氮分子结构的简单表示式是∶N≡N∶。氮分子中的2个氮原子间,以3对共用电子结合成3个共价键。实验证明,这3个共价键中,1个是σ键,2个是π键。这3个共价键结合得很牢固,这可以从N≡N键键能(945.8 kJ/mol)得到证实。由键能数据可知,要破坏氮分子的化学键是很困难的。在反应前,氮分子必须先离解成单个原子,反应需要很高的活化能,因而在通常情况下反应就不容易发生。例如,合成氨的反应就必须在高温、高压和有催化剂存在等条件下才能发生。
氮气的分解热很大。
因为这个反应是吸热的,所以平衡常数随着温度的升高而增大。但是,即使在常压下,当温度高达3 000 ℃时,仍不能觉察它的解离作用。很强的N≡N键是导致N2化学惰性的主要原因。
在室温下,氮气仅能与金属锂反应生成Li3N,或与某些过渡金属配合物反应。
在高温时,特别是在催化剂的作用下,氮气变得较活泼,其典型反应为:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
N2(g)+ O2(g)= 2NO(g)
N2(g)+ 3Mg(s)= Mg3N2(s)
N2(g)+ CaC2(s)= C(s)+ CaNCN(s)
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