Nitrogen

窒素は周期表の7番目に位置し、記号Nで表されます。非金属であり、第15族（ニクトゲンとして知られる）の中で最も軽い元素です。天の川銀河や太陽系全体では、全元素中7番目に豊富に存在します。標準状態では、2つの窒素原子が結合して無色無臭の二原子気体N₂を形成します。この気体は地球の大気の約78％を占め、空気中のどの化学物質よりも多く含まれています。その化合物は揮発性が高い傾向があるため、窒素は地球の固体地殻には比較的乏しいです。スコットランドの医師ダニエル・ラザフォードは1772年に窒素を初めて単離し、「有害な空気」と呼びました。ほぼ同時期に、カール・ヴィルヘルム・シェーレとヘンリー・キャヴェンディッシュも独立に研究しました。1790年、フランスの化学者ジャン＝アントワーヌ＝クロード・シャプタルは、この元素が硝酸や硝酸塩に含まれることから「ニトロジェーヌ」という名称を提案しました。アントワーヌ・ラヴォアジエは、この気体が生物を窒息させることから、ギリシャ語で「命のない」を意味する「アゾート」を好みました。この名称は多くの言語で定着し、英語のヒドラジン、アジド、アゾ化合物などの用語に見られます。市販の窒素ガスのほとんどは、圧力スイング吸着法を用いて空気から製造されます。その生産量の約3分の2は、食品包装などのための不活性で酸素を含まないガスとして使用され、残りの多くは極低温用の液体窒素となります。窒素は多くの工業用化合物の中心です：アンモニア、硝酸、有機硝酸エステル（推進剤や爆薬に使用）、そしてシアン化物です。N₂分子の三重結合は非常に強く、二原子分子の中で一酸化炭素に次いで2番目に強いため、生物にとっても工業にとっても、これを有用な化合物に変換することは困難です。しかし、その同じ結合により、窒素化合物の燃焼、爆発、または分解は大量のエネルギーを放出します。合成アンモニアと硝酸塩は主要な工業用肥料であり、肥料由来の硝酸塩は水路の富栄養化を引き起こす主要な汚染物質です。肥料やエネルギー貯蔵以外にも、窒素は有機化合物に広く見られ、高強度繊維に使用されるアラミドから、瞬間接着剤の基礎となるシアノアクリレートにまで及びます。すべての生物は窒素を含んでおり、主にアミノ酸（したがってタンパク質）、核酸（DNAとRNA）、そしてエネルギー分子であるアデノシン三リン酸に含まれます。人体の質量の約3％は窒素であり、酸素、炭素、水素に次いで4番目に豊富な元素です。窒素循環は、元素が空気から生物圏と有機化合物へと移動し、その後大気に戻る過程を説明します。窒素は抗生物質を含む主要な医薬品のすべてのクラスの構成要素です。多くの薬物は、天然の窒素含有シグナル伝達分子の模倣薬またはプロドラッグです：例えば、有機硝酸エステルであるニトログリセリンとニトロプルシドは、一酸化窒素に代謝されることで血圧を調節します。その他の注目すべき窒素含有薬物（天然のカフェインやモルヒネ、合成アンフェタミンなど）は、動物の神経伝達物質受容体に作用します。窒素化合物は何千年も前から知られていました。塩化アンモニウムはヘロドトスに知られており、中世までには、錬金術師たちは硝酸（彼らがアクア・フォルティス、すなわち「強水」と呼んだ）や、アンモニウム塩や硝酸塩によく精通していました。硝酸と塩酸の混合物はアクア・レギア（「王水」）として知られ、金を溶解する能力で珍重されました。元素そのものは1772年にスコットランドの医師ダニエル・ラザフォードによって発見され、彼はそれを「有害な空気」と呼びました。彼はそれを明確な化学元素として認識していませんでしたが、ジョセフ・ブラックの「固定空気」（二酸化炭素）とは明確に区別しました。ラザフォードは、空気に燃焼を支えない成分が含まれていることを理解していましたが、それが元素であるとは気づきませんでした。ほぼ同時期に、カール・ヴィルヘルム・シェーレ、ヘンリー・キャヴェンディッシュ、ジョセフ・プリーストリーもそれを研究し、「焼けた空気」または「フロギストン化された空気」と呼びました。アントワーヌ・ラヴォアジエはそれを「メフィティックエア」または「アゾート」と呼びました。これはギリシャ語で「命のない」を意味し、それが窒息させるからです。純粋な窒素の中では、動物は死に、炎は消えました。英語はラヴォアジエの名称を採用しませんでしたが（酸素以外のすべての気体は窒息性または毒性があるため）、多くの言語（フランス語、イタリア語、ポルトガル語、ポーランド語、ロシア語、アルバニア語、トルコ語など；ドイツ語のStickstoffやオランダ語のstikstofも同様に「窒息物質」を意味します）で存続しています。また、ヒドラジンやアジドなどの窒素化合物の英語名にも残っており、窒素が先頭を務める族の名称「ニクトゲン」は、ギリシャ語で「窒息させる」ことに由来します。英語の「nitrogen」（1794年）は、1790年にジャン＝アントワーヌ＝クロード・シャプタルが作ったフランス語のnitrogèneに由来します。彼はそれをnitre（硝酸カリウム、硝石とも呼ばれる）と接尾辞-gène（「生成する」、ギリシャ語の-genes「生まれた」から）から形成しました。シャプタルは、窒素が硝酸の必須部分であり、硝酸自体が硝石に由来することを意味していました。以前は、硝石はエジプトの「ナトロン」（炭酸ナトリウム）と混同されており、ギリシャ語でνίτρον（nitron）と呼ばれていましたが、その名前にもかかわらず硝酸塩は含まれていませんでした。窒素化合物の初期の軍事、産業、農業での利用は硝石（硝酸ナトリウムまたは硝酸カリウム）に依存しており、最も顕著なのは火薬における利用です。