元素

氮元素 Nitrogen -氨基酸、蛋白质、DNA的主要元素

空气中80%是氮气,而氮元素也是氨基酸,DNA等生物物质的组成元素。另一方面,氮的氧化物也是大气污染的原因之一。

 

氮的基本物理性质

分类 非金属
原子序号・原子量 (14.0067)
电子配置 2s22p3
密度 1.2506 kg/m
融点 – 209.86℃
沸点 –195.8℃
硬度
色・形状 无色・气体
存在度 地球 25ppm、宇宙3.17✕106
克拉克数 0.03%(16位)
发现者 丹尼尔·拉瑟福德(1772年)
主要的同位素 14N (99.632%), 15N (0.368%)
用途例 氨基酸、蛋白质、DNA的主要元素、冷却剂(液氮)、氨气的原料、心绞痛药物(NO)
前后的元素

「无生命的」气体?

大家小时候可能都做过这样一个实验,蜡烛在密闭的容器中燃烧,消耗氧气,生成二氧化碳。随着燃烧的进行,蜡烛慢慢熄灭,剩下的气体不支持燃烧。

苏格兰化学家卢瑟福,把容器中的气体通过可以吸收二氧化碳的溶液,分离出了剩下的气体。同时他发现,老鼠在这种气体中窒息而亡,因此当时他称这种气体为「有毒的空气」(noxious air)

之后、1789年拉瓦锡(参考氢元素)等人证明这其中含有一种新元素。而当时以法语中「无生命」之意的azote命名。现在氮元素的英文名(Nitrogen)是由来于希腊语中Nitron(硝石)与gennen(「制作」的合体。

 

丹尼尔·拉瑟福德

Daniel Rutherford

1749-1819年 苏格兰的医生,化学家。爱丁堡大学植物学教授(爱丁堡大学坐落在苏格兰首府爱丁堡)。

 

氨基酸・蛋白质的主要元素

氮元素是构成我们生物体的蛋白质,遗传物质DNA中的重要元素,是对人类来说必须的元素。

什么都可以冻住?液氮

「用液氮冻住的香蕉可以用来钉钉子」

可能这个趣味小故事也有人听过,不过这也表明了液氮连香蕉都能冻住。液氮的温度大概在−196℃。相对于液氦来说液氮的沸点要相对高一点,但是价格确实液氦的十分之一!因此是各种分析仪器如NMR,高温超导体,实验室中的低温试验中的冷却剂使用。

大気汚染の原因、NOx

NOx是工厂,汽车排放的废气中氮气氧化物的总称。同时东西在燃烧的时候,氮也能跟空气中的氧在高温下结合形成一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)。这些无视是呼吸障碍,肺水肿,肺癌的诱发物质,不仅仅对人体有害,同时也是酸雨的源头。

氨气的合成

氮的氢化物质氨气(NH3本身是有害的,在常温常压下是一种具有强烈的刺激气味的气体。

但是,在工业中是非常重要的化合物。在高校实验中,它是碳酸钠的原料(氨碱法)、硝酸(奥斯特瓦尔德法)合成的原料,同时也是尿素等化肥的重要原料。

在工业合成中,氮气与氢气在500℃、1000大气压,同时在铁催化下,合成氨气(哈伯法)。虽然看似简单的一个反应,但是工业生产技术的开发推动了粮食产量的提高。而近年来,相比于高温高压的原始方法,温和工艺的开发受到关注,并且正在进行中。

在植物体内也进行着氨的合成,与豆科的根共存的根粒细菌中含有固氮酶,这种固氮酶能促进氨气的合成,现在研究人员正利用这一idea开发工业上的生产方法。只能说大自然给我们无限遐想跟启发。

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LuWenjie

LuWenjie

京都大学药学博士,现某化学企业小职员,化学空间员工副代表,网页小编&翻译。

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