位。例如[Cu(NH3)4]2+。

氮共有九种氧化物：一氧化二氮（N2O）、一氧化氮（NO）、一氧化氮二聚体（N2O2）、二氧化氮（NO2）、三氧化二氮（N2O3）、四氧化二氮（N2O4）、五氧化二氮（N2O5）、叠氮化亚硝酰（N4O），第九种氮的氧化物三氧化氮（NO3）作为不稳定的中间体存在于多种反应之中。

应用

工业应用

氮的惰性广泛用于电子、钢铁、玻璃工业，还用于灯泡和膨胀橡胶的填充物，工业上用于保护油类、粮食、精密实验中用作保护气体。

氮在室温时，能与许多直接化合，如、Li、Mg、Cia、Al、B等，反应生成氮化：

N2(g)+3Mg(s)→Mg3N(s)。

N2与O2在高温（～2273K）或放电条件下直接化合N2+O2→2NO，这是固定氮的一种方法，估计地球上每年由“雷电合成”氮化合物达4～5亿吨，而人工合成氮化合物1亿吨左右。

生理作用

氮是植物生长的必需养分之一，它是每个活细胞的组成部分。植物需要大量氮。

氮素是叶绿素的组成成分，叶绿素a和叶绿素都是含氮化合物。绿色植物进行光合作用，使光能转变为化学能，把无机物（二氧化碳和水）转变为有机物（葡萄糖）是借助于叶绿素的作用。葡萄糖是植物体内合成各种有机物的原料，而叶绿素则是植物叶子制造“粮食”的工厂。氮也是植物体内维生素和能量系统的组成部分。

氮素对植物生长发育的影响是十分明显的。当氮素充足时，植物可合成较多的蛋白质，促进细胞的分裂和增长，因此植物叶面积增长炔，能有更多的叶面积用来进行光合作用。

此外，氮素的丰缺与叶子中叶绿素含量有密切的关系。能从叶面积的大小和叶色深浅上来判断氮素营养的供应状况。在苗期，一般植物缺氮往往表现为生长缓慢，植株矮小，叶片薄而小，叶色缺绿发黄。禾本科作物则表现为分孽少。生长后期严重缺氮时，则表现为穗短小，籽粒不饱满。在增施氮肥以后，对促进植物生长健壮有明显的作用。往往施用后，叶色很快转绿，生长量增加。但是氮肥用量不宜过多，过量施用氮素时，叶绿素数量增多，能使叶子更长久地保持绿色，以致有延长生育期、贪青晚熟的趋势。对一些块根、块茎作物，如糖用甜菜，氮素过多时，有时表现为叶子的生长量显著增加，但具有经济价值的块根产量却少得使人失望。

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