氮原子
| 氮原子 |
 |
|
中文名；氮原子 外文名；Nitrogen atom 學科；化學 發現者；卡爾·威爾海姆·舍勒 原子序號；7 類型；非金屬原子 |
氮原子，氮是一種化學元素，它的化學符號是N，它的原子序數是7。氮是空氣中最多的元素，在自然界中存在十分廣泛，在生物體內亦有極大作用，是組成氨基酸的基本元素之一。[1]
目錄
簡介
1772年由瑞典藥劑師舍勒發現，後由法國科學家拉瓦錫確定是一種元素。1787年由拉瓦錫和其他法國科學家提出，氮的英文名稱nitrogen，是"硝石組成者"的意思。中國清末化學家啟蒙者徐壽在第一次把氮譯成中文時曾寫成"淡氣"，意思是說，它"沖淡"了空氣中的氧氣。元素名來源於希臘文，原意是"硝石"。
氮在地殼中的含量很少，自然界中絕大部分的氮是以單質分子氮氣的形式存在於大氣中，氮氣占空氣體積的百分之七十八。氮的最重要的礦物是硝酸鹽 。
氮在地殼中的重量百分比含量是0.0046%，總量約達到4×1012噸。動植物體中的蛋白質都含有氮。土壤中有硝酸鹽，例如KNO₃。在南美洲智利有硝石礦(NaNO₃)，這是世界上唯一的這種礦藏，是少見的含氮礦藏。宇宙星際已發現含氮分子，如NH₃、HCN等。
氮的豐度1.8×10占16位。自然界的氮有兩種同位素，分別為99.63%、0.365%。
性質
物理性質
在室溫下不與空氣，鹼，水反應，加熱到3273K時，只有0.1%分解，因此，N2是化學特性物質，氮的最重要的礦物是硝酸鹽。氮有兩種天然同位素:氮14和氮15，其中氮14的豐度為99.625%。
晶體結構:晶胞為六方晶胞。
元素類型:非金屬元素
氮氣為無色、無味的氣體。氮通常的單質形態是氮氣。它無色無味無臭，是很不易有化學反應呈化學惰性的氣體，而且它不支持燃燒。
主要成分:高純氮≥99.999%; 工業級 一級≥99.5%; 二級≥98.5%。
外觀與性狀:無色無臭氣體。
溶解性:微溶於水、乙醇。
主要用途:用於合成氨，制硝酸，用作物質保護劑，冷凍劑。
化學性質
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 :
形成離子鍵
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+ 6Li = 2 Li₃N
N₂+ 3Mg =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只能存在於干態，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原子採取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，則分子構型為正四面體型，例如NH₄+離子。
⑵N原子採取sp2雜化態，形成2個共價鍵和1個單鍵，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原子採取sp 雜化，形成一個共價叄鍵，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+。
氮共有九種氧化物:一氧化二氮(N₂O)、一氧化氮(NO)、一氧化氮二聚體(N₂O₂)、二氧化氮(NO₂)、三氧化二氮(N₂O₃)、四氧化二氮(N₂O₄)、五氧化二氮(N₂O₅)、疊氮化亞硝酰(N₄O)，第九種氮的氧化物三氧化氮(NO₃)作為不穩定的中間體存在於多種反應之中。
應用
工業應用
氮的惰性廣泛用於電子、鋼鐵、玻璃工業，還用於燈泡和膨脹橡膠的填充物，工業上用於保護油類、糧食、精密實驗中用作保護氣體。
氮在室溫時，能與許多直接化合，如、Li、Mg、Cia、Al、B等，反應生成氮化:
N₂(g)+3Mg(s)→Mg₃N(s)。
N₂與O₂在高溫(~2273K)或放電條件下直接化合N₂+O₂→2NO，這是固定氮的一種方法，估計地球上每年由"雷電合成"氮化合物達4~5億噸，而人工合成氮化合物1億噸左右。
生理作用
氮是植物生長的必需養分之一，它是每個活細胞的組成部分。植物需要大量氮。
氮素是葉綠素的組成成分，葉綠素a和葉綠素都是含氮化合物。綠色植物進行光合作用，使光能轉變為化學能，把無機物(二氧化碳和水)轉變為有機物(葡萄糖)是藉助於葉綠素的作用。葡萄糖是植物體內合成各種有機物的原料，而葉綠素則是植物葉子製造"糧食"的工廠。氮也是植物體內維生素和能量系統的組成部分。
氮素對植物生長發育的影響是十分明顯的。當氮素充足時，植物可合成較多的蛋白質，促進細胞的分裂和增長，因此植物葉面積增長炔，能有更多的葉面積用來進行光合作用。
此外，氮素的豐缺與葉子中葉綠素含量有密切的關係。能從葉面積的大小和葉色深淺上來判斷氮素營養的供應狀況。在苗期，一般植物缺氮往往表現為生長緩慢，植株矮小，葉片薄而小，葉色缺綠髮黃。禾本科作物則表現為分孽少。生長後期嚴重缺氮時，則表現為穗短小，籽粒不飽滿。在增施氮肥以後，對促進植物生長健壯有明顯的作用。往往施用後，葉色很快轉綠，生長量增加。但是氮肥用量不宜過多，過量施用氮素時，葉綠素數量增多，能使葉子更長久地保持綠色，以致有延長生育期、貪青晚熟的趨勢。對一些塊根、塊莖作物，如糖用甜菜，氮素過多時，有時表現為葉子的生長量顯著增加，但具有經濟價值的塊根產量卻少得使人失望。
相關視頻