物理 [元素周期表] 氮

氮(Nitrogen)
一、基本信息
元素符号: N
原子序数: 7
原子量: 14.007
位置: 位于元素周期表第2周期、第15族(氮族或磷族)
电子构型: [He] 2s² 2p³
常见氧化态: -3, +3, +5
二、物理性质
状态: 常温常压下为气体。
颜色与气味: 无色、无味、无臭。
密度: 比空气略轻。
沸点: -195.8 °C
熔点: -210.1 °C
溶解性: 微溶于水。
三、化学性质
稳定性: 氮气(N₂)分子由两个氮原子通过非常牢固的三键(N≡N)结合而成,这使得氮气在常温下化学性质非常稳定,不易与其他物质发生反应,常被用作保护气。
反应性: 在高温、高压或放电条件下,氮分子的三键可以被打开,从而与某些金属(如锂、镁)或非金属(如氢、氧)反应,生成氮化物、氨或氮氧化物。
化合物: 氮可以形成种类繁多的化合物,常见的有氨(NH₃)、硝酸(HNO₃)、氮氧化物(NOₓ)等。
四、来源与分布
大气: 是氮元素最大的储库,氮气(N₂)约占大气体积的78%。
生物体: 是蛋白质、核酸(DNA和RNA)等生命基本物质的关键组成元素。
地壳: 以硝酸盐(如智利硝石NaNO₃)等形式存在于矿物中。
五、主要用途与日常生活
氮及其化合物在现代工业、农业和日常生活中有着极其广泛的应用。
工业保护气:
利用其惰性,在电子、冶金等行业中用作保护气,防止物质在高温或储存过程中被氧化。例如,在焊接、灯泡填充中广泛应用。
农业肥料 (最重要的用途):
氮是植物生长必需的营养元素。通过工业方法将空气中的氮气转化为氨,进而制造各种氮肥(如尿素、硝酸铵),极大地提高了农作物产量,支撑了全球粮食供应。
化工与材料原料:
氨和硝酸是重要的基础化工原料,用于生产染料、塑料、合成纤维(如尼龙)、药品等。
低温应用:
液氮(沸点-196°C)是一种极好的低温冷却剂,广泛应用于:
医疗: 冷冻手术、保存血液、细胞、生物样本。
科研: 提供低温环境。
食品工业: 快速冷冻、冷藏运输。
食品保鲜:
在包装薯片等零食时充入氮气,可以排除氧气,防止食物氧化变质和受潮,保持酥脆口感。也用于红酒储存等。