元素的基本信息
元素符号:N
原子序数:7
中文名称及拼音:氮 dàn
英文名称:Nitrogen
相对原子质量:14.007[14.006,14.008]
原子核外电子排布式:[He]2s22p3
重要的同位素及其天然丰度:14N 99.636(20)%,15N 0.364(20)%
常见的同素异形体:
地壳中的含量(mg·kg-1):1.9×101
海洋中的含量(mg·L-1):5×10-1
是否生命必需元素:
人体中的含量(g,按照体重70kg计):1800
人体中含量占体重百分数(%):2.6
常见氧化态:-3,0,+1,+2,+3,+4,+5
元素电负性:3.04
原子半径(pm):70(单键),60(双键),55(三键)
离子半径(pm):146(N3-,CN=4),25(N+,CN=4),
16(N3+,CN=6),13(N5+,CN=6)
元素第一电离能(kJ·mol-1):1402.3
元素第一电子亲和能(kJ·mol-1):
单质的基本物理量
化学式:N2
熔点(°C):-210.0
沸点(°C):-195.795
密度(g·cm-3):1.2506×10-3
0.8061-195.8(l)
比热容298.15K(mol-1·K-1):29.1(g)
熔化热(kJ·mol-1):0.71
汽化热(kJ·mol-1):5.57
注:在其沸点-195.795℃时的数据
原子化焓(kJ·mol-1):472.44±0.03
单质的热力学数据
化学式:N2
标准摩尔生成焓(kJ·mol-1):0(g)
标准摩尔生成吉布斯自由能(kJ·mol-1):0(g)
标准摩尔熵(J·mol-1·K-1):191.6(g)


元素在自然界的存在形式
常见的存在形式:氮气、硝石矿。
常见存在形式的化学式:N2,NaNO3
主要存在地:大气层,南美洲智利等地。
其他
电极反应与标准电极电势:
电极反应 E/V
N2 + 2H2O + 6H+ + 6e- ⇌ 2NH4OH
0.092
3N2 + 2H+ + 2e- ⇌ 2HN3
-3.09
N2H+5 + 3H+ + 2e- ⇌ 2NH+4
1.275
N2O + 2H+ + 2e- ⇌ N2 + H2O
1.766
H2N2O2 + 2H+ + 2e- ⇌ N2 + 2H2O
2.65
N2O4 + 2e- ⇌ 2NO-2
0.867
N2O4 + 2H+ + 2e- ⇌ 2NHO2
1.065
N2O4 + 4H+ + 4e- ⇌ 2NO + 2H2O
1.035
2NH3OH+ + H+ + 2e- ⇌ N2H+5 + 2H2O 1.42
2NO + 2H+ + 2e- ⇌ N2O + H2O 1.591
2NO + H2O + 2e- ⇌ N2O + 2OH- 0.76
HNO2 + H+ + e- ⇌ NO + H2O 0.983
2HNO2 + 4H+ + 4e- ⇌ H2N2O2 + 2H2O 0.86
2HNO2 + 4H+ + 4e- ⇌ N2O + 3H2O 1.297
NO-2 + H2O + e- ⇌ NO + 2OH- -0.46
2NO-2 + 2H2O + 4e- ⇌ N2O2-2 + 4OH- -0.18
2NO-2 + 3H2O + 4e- ⇌ N2O + 6OH- 0.15
NO-3 + 3H+ + 2e- ⇌ HNO2 + H2O 0.934
NO-3 + 4H+ + 3e- ⇌ NO + 2H2O 0.957
2NO-3 + 4H+ + 2e- ⇌ N2O4 + 2H2O 0.803
NO-3 + H2O + 2e- ⇌ NO-2 + 2OH- 0.01
2NO-3 + 2H2O + 2e- ⇌ N2O4 + 4OH- -0.85

元素发现简史
发现时间、发现者:

1772年 英国化学家卢瑟福(Daniel Rutherford)

命名时间、命名者:

1794年 法国化学家沙普塔(Jean-Antoine Chaptal)

命名的意思:

源于法语nitrogène,法国化学家沙普塔将希腊语的νίτρον(nitron,硝石)和法语的gène(生成)合并创造出了该词。

发现简史:

英国化学家和物理学家布拉克(Joseph Black)通过煅烧石灰石发现了一种叫二氧化碳的新气体,并发现试剂瓶中还有另一种未知气体。当他把燃烧的蜡烛放在盛满“未知气体”的容器里时,蜡烛立刻熄灭了;当他把麻雀和小老鼠放进这个容器里时,麻雀和小老鼠先后都死了。布拉克由于事务缠身,只好让学生丹尼尔·卢瑟福(Daniel Rutherford)接手这个项目,继续实验研究。

卢瑟福发现老鼠在密闭容器中窒息而死后的气体仍然能支持燃烧,于是用蜡烛和磷燃烧除去剩余的氧气并且将剩余气体通过碱溶液除去二氧化碳,最后剩下的气体既不支持燃烧也会使动物窒息,故他将这种气体称作有害气体(noxious air)或“浊气”。1772年9月,卢瑟福发表了一篇论文,在论文中他描述了氮气的性质——不能维持动物的生命,既不能被石灰水吸收,又不能被碱吸收,还不支持燃烧的性质。

其实早于卢瑟福,历史上大名鼎鼎的科学家卡文迪许(Henry Cavendish)和普里斯特利(Joseph Priestley)在1760年代已经通过从空气中除去氧气获得了氮气,并发现这种气体能熄灭了点燃的蜡烛,会让老鼠很快死亡。可惜他们受到错误的燃素学说影响,没有得到正确的结论。

另外,现代化学之父拉瓦锡(Antoine Lavoisier)也对氮气颇有研究,他仔细研究了燃烧的过程,经过慎重思考,将氮气这种不活泼的气体称为“有毒气体”,并取名为azote,源于希腊语中的“a”和“zote”组合,意为“无生命”。现在许多含氮化合物的英文命名中,依然沿用了“az”这一词头。

现在通用的氮的英文Nitrogen源于法语nitrogène,由法国化学家沙普塔(Jean-Antoine Chaptal)将希腊语的νίτρον(nitron,硝石)和法语的gène(生成)合并创造出了该词。

我国清代化学家徐寿译成中文时写成“淡气”,意思是“冲淡”了空气中的氧气。再后来,科学家把“淡气”译成“氮气”。

参考文献
[1] [2019-10-31]. https://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen#History.
[2] [2019-10-31]. https://www.rsc.org/periodic-table/element/7/Nitrogen.
[3] [2019-07-03]. https://www.webelements.com/sulfur/history.html.