空气中除了含有约78%的氮气外,还含有少量的有机氮化合物和硝酸。在自然界中,无机氮化合物的存在并不常见,只有少量的硝酸钠存在于某些地区,尤其是智利沿海地区。氮还以铵盐、硝酸盐或亚硝酸盐的形式存在于肥沃的土壤中。所有生物体都含有氮的有机化合物-蛋白质。没有蛋白质就没有生命,而氮是蛋白质的必要组成部分,因此,氮对于生命的重要性是显而易见的。
在工业上,氮的大量生产是以空气为原料,通过液化和分馏的方式进行。氧气和稀有气体是工业制氮的副产品。分馏液态空气所得的氮常常含有少量的氧气和微量的稀有气体。可以通过红铜将这种不纯的氮中的氧气除去。剩下的稀有气体对一般工作并没有影响。
在实验室中,加热亚硝酸铵的浓溶液至约70°C,即可得到氮:
NH4NO2 = N2↑ + 2H2O
要制得纯净的氮气,可以将氨气通过加热的氧化铜进行反应:
2NH3 + 3CuO = N2↑ + 3H2O + 3Cu
一、 氮的性质
氮是双原子分子,其低沸点表明氮分子的稳定性。氮分子内部的原子核间距离为1.095?,两个原子通过一个σ键和两个π键相连接。氮的稳定性使其具有较低的活性。要使这样的分子分解,需要输入大量的能量,因为氮的分解热为每克分子225.2千卡,比其他任何双原子分子都高。在高压放电的影响下,氮分子会被“活化”。活化的氮类似于氮原子,其中的一个或两个电子被激发到较高的能级。放电停止后,在短时间内,活化的氮会发出淡黄色的光,表示活化的分子会逐渐释放多余的能量。活性氮容易与磷、硫、钠等元素形成化合物,而普通的氮则没有这种反应。升高温度也可以增加氮的反应性;在高温下,氮可以与许多元素反应生成氮化物。
在实验室中,氮常用作为一种惰性保护气体,可以防止易于氧化的物质在暴露于空气时被氧气氧化。在工业上处理易燃液体时,也常使用氮作为保护气体。然而,现在氮在工业上的主要用途是用于制造氨、硝酸和“石灰氮”。
二、氮氢化合物
氮的电负性较氩高,因此当氮与氩发生化合时,对氮来说是一种还原作用,表现为负价。氮氢化合物中的重要物质包括以下几种:(1)氨NH3,它可以与氢离子结合形成铵离子NH4+,因此可以与酸反应生成铵盐;(2)联氨(肼)N2H4,它也可以与酸反应形成联氨盐;(3)氢氮酸HNO2,以及金属的氮化物盐类。