
氮是我们最熟悉的元素之一。从小学最先 ,我们就知道,在我们周围的空气中,氮气快占到五分之四(体积约78%),氧气则是五分之一多一点(体积约21%)。一样平常 情形 下,气体中体积占百分之几多,就是分子个数占百分之几多。
氮气和氧气都是双原子分子,一个分子中有两个原子。这样,我们的身体时时刻刻 所接触到外界的原子中,氮原子毫无疑问是最多的。有人说,我们不还穿着衣服吗?身体要与衣服上面的原子如碳原子、氢原子、氧原子等接触的。现实 上,皮肤与衣服接触,并不是分子紧贴着,绝大多数照旧“倾轧 ”在那里的,中央 有许许多多的逍遥 。也就是说,仍然是逍遥 多,实碰实的接触少。在逍遥 中的虽然照旧空气,以是 ,我们接触到最多的原子,仍然是氮原子。
我们的身体主要有20多种化学元素组成,而现实 上能够找到的包罗很微量的元素达60多种。人体中一泰半都是水,若是 按质量几多排列,前六位的元素是:氧65%、碳18%、氢10%、氮3%、钙1.5%、磷1%,其余加起来不到1.5%。若是 去掉水,则碳元素最多,占48.4%,事实 有机化合物的骨架是碳链,氧占23.7%,第三位就是氮,占12.9%,氢原子虽然个数多,可是 原子最轻,以是 质量只占6.6%。
这是由于 人体组织最主要的因素 是卵白质,卵白质是一种多聚体,其单体是氨基酸。氮元素就在氨基酸里。
上面所说的组分虽然说是人体的元素组分,可是 所有的生物体也都大同小异,其详细 数目 比例会有差异,可是 元素几多的序次却没有多大的差异。
我们体内的氮元素是从那里 来的?
虽然我们时时刻刻 都在呼吸,可是 呼吸只涉及氧气和二氧化碳的交流,不涉及氮气,呼吸不能使我们身体增添 氮元素(也正由于 云云 ,清代的徐寿把它翻译成淡气,厥后写为氮气)。我们身体的氮元素只能从食物中摄取,我们吃动物性食物和植物性食物,食肉动物主要吃食草动物,食草动物吃植物。归根结底,氮元素照旧要从植物那里取得。
那么植物生长需要到氮元素从那里 来?人们会说,从土壤中吸收 啊,也正是云云 ,我们才需要给农作物施氮肥。
我们没有施氮肥之前,甚至没有我们人类之前,土壤中的氮元素从那里 来?
虽然氮元素在空气中占到五分之四之多,可是 ,在地壳中,氮元素的含量却很低,只占到第41位,比被称为“稀土元素”的铈、钕、钇、镧等还要少,只有很少的地方有硝酸盐矿藏。以是 ,从岩石风化获得原始沙土中,氮元素的含量很低,基本上没有。
现在 土壤中的氮元素大致有两个主要泉源 。一个是雷电引起氮气氧化,以硝酸形式随雨水降下,在土壤中留下硝酸盐。另一个,是有一些细菌能够使用 空气中的氮元素,即固氮细菌的作用。现在 被人们熟知的与豆科植物共生的根瘤菌就是一种固氮细菌,虽然它是后起的。亿万年来,雷电和固氮微生物,使土壤中有了越来越多的氮元素,逐步能够使植物能够生长在土地上。
植物殒命 腐烂后,一部门氮元素留着了沙土中,动物吃了植物,遗体 也留着在沙土中,被细菌所剖析,沙土中的有机物越来越多,就成了土壤。
几千年来,我们明确 ,动植物的遗体 腐烂了能够作肥料。动植物遗体 之以是 能够作氮肥,是由于 动植物自己含有氮元素。我们人和动物的粪便也可以作氮肥,也正由于 人和动物都要吃食物。食物中的氮元素被吸收,天生 卵白质以增补我们的细胞,而殒命 细胞中的卵白质剖析后一部门氮元素作为尿素从尿里倾轧 ,更主要的是通过大量殒命 的肠道细菌从粪便中倾轧 。
尿素没有气息 ,可是它可以剖析发生氨气(NH3,英语ammonia,旧时音译阿摩尼亚),氨有强烈的刺激性气息 ,所谓尿骚味,主要就是氨的气息 。现在的少年人吃肉多,摄入的卵白质富厚,新陈代谢兴旺 ,尿也特殊 骚。
这样,粪便和尿液中都含有氮元素,可以做肥料。
由于土壤中的氮元素归根结底只有打雷放电和固氮菌的作用,而同时却尚有 一些化学反映使得含氮化合物剖析成为氮气,以是 ,已往含氮的肥料是很缺乏从而是名贵的,农民要想尽措施积肥,都市里的人粪尿都是一种商品。
氮肥缺乏的问题在20世纪初合成氨工业的兴起被一举破解。合成氨就是把氮气和氢气在催化剂的作用下化合,天生 氨。
氮是元素周期表中的第7号元素,核外有7个电子,其中2个是内层电子,不加入化学反映,5个是价电子。氮原子有3个价电子划分与氢原子成键,另外2个电子形成孤电子对。(图)

由图,我们可以把氨的分子视为氮原子伸出三只“手”划分与氢原子成键,形成一个三角锥形的分子,氮原子的“背”上背着一对孤对电子。
同样,使用 这个图像,若是 不存在三个氢原子,而存在另一个氮原子,也“伸出三只手”,与原先氮原子的“三只手”成键。这就是两个氮原子形成氮气分子的价键图像。虽然,我们一样平常 也可以用两个氮原子划分形成一个σ键和两个π键来诠释 氮气分子。这样形成的氮气分子是一个很是稳固 的结构,致使氮气分子是一个很是惰性的分子。也正是氮气分子的稳固 和惰性,致使绝大多数氮元素只以单质形态存在于大气中,而很少以化合物存在于地壳里。
若是 氨分子中央 的氢原子被其他有机基团(例如烷基、羧基、苯基、羟基等)取代,或者说,是氨基与其他有机基团相连,就称为胺。例如氨分子中的一个氢原子被甲基取代,就称为甲胺;两个氢原子被甲基取代,就是二甲胺;一个氢原子被苯基取代,称为苯胺等等。这样就可以形成许多胺类有机化合物。例如苯胺就是很是有用的化合物,它的衍生物形成一系列染料、药物、农药等等。现代社会种种物品如服装的五彩斑斓,许多都是苯胺的衍生物所致。
上面图上氨分子“背上”的一对孤对电子中若是 失去了一个,剩下的一个也是与氢原子成键,就形成了NH4正离子,与酸根负离子一起就成为一个盐,称为铵盐。铵盐好比硝酸铵(俗称硝铵)、硫酸铵(俗称硫铵)都可以作氮肥。
这样,就获得了氨胺铵三个字。氨是英语ammonia的音译。胺则是英语amine的音译。铵则对应于ammonium。这三个字在字典上的读音,虽然拼音都是an,可是 声调却差异:氨是阴平,音如安;胺是去声,音如暗;铵是上声,音如俺。
字典上是这样写的,可是除了播音员和少少几个较量 “较真”的中学西席 之外,或许没有几小我私人 会这样去读。化学事情者和一样平常 人都把这三个字都读成“安”。这样读似乎也没有泛起什么问题。
含氮的化合物中与之类似有读音问题的字尚有 一对,它们是氰和腈。
氰是碳和氮的化合物。把氮气中的一个氮原子换成碳原子,由于碳原子比氮原子少一个电子,这样形成的一个基团,称为氰基,-CN。
氰基中的碳原子与氢原子成键,就形成了氢氰酸HCN。氢氰酸和它的盐氰化钾KCN,氰化钠NaCN,都是毒性很大的化合物。氰化钾和氰化钠在已往的谍战影视剧中多见,情报 职员 自杀多用此物。在某些果核如苦杏仁、生银杏中,往往含有少量的氢氰酸类化合物,生食这些果核,往往容易引起儿童们中毒甚至殒命 。
若是 氰基与有机基团相连,这样的化合物就称为腈。最著名 的腈类化合物是丙烯腈,是氰基与丙烯基相键连。丙烯腈可以聚合成高分子,称聚丙烯腈,它的商品名是腈纶。腈纶纤维保暖性能好,被称为人造毛。已往以为 它吸水性能欠好,现在 纺成超细的纤维,其吸水性能也很是好了。
氰是英语cyanogen的音译,读作qing1。把氰基与有机基团相连称为腈,与上面所说的氨与胺相类比,腈照理也应当与氰读一样的音,只是变一个声调。可是 ,腈是一个原来就有的古字,意思是精肉,读为jing4。虽然现在不用了,可是 搞文字的人仍然凭证 古字书上的读音,在字典上表作jing4。
虽然,现在也只有播音员和少部门西席 凭证 字典上的读音读。大多数化学事情者仍然把腈读作“青”。市肆 里也总是把腈纶读成“青纶”,江浙沪一带已往甚至凭证 吴方言的读音写为“晴纶”。
我主张,这些字的读音,照旧应当遵从大多数化学事情者的读法,从众为好。
回过头来继续说氨。氨基与羧基以及其他有机基团相连,就形成氨基酸。例如,乙酸上的一个氢原子被氨基取代,就形成了甘氨酸。丙酸中一个氢原子被氨基取代,就成了丙氨酸。又如,戊二酸有5个碳原子,两头都是羧基,第二个碳原子上的一个氢原子被氨基取代,就是谷氨酸。谷氨酸的钠盐就是味精。这些都是氨基酸的例子。
卵白质就是由氨基酸缩水而聚合起来的。在人们的消化道里,它水解成了氨基酸,被人们吸收。人体内卵白质的种类许多,性子 、功效各异,但都是由20来种氨基酸按差异比例和序次组合而成的。这20种氨基酸有些可以由人体自己合成,有8种则必须从食物中取得,这8种称为必须氨基酸。
我们的食物中,8种氨基酸都齐全的卵白质称完全卵白。最齐全而且比例最合适的完全卵白是乳中的酪卵白及乳白卵白、蛋中的卵白卵白及卵黄卵白。肉中的白卵白和肌卵白次之。这些都是最好的卵白质。大豆卵白也是完全卵白,可是 吸收率比上面所说的几种差。像米、面、蔬菜、肉皮、筋等含有的卵白质一样平常 都是不完全卵白,也就是说会缺乏这种或那种氨基酸。可是 ,若是 我们吃得杂一些,种种食物 卵白质中的氨基酸会相互取长补短,以是 ,食物一定要吃得杂一些。
上面所说,主要是氮元素与我们的食物 和衣着,吃和穿有关。现实 上,氮元素还与我们的住和行亲近 相关。
我们只需要简朴地说一点,现在 用得最多的炸药之一,TNT,是三硝基甲苯TriNitroToluene的简写。硝基-NO2,是一种含氮的基团,在许多炸药中都含有它。硝化甘油最早也是炸药(现在用于冠心病抢救的也就是它)。虽然更早的还可以前推到玄色火药中的“火硝”,即硝酸钾。
有了炸药,我们才气够大规模地开山挖矿、修路、开石头、盖高楼大厦。
虽然,现在 搞破损 、举行 战争的也用炸药。我们要清静 ,阻挡战争。
我们今天的衣食住行,哪一样都离不开氮元素。
作者:冯大诚 山东大学化学专业教授
泉源 :情形 问题视察

