元素系列18连接惰性与生命之桥上

本文适合:初中、高中

千姿百态的物质世界不过由多种元素构成。每一种元素都有独特的个性,在化学变化中扮演着不可或缺的角色。今天,我们就一起来听听氮元素的自述吧。

各位朋友,大家好!我是氮元素,住在第二周期第五主族(VA族)。

众所周知,我的单质比氧宝宝要沉寂得多。可是,氮气的发现比氧气还要早。

年,一位喜欢自然科学的英国医生——约瑟夫·布莱克,将木炭在玻璃罩内燃烧后得到的气体通入碱液中,发现气体无法被完全吸收(二氧化碳是可以被碱液吸收的),于是他推测空气中含有一种不能助燃的未知气体。

约瑟夫·布莱克

后来,他的学生丹尼尔·卢瑟福(可不是发现原子核的欧内斯特·卢瑟福哦)又对这种气体的性质做了进一步的研究。卢瑟福是一位燃素论者,他认为这些不能助燃、不支持呼吸的气体是吸足了燃素的空气,称它为“浊空气”。

他在博士论文《固定空气与浊气导论》里报告了研究成果,因此一般认为卢瑟福是氮气的发现者。

丹尼尔·卢瑟福

事实上,另外两位科学家舍勒和卡文迪许几乎在同时研究了氮气,只是未公开发表。

年,卡文迪许不仅研究了氮气的化学性质,而且准确测定了它的密度,并忠实记录了氮氧混合放电后留下的小气泡,这些资料成为多年后发现稀有气体的重要线索。

舍勒卡文迪许

我为什么叫“氮”呢?

年,科学家给我取了“Nitrogen”这个名字,意为“硝酸盐的组成成分”,不过拉瓦锡更喜欢用Azote(不支持生命)这个名字来称呼我。

徐寿

清朝末期,中国化学启蒙者徐寿将我的名字译为“淡气”,意为“冲淡了氧气的气体”。年,郑贞文在其主编的《化学命名原则》一书中将淡气改成氮气,一直沿用到现在。

郑贞文

人类研究我的历史是很长的,那么我也不能辜负大家的期望,在工业、农业、日常生活、生命活动中都发挥着不可替代的作用,当然也会造成一些不良影响,接下来就为大家一一介绍。

沉默是氮——氮的单质

这是我存在的最常见的形态。氮气占空气总量的78%(体积分数),是大气中最丰富的物质,每年人们都会从空气中提取百万吨氮气应用于工业生产。

说到空气中提取氮气,就必须想办法把氧宝宝请出空气。科学家们想到了利用液氮和液氧沸点的差异从空气中提取氮气,这便是液化空气分离法。

先通过节流膨胀(林德循环)或等熵膨胀(克劳德循环)将空气液化,再利用液氮的沸点(-.79℃)比液氧(-.96℃)低的特点,在精馏塔中使氮气蒸发出来,就可以分离二者。当然,现在还有分子筛空气分离法和薄膜空气分离法等新方法。

我们家族中的氮气可以说是懒到家了,由于氮氮三键键能很大(.69kJ/mol),所以氮气特别稳定,两个氮原子可谓是相亲相爱、难以拆开,只有强烈的条件(比如放电、高温等)才能征服氮气,使它发生化学反应。例如:

除铍外的碱土金属(镁、钙、锶、钡、镭)能在氮气中燃烧,生成氮化物,例如:

特别地,锂在常温下就能与氮气反应。

此外,值得一提的是氮气在受到电击时会发出冷蓝色的光,这是由于原子的外层电子获得能量跃迁到了高能级,使原子从基态变成激发态,而激发态的原子不稳定,把多余能量以光的形式辐射出(退激辐射),自身重新回到基态。

氮受到电击时的蓝光雷电

看不懂的同学可以那么认为:

萌萌冰原来体重60kg,经过了一个暑假的颓废,变成了80kg,我们可以认为萌萌冰原来的体重就是基态,而颓废后的萌萌冰就是体重更大的激发态。

原子也是这么个道理,平时原子处于基态,当遇到加热、光照或放电等条件吸收了能量(萌冰则是吸收了食物中的能量)进入了激发态。

后来,由于体重太大,萌冰有了减肥的欲望,很快体重重新回归到了基态。激发态原子亦是如此,它因能量过高而十分不稳定,总是想着通过消耗能量重新变成基态原子,而消耗的能量就以光子的形式放射出来,所以我们就可以看到那漂亮的冷蓝色。(萌萌冰注:实际上萌萌冰体重从未超过63kg)

我们家族的单质可不只有氮气一种,还有N4、N5、N8(八氮立方烷)等。

除了单质之外,我的化合物又有哪些呢?记得看下一期哦!

文案

Menheran

编辑

萌萌火

审核

TinaDianaLeo、萌萌冰

部分图片来自网络,侵删



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