發現曆史
瑞典化學家卡爾·謝勒（Carl Scheele）和蘇格蘭植物學家丹尼爾·盧瑟福（Daniel Rutherford）在1772年分别發現了氮。牧師卡文迪許和拉瓦錫也在差不多的同一時間獨立地獲得了氮。氮氣首先被拉瓦錫（Lavoisier）認可為元素，他将其命名為“偶氮”，意思是“無生命”。查普塔爾在1790年将該元素命名為氮。該名稱源自希臘語“nitre”（硝酸鹽中含氮的硝酸鹽）。
理化性質
大氣中約有4,000萬億噸氣體，其中氮氣占78%。氮氣微溶于水和酒精。它是不可燃的，被認為是一種窒息性氣體（即呼吸純淨的氮氣會剝奪人體的氧氣）。盡管氮被認為是一種惰性元素，但它會形成一些非常活躍的化合物。它可用作稀釋劑并控制自然的燃燒和呼吸速率，在較高的氧氣濃度下會更快。氮可溶于水和酒精，但基本上不溶于大多數其他液體。它在生活中是必不可少的，其化合物可用作食物或肥料。氮用于制造氨和硝酸。氮氣在環境溫度和中等溫度下基本上是惰性氣體。因此，大多數金屬都容易處理它。在升高的溫度下，氮可能對金屬和合金具有侵蝕性。
來源
氮是地球上第30大最豐富的元素。考慮到氮氣占大氣量的4/5，即占大氣的78%以上，我們幾乎可以使用無限量的氮氣。氮也以硝酸鹽形式存在于多種礦物質中，例如智利硝石（硝酸鈉），硝石或硝石（硝酸鉀）和含有铵鹽的礦物質。氮存在于許多複雜的有機分子中，包括存在于所有活生物體中的蛋白質和氨基酸。
制備
實驗室方法
實驗室最常用的是亞硝酸铵的分解，實際上是将亞硝酸鈉飽和溶液慢慢加到熱的飽和氯化铵溶液中：
液态空氣分餾法
氮氣主要是從大氣中分離或含氮化合物的分解制得的。每年通過液化空氣生産超過3,300萬噸的氮氣，然後使用分餾的方法在大氣中生産氮氣以及其他氣體。
深冷分離法
深冷分離法又稱為低溫精餾法，利用空氣中氮氣與氧氣的沸點不一緻來分離氧氣和氮氣。由于氮氣的沸點（-196℃） 低于氧氣（-183℃），在液态空氣的蒸發過程中，液氮比液氧更容易變成氣态，而在空氣液化過程中，氧氣比氮氣更容易變成液态。由于氮氣與氧氣的沸點相差不大，液态空氣與氣态空氣需經過反複多次的蒸發、冷凝、再蒸發過程（該過程稱為低溫精餾過程），最終在精留塔頂部氣相餾分中就可以過得較高高純度的氮氣，氮氣的純度取決于精餾塔的塔闆級數和精餾效率。
深冷分離法工藝已經曆了 100 多年的發展，先後經曆了高壓、高低壓、中壓和全低壓流程等多種不同的工藝流程。随着現代空分工藝技術和設備的發展，高壓、高低壓、中壓空分流程已基本被淘汰，能耗更低、生産更安全的全低壓流程已成為大中型低溫空分裝置的首選。全低壓空分工藝根據氧氮産品壓縮環節不同，又分為外壓縮流程和内壓縮流程。全低壓外壓縮流程生産出低壓氧氣或氮氣，然後經外置的壓縮機将産品氣體壓縮至所需壓力供給用戶。全低壓内壓縮流程将精餾産生的液态氧或液态氮在冷箱内通過液體泵加壓至用戶所需壓力後汽化，并在主換熱器内複熱後供給用戶。主要工藝過程為原料空氣過濾、壓縮、冷卻、純化、增壓、膨脹、精餾、分離、複熱、外供。
膜分離法
膜分離技術是基于薄膜對氣體組分具有選擇性滲透和擴散的特性，以達到氣體分離和純化的目的。氣體中各種組分透過膜的速度不同，每種組分透過膜的速度與該氣體的性質、膜的特性和膜兩面的分壓差有關。透過膜的氣體組分不可能達到 100%的純度。氣體分離膜通常可分為多孔材質和非多孔材質，它們無機物（多孔玻璃、陶瓷、金屬、電子導電性固體和钯合金等）或有機高分子（微孔聚乙烯、多孔醋酸纖維、均質醋酸纖維、聚矽氧烷橡膠和聚碳酸脂）組成。
淨化後的壓縮空氣經過緩沖罐，聯合過濾器後由膜組一端進入，氣體分子在壓力作用下首先在膜的高壓側接觸。混合氣體在膜的高壓側表面以不同的溶解度溶于膜内，然後在膜兩側壓力差的推動下，混合氣體的分子以不同的速度向膜的低壓側擴散。經過溶解和擴散兩個過程的選擇，最終混合氣體被分離成各個組分。例如：空氣、氧氣的透過速度大于氮氣，經過膜分離之後，高壓側留下的氣體富氮，而透過去的氣體富氧。
變壓吸附法（PSA法）
該方法是以壓縮空氣為原料，一般以分子篩為吸附劑，在一定的壓力下，利用空氣中氧氣和氮氣分子在不同分子篩表面吸附量的差異，在一定時間内氧在吸附相富集， 氮在氣體相富集，實現氧、氮分離；而卸壓後分子篩吸附劑解析再生，循環使用。吸附劑除了分子篩之外，還可應用活性氧化鋁、矽膠等。
目前， 常用變壓吸附制氮裝置是以壓縮空氣為原料，碳分子篩為吸附劑，利用氧和氮在碳分子篩上的吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差異及分子篩對氧和氮随壓力不同具有不同的吸附容量的特性來實現氧、氮分離。首先，空氣中的氧被碳分子篩優先吸附，從而在氣相中富集氮氣。為連續獲得氮氣，需兩個吸附塔交替工作。
相關反應
合成氨反應
工業上的氨氣是由氫氣和氮氣直接合成的：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)（反應條件為高溫高壓、催化劑）。氨氣的合成是一個體積縮小的放熱反應，增大體系壓強和降低體系溫度對合成反應有利。
分解反應
實驗室中常用來制取氮氣的方法是加熱亞硝酸鈉和氯化铵的飽和溶液，具體反應為：NH4Cl+NaNO2=NH4NO2+NaCl，NH4NO2=N2↑+2H2O。
燃燒反應
氨氣在空氣中很難燃燒，但在純氧中可以燃燒生成氮氣：4NH3+3O2=2N2↑+6H2O。
常溫下氮氣難以與氧氣反應，但在放電或者高溫的條件下，可以與氧氣反應：N2+O2=2NO。閃電能夠使空氣裡的氮氣轉化為一氧化氮，是一種自然固氮。
與活潑金屬反應
氮氣在加熱條件下可以與金屬發生反應，以鎂為例：N2+Mg→Mg3N2（反應條件為加熱）。
氮氣用途
氮氣通常被稱為惰性氣體，用于某些惰性氣氛中以進行金屬處理，并用于燈泡中以防止産生電弧，但它不是化學惰性的。它是動植物生命中必不可少的元素，并且是許多有用化合物的組成部分。氮與許多金屬結合形成硬氮化物，可用作耐磨金屬。鋼中的少量氮會抑制高溫下的晶粒生長，并且還會提高某些鋼的強度。它也可用于在鋼上産生堅硬的表面。氮氣可用于制造氨，硝酸，硝酸鹽，氰化物等；在制造炸藥中；填充高溫溫度計，白熾燈泡；形成惰性材料以保存材料，用于幹燥箱或手套袋中。食品冷凍過程中的液氮；在實驗室中作為冷卻劑。
