Nitrogen

氮位于元素周期表的第七位，符号为N。作为一种非金属，它是第15族（即氮族元素）中最轻的元素。在整个银河系和太阳系中，氮是第七丰富的元素。在标准条件下，两个氮原子结合成无色无味的双原子气体N₂。这种气体约占地球大气的78%，比空气中任何其他化学物质都多。由于其化合物通常具有挥发性，氮在地球固体地壳中相当稀少。苏格兰医生丹尼尔·卢瑟福于1772年首次分离出氮，并将其称为“有毒空气”。大约在同一时期，卡尔·威廉·舍勒和亨利·卡文迪什也独立研究了它。1790年，法国化学家让-安托万-克洛德·沙普塔尔提议将其命名为“nitrogène”，因为该元素存在于硝酸和硝酸盐中。安托万·拉瓦锡则更喜欢“azote”这个名称，源自希腊语“无生命”，因为这种气体会使生物窒息。这个名称在许多语言中沿用下来，并出现在英语术语如肼、叠氮化物和偶氮化合物中。大多数商业氮气通过变压吸附从空气中获得。其中约三分之二用作惰性无氧气体，用于食品包装等用途；其余大部分则用作低温应用的液氮。氮是许多工业化合物的核心：氨、硝酸、有机硝酸酯（用于推进剂和炸药）以及氰化物。N₂分子的三键极其牢固——在双原子分子中仅次于一氧化碳——这使得生物和工业将其转化为有用化合物都相当困难。然而，正是这种键意味着燃烧、爆炸或分解氮化合物会释放大量能量。合成氨和硝酸盐是关键的工业肥料，而肥料硝酸盐是导致水体富营养化的主要污染物。除了肥料和储能，氮还存在于从芳纶（用于高强度织物）到氰基丙烯酸酯（超级胶的基础）等有机化合物中。每个生物体都含有氮，主要存在于氨基酸（进而形成蛋白质）、核酸（DNA和RNA）以及能量分子三磷酸腺苷中。人体质量中约3%是氮，使其成为仅次于氧、碳和氢的第四丰富元素。氮循环描述了该元素如何从空气进入生物圈和有机化合物，然后返回大气。氮是包括抗生素在内的每一类主要药物的组成部分。许多药物是天然含氮信号分子的模拟物或前药：例如，有机硝酸酯如硝酸甘油和硝普钠通过代谢成一氧化氮来调节血压。其他著名的含氮药物——如天然咖啡因和吗啡，或合成安非他命——作用于动物的神经递质受体。氮化合物已被知晓数千年。氯化铵为希罗多德所熟悉，到了中世纪，炼金术士们已熟知硝酸（他们称之为“强水”），以及铵盐和硝酸盐。硝酸和盐酸的混合物被称为“王水”，因其能溶解黄金而备受珍视。该元素本身于1772年由苏格兰医生丹尼尔·卢瑟福发现，他称之为“有毒空气”。尽管他没有认识到它是一种独特的化学元素，但他明确将其与约瑟夫·布莱克的“固定空气”（二氧化碳）区分开来。卢瑟福明白空气中含有一种不支持燃烧的成分，即使他并未意识到这是一种元素。大约在同一时期，卡尔·威廉·舍勒、亨利·卡文迪什和约瑟夫·普里斯特利也研究了它，分别称之为“燃烧过的空气”或“燃素化空气”。安托万·拉瓦锡称之为“瘴气”或“azote”，源自希腊语“无生命”，因为它会使人窒息。在纯氮中，动物会死亡，火焰会熄灭。尽管英语没有采用拉瓦锡的名称——因为除氧气外所有气体要么是窒息性的要么是有毒的——但它仍存在于许多语言中（法语、意大利语、葡萄牙语、波兰语、俄语、阿尔巴尼亚语、土耳其语等；德语Stickstoff和荷兰语stikstof同样意为“窒息物质”）。它也保留在英语中氮化合物的名称里，如肼和叠氮化物，并启发了以氮为首的族名“pnictogens”，源自希腊语“窒息”。英语单词“nitrogen”（1794年）源自法语nitrogène，由让-安托万-克洛德·沙普塔尔于1790年创造。他由硝石（硝酸钾，也称硝石）和后缀-gène（“产生”）构成，后者源自希腊语-genes（“产生”）。沙普塔尔的意思是氮是硝酸的基本组成部分，而硝酸本身来自硝石。早期，硝石曾与埃及的“natron”（碳酸钠）混淆，在希腊语中称为νίτρον（nitron），尽管名称如此，但它并不含硝酸盐。最早对氮化合物的军事、工业和农业用途依赖于硝石（硝酸钠或硝酸钾），最著名的是用于火药。