氮气是一种无色无味的气体,难溶于水,密度比空气略小。在标准大气压下,氮气冷却至-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。从微观角度上看,氮气分子中存在着三重键,键长短,但键能大,表现出十分稳定的化学性质,在常温下不与氧、水、酸碱等物质反应,常作为惰性气体使用。
基于这些特点,氮气在多个领域都有着重要的应用。
化工应用
在高压高温和催化剂的条件下,氮气可以合成氨气。而氨气是重要的化工原料,可用于下游合成纤维、树脂和橡胶等。虽然氮气与氢气能够反应生成氨气,但该反应是可逆反应产物,所以产生的不是纯净氨气。再者,反应需要的温度比较高,大约500℃,再加上需要高压、催化剂的条件,对于一般实验室来说比较苛刻。
合成橡胶
食品应用
氮气也作为食品保护气体的用途,使水果和零食保持新鲜和完整。氮气对食品的色、香、味和别的品质都不会造成影响,可以防止细菌,酵母菌和霉菌等的增生与繁殖,阻止腐败变质,预防食品中油脂的酸败变化、维生素C的氧化分解,避免原有色泽的氧化改变,从而大大延长各种易腐食品的贮存和保管期限,最终达到保鲜的效果。
农业应用
氮元素是植物体内氨基酸的重要组成部分,又是蛋白质的构成成分。虽然氮气占近八成的空气,但植物本身难以直接利用氮气,因此可以通过一些间接的方式达到氮气利用的目的。比如,可以利用氮气制备氮肥。氮肥可以促进作物细胞进行分裂和生长,促进作物的长势,而且它还可以增加植物种子中蛋白质的含量,能提高产品的营养价值。另一方面,特殊的细菌可以起到氮气固定的作用。例如根瘤菌侵染植物形成根瘤,固氮酶可以将氮气还原成植物可以利用的氮。
除此之外,氮气可以作为电子产品的保护气,还可以用于医学的液氮制冷等领域。随着人类科学技术的进步,氮气也将展现出更广阔的利用空间。