氮在常况下是一种无色无味无嗅的气体，且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%（体积分数），在标准情况下的气体密度是1.25g·dm-3，氮气在标准大气压下，冷却至-195.8℃时，变成没有颜色的液体，冷却至-209.86℃时，液态氮变成雪状的固体。氮气在水里溶解度很小，在常温常压下，1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。它是个难于液化的气体。在水中的溶解度很小，在283K时，一体积水约可溶解0.02体积的N2,氮气在极低温下会液化成白色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。在生产中，通常采用灰色钢瓶盛放氮气。

基本性质折叠编辑本段

物理性质

氮在常况下是一种无色无味无臭的气体，且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%（体积分数），在标准情况下的气体密度是1.25g/L，氮气难溶于水，在常温常压下，1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。氮气是难液化的气体。氮气在极低温下会液化成无色液体，进一步降低温度时，更会形成白色晶状固体。在生产中，通常采用黑色钢瓶盛放氮气。

化学性质

由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图也可以看出，除了NH4离子外，氧化数为0的N2分子在图中曲线的最低点，这表明相对于其它氧化数的氮的化合物来讲，N2是热力学稳定状态。氧化数为0到+5之间的各种氮的化合物的值都位于HNO3和N2两点的连线（图中的虚线）的上方，因此，这些化合物在热力学上是不稳定的，容易发生歧化反应。在图中唯一的一个比N2分子值低的是NH4+离子。[2]

由氮元素的氧化态-吉布斯自由能图和N2分子的结构均可以看出，单质N2不活泼，只有在高温高压并有催化剂存在的条件下，氮气可以和氢气反应生成氨。

基本用途折叠编辑本段

化工合成

氮主要用于合成氨，反应式为N2+3H2=2NH3( 条件为高压，高温、和催化剂。反应为可逆反应）还是合成纤维（锦纶、腈纶），合成树脂，合成橡胶等的重要原料。 氮是一种营养元素还可以用来制作化肥。例如：碳酸氢铵NH4HCO3，氯化铵NH4Cl，硝酸铵NH4NO3等等。

食品行业

食品包装充氮时可以保鲜。

其他用途

充填灯泡制作氮肥与炸药，做制冷剂（液氮汽化吸热）。

汽车轮胎

1.提高轮胎行驶的稳定性和舒适性。[3]

氮气几乎为惰性的双原子气体，化学性质极不活泼，气体分子比氧分子大，不易热胀冷缩，变形幅度小，其渗透轮胎胎壁的速度比空气慢约30～40%， 能保持稳定胎压，提高轮胎行驶的稳定性，保证驾驶的舒适性；氮气的音频传导性低，相当于普通空气的1/5，使用氮气能有效减少轮胎的噪音，提高行驶的宁静度。

2.防止爆胎和缺气碾行。

爆胎是公路交通事故中的头号杀手。据统计，在高速公路上有46%的交通事故是由于轮胎发生故障引起的，其中爆胎一项就占轮胎事故总量的70%。汽车行驶时，轮胎温度会因与地面磨擦而升高，尤其在高速行驶及紧急刹车时，胎内气体温度会急速上升，胎压骤增，所以会有爆胎的可能。而高温导致轮胎橡胶老化，疲劳强度下降，胎面磨损剧烈，又是可能爆胎的重要因素。而与一般高压空气相比，高纯度氮气因为无氧且几乎不含水份不含油，其热膨胀系数低，热传导性低，升温慢，降低了轮胎聚热的速度，不可燃也不助燃等特性，所以可大大地减少爆胎的几率。

3.延长轮胎使用寿命

使用氮气后，胎压稳定体积变化小，大大降低了轮胎不规则磨擦的可能性，如冠磨、胎肩磨、偏磨，提高了轮胎的使用寿命；橡胶的老化是受空气中的氧分子氧化所致，老化后其强度及弹性下降，且会有龟裂现象，这时造成轮胎使用寿命缩短的原因之一。氮气分离装置能极大限度地排除空气中的氧气、硫、油、水和其它杂质，有效降低了轮胎内衬层的氧化程度和橡胶被腐蚀的现象，不会腐蚀金属轮辋，延长了轮胎的使用寿命，也极大程度减少轮辋生锈的状况。

4.减少油耗，保护环境。

轮胎胎压的不足与受热后滚动阻力的增加，会造成汽车行驶时的油耗增加；而氮气除了可以维持稳定的胎压，延缓胎压降低之外，其干燥且不含油不含水，热传导性低，升温慢的特性，减低了轮胎行走时温度的升高，以及轮胎变形小抓地力提高等，降低了滚动阻力，从而达到减少油耗的目的。

合成方法折叠编辑本段

氮气在大气中虽多于氧气，由于它的性质不活泼，所以人们在认识氧气之后才认识氮气的。不过它的发现却早于氧气。1575年英国化学家布拉克（Black,J.1728-1799）发现碳酸气之后不久，发现木炭在玻璃罩内燃烧后所生成的碳酸气，即使用苛性钾溶液吸收后仍然有较大量的空气剩下来。后来他的学生Ｄ·卢瑟福（Rutherford,D.1749-1819）继续用动物做实验，把老鼠放进封闭的玻璃罩里直至其死后，发现玻璃罩中空气体积减少1/10；若将剩余的气体再用苛性钾溶液吸收，则会继续减少1/11的体积。Ｄ·卢瑟福发现老鼠不能生存的空气里燃烧蜡烛，仍然可以见到微弱的烛光；待蜡烛熄灭后，往其中放入少量的磷，磷仍能燃烧一会，对除掉空气中的助燃气来说，效果是好的。把磷燃烧后剩余的气体进行研究，Ｄ·卢瑟福发现这气体不能维持生命，具有灭火性质，也不溶于苛性钾溶洲，因此命名为“浊气”或“毒气”。在同一年，普利斯特里作类似的燃烧实验，发现使1/5的空气变为碳酸气，用石灰水吸收后的气体不助燃也不助呼吸。由于他同Ｄ·卢瑟福都是深信燃素学说的，因此他们把剩下来的气体叫做“被燃素饱和了的空气”。

1.空分法 采用全低压流程，首先清除空气中灰尘和机械杂质，然后在压缩机中压缩，清除压缩空气中二氧化碳，干燥压缩空气，经液化、精馏，分离成氧和氮气。氮气贮藏在氮气柜；液氮送入贮槽，压缩的氮气充填氮气瓶中。图XV-1 NaN3分解装置 利用活性铜提纯氮气装置

2.在装置中，向长为40cm，直径为2cm的玻璃制分解管中装填数毫米厚，经重结晶并干燥的NaN3。磨口接头用湿布包裹使之冷却。用高真空泵将整个装置抽成真空，在保持真空下进行加热干燥。但装有NaN3的那根玻璃管不能加热到NaN3分解的温度。用高频真空检漏器检测系统是否漏气。这样做之后，用火焰均匀地加热管1。关闭活塞3，从一头依序将NaN3加热至开始分解。加热一段时间后停止加热，关闭活塞4和5，打开活塞3后，当确定压力计6的压力在增加，说明气体还在继续生成，当压力增加缓慢时，应再加热。如此继续操作直到在压力计上可以看到烧瓶中有了一些压力，制取了足够量的气体为止。当钠的细尘在烧瓶7中落下后，就可让气体进入烧瓶8。不要用玻璃棉来挡住钠的细尘。此操作不会有爆炸的危险，因为即使压力突然增加，最坏的结果也只不过是在2处将磨口冲开而已。此法制得的氮气已经很纯，无需再加纯制。NaN3的分解温度为280℃，KN3为360℃。

3.由钢瓶氮气纯制：钢瓶氮气中的水蒸气和CO2等杂质可用通常的洗涤剂除去，但除去痕量的氧气很困难。如需要高纯度的氮气最好选用下述的方法：将长度为10m，电阻为64Ω的电热线直接缠绕在一根长75cm，直径4cm的玻璃管上。利用调压变压器将管子内的温度调节到约170℃。内管的外面再套上一个玻璃管以减少热量损失，同时试验时也可以观察内管中的现象。在内管中密封填充物，然后从内管的上面通入氢气，确认其中的空气被驱净后，即可通电加热。把还原CuO所生成的水从活塞中放走。当填充物全部变成暗紫色后，即可停止氢气，通入待纯制的氮气，填充物可用下列方法制得：将120g Cu(OH)2CuCO3溶于2L浓氨水中，加入用盐酸洗过并经灼烧过的硅藻土420g，在水浴上蒸干。将其粉碎成3～5mm大小，在150～180℃彻底干燥至颗粒呈现棕色光泽。筛去细粉，得到产品。图NaN3分解装置利用活性铜提纯氮气装置1—加热管；2—磨口活塞；3，4，5—活塞；6—压力计；7，8—烧瓶2将250g CuCl2·H2O(或366g CuSO4·5H2O)溶于2L水中。加入用盐酸煮过并经过灼烧的硅藻土250g，加热至60℃，并在猛力搅拌下，将200g NaOH溶于500mL水的60℃溶液加入，10min后，将它倾入10L蒸馏水中。放置沉降，倾去上层清液，用蒸馏水用倾析法反复洗涤多次后抽吸过滤。将滤饼在螺旋手压机中压成3～5mm的细条，晾至半干后切成5～10mm细段，在180℃下烘干至恒重。高纯氮一般以空气分离装置生产的氮气作为原料，通过化学法、吸附干燥法、变压吸附法及膜分离法等净化制成。