生命的制造者

生命的制造者——氮

在地球表面弥漫着一层气体，这层气体主要成分就是氮气。那么氮气是怎么被人们所发现的呢？

早在1771─1772年间，瑞典化学家舍勒就根据自己的实验，认识到空气是由两种彼此不同的成分组成的，即支持燃烧的“火空气”和不支持燃烧的“无效的空气”。1772年英国科学家卡文迪什也曾分离出氮气，他把它称为“窒息的空气”。在同一年，英国科学家普里斯特利通过实验也得到了一种既不支持燃烧，也不能维持生命的气体，他称它为“被燃素饱和了的空气”，意思是说，因为它吸足了燃素，所以失去了支持燃烧的能力。

但是，无论是舍勒，还是卡文迪什和普里斯特利，都没有及时公布他们发现氮的结论。因此，科学界公认的氮发现者是苏格兰医生卢瑟福。

1772年，卢瑟福的老师——苏格兰化学家、医生、物理学家布拉克发现，木炭在玻璃罩内燃烧后，即使将生成的固定气体完全用苛性钾吸收掉，仍有一定数量的空气留下来。布拉克就叫其学生卢瑟福来研究这种剩余气体的性质。

卢瑟福

卢瑟福用动物做实验，把小白鼠闷死以后，发现容器内的空气的体积少了十分之一。若是再用碱收容器内的剩余气体，则又会失去十分之一的体积。他就用这种方法除去空气中的氧气和二氧化碳，然后研究剩余气体性质，卢瑟福发现在老鼠不能生存的空气里点起蜡烛，仍可见烛光隐现；等到蜡烛熄灭以后，投少许磷，磷仍会发光燃烧。以上事实使他认识到很难从空气中将这种支持呼吸和支持燃烧的气体清除干净。以后又用燃烧磷的方法来除去这种维持动物生命的气体，效果很好。于是，卢瑟福对剩余气体进行研究，发现这种剩余气体有不能维持生命并有灭火的性质，并且不溶于苛性钾溶液，因此将其命名为“浊气”或毒气，后来，拉瓦锡命名卢瑟福所称的浊气为nitrogen，中文译名为氮，意思是“无益生命”。

实验室用于做试验的小白鼠

氮元素是组成植物体的主要元素之一。植物蛋白质中约含16%的氮元素。没有氮就没有蛋白质，也就没有生命。有了氮，植物中叶绿素的含量增加、光合作用的效率也会提高。因此，氮肥是最重要的化肥。

那么，氮气是怎样变成化合物，组成生命物质的呢？

可以把空气中的氮转化为氮的化合物的豆科植物的根瘤

在自然界里，通常在打雷下雨时，空气里一部分氮和氧结合在一起，生成氮的氧化物。这些氧化物随雨水降落，与沙石土壤化合成含氮化合物，经植物吸收而变成有机氮化合物——蛋白质等。另外根瘤菌的作用也可以把空气中的氮转化为氮的化合物。比如，与豆科植物共生的根瘤菌，以及棕色固氮菌、巴氏梭菌等。根瘤菌生活在土壤中，以动植物残体为养料。当土壤中有相应的豆科植物生长时，根瘤菌便迅速向它的根部靠拢，并从根毛弯曲处进入根部。豆科植物的根部细胞在根瘤菌的刺激下加速分裂、膨大，形成了大大小小的“瘤子”，为根瘤菌提供了理想的活动场所，同时还供应丰富的养料，让根瘤菌生长繁殖。根瘤菌从空气中吸收氮气，为豆科植物提供养料氮，使它们枝繁叶茂。这样，根瘤菌与豆科植物结成了共生关系，因此人们也把根瘤叫共生固氮菌。植物可以吸收氮的化合物，转化成蛋白质。动物则只能从植物获得蛋白质，经过进一步转化变为自身的营养物质。

由于经济农业的进一步发展，更多的农作物从土壤中提取的氮日益增多，造成土壤中氮的化合物逐渐减少。这就促使了人工制造氮化合物的研究。

经研究，植物从土壤中摄取的氮化物主要是氨。氨分子由一个氮原子和三个氢原子组成。科学家们试图用氮和氢直接合成氨。合成氨工业是基本无机化工之一。氨是化肥工业和基本有机化工的主要原料。从氨可加工成硝酸，现代化学工业中，常将硝酸生产归属于合成氨工业范畴。1898年，利用炭化钙吸收氮制氨获得成功，1905年建成工厂。1909年又实现了在催化剂存在下，氮和氢直接合成氨，并于1912年建成日产30吨的装置，此后，直接合成氨的方法发展迅速，而利用碳化钙的方法因成本高在20世纪30年代被淘汰。合成氨工业在20世纪初期形成，开始用氨作火炸药工业的原料，为战争服务；第一次世界大战结束后，转向为农业、工业服务。

氮的惰性同样可以利用。检修可燃气体的设备及管道时，必须先用氮气冲洗置换以防爆炸。电灯泡里充满氮气和少量氩气，可阻止钨丝受热挥发，而延长使用寿命。粮食里充氮，可使粮食不霉烂、不发芽，长期贮存。

氮也广泛应用于钢铁热处理中，如氮化处理（渗氮）、氰化处理（碳氮共渗）及光亮退火等。钢在氮中外理后，表面形成一层坚硬的合金氮化物，硬度高、耐磨性和抗疲劳性好，还有一定的抗腐蚀能力及热硬性（加热至600℃仍保持较高的硬度）等。因此它广泛地用于各种高速传动齿轮、高精度机床主轴、柴油机曲轴，以及在高温、腐蚀工作条件下工作的零件（如阀门等）的热处理。

氮的沸点是-195.8℃。空气经深度冷冻液化及精馏、压缩等操作可获得液态氮。医生们利用液态氮蒸发时得到低温的特点，治疗肝癌，使形成癌的甲胎细胞在低温下坏死，将患者治愈。

氨在日常生活中，用来治疗中暑；蝎子、蜜蜂蜇了，擦一点氨水，可以止痛消肿；衣服上有的污迹，可用氨水除去。

氮和它的化合物在工业、农业、医药等领域中起着巨大的作用，而将更为广泛地发挥才干，造福人类。