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氮氣約占大氣總體積的80％，其共價鍵鍵能高，一般情況下，化學性質并不活潑，待氧氣被發現后，才更多地了解到氮氣的性質。不過有趣的是，氧氣的化學性質遠比氮氣活潑，氮氣的發現時間卻比氧氣為早。

布萊克在發現“固定空氣”后，將木炭放在水槽上的玻璃鐘罩內燃燒，待木炭熄滅后，水進入玻璃罩內，他把生成的“固定空氣”用苛性鉀溶液吸收后，注意到仍有相當多體積的氣體留下來。顯然，這是不同于“固定空氣”的新氣體，他要求他的學生盧瑟福（1749—1819 年）繼續研究這種剩余氣體的性質。

1772年，丹尼爾·盧瑟福（此君不要與20世紀著名的原子物理學家歐內斯特·盧瑟?；煜┱谟鴲鄱”ご髮W攻讀醫學，也許是專業課程的緣故（醫學基礎研究常做活體生理實驗），他偏重于研究氣體對活動物的生理效應。他把老鼠放在密閉容器里，直到老鼠悶死后，器皿內的氣體容積減少了1／10（實為老鼠耗掉的氧），又用苛性鉀溶液吸收剩余的氣體，發現氣體體積又比原來減少了約1／11（老鼠呼出的和空氣本身存在的二氧化碳），而剩余的氣體仍可使點燃的蠟燭火光隱現（部分剩余的氧氣和氮氣以及稀有氣體），待蠟燭熄滅后（幾乎僅剩余氮氣），他又用燃燒白磷來除去剩余的那部分氣體，白磷發光燃燒，對除掉空氣中的助燃氣來說，效果是好的。對磷燃燒后剩余的氣體進行研究，盧瑟福發現這氣體不能維持生命，具有滅火性質，也不溶于苛性鉀溶液。

盧瑟福也是一位“燃素論”者，他認為，蠟燭仍能在悶死老鼠后的空氣中燃燒，即釋放出“燃素”，蠟燭熄滅后，白磷仍可在里面燃燒，繼續釋放出“燃素”，他對此的解釋是：很難用“燃素”使空氣完全飽和。經過多次實驗，盧瑟福確定，動物呼吸和物質燃燒耗掉約1／5的空氣，剩余的4／5的空氣既不助燃又不助呼吸，又不能為苛性鉀溶液所吸收，氮氣所以不助燃，是因為它已經吸足了燃素，這樣就使它失去了助燃的能力，他將這種氣體命名為“飽和了燃素的空氣”或“濁氣”（不能維持生命），在他的博士論文《固定空氣與濁氣導論》報告了研究成果。后來，在弄清了燃燒現象的本質后，拉瓦錫將“濁氣”命名為“氮”，意為“無益于生命”。

其實，與盧瑟福同時代的化學家卡文迪許、普利斯特列、舍勒各自獨立發現了氮氣，只是未公開發表，因此目前一般認為盧瑟福是氮氣的發現者。同在1772年，卡文迪許將空氣反復通過赤熱的木炭，用苛性鉀溶液吸收生成的二氧化碳，經上述處理后的剩余氣體不能助燃，比重比空氣略小，他將實驗結果寫信告訴了普利斯特列，沒有公開發表。隨后，卡文迪許進行氮氧混合放電的實驗氮氣，忠實記錄了剩下的小氣泡，成為100多年后拉姆塞和瑞利發現稀有氣體—氬的重要線索。

1772年，瑞典化學家舍勒從事火和空氣的研究，確認了氮氣是空氣的一個組成部分。舍勒也是“燃素論”的粉絲，但他認為，既然燃燒離不開空氣，那么應該首先搞清楚空氣的成分。舍勒首先將硫肝（由硫酸鉀和硫一起共熱熔融成肝臟色的混合物，其特性是易于吸收氧氣）置于密閉的玻璃罩水面上，使之與罩內的空氣充分作用，方知兩周后，發現約有1／3的空氣被硫肝吸收，依照同樣的方法，將實驗改成放置一周，則空氣體積減少約1／5，又將時間延長為放置2月，則空氣的體積減少量與放置兩周的實驗結果相同，即減少約1／3。

后來，舍勒又用硫化鉀、濕潤的鐵屑，鐵礬（氫氧化亞鐵 Fe（OH）2）等物質進行類似的實驗，結果空氣體積總是減少1/3到1/4，而不會失去更多（實際上所說的1/3～1/4，是稍高一些，應為1/5）。據此，舍勒確定空氣由兩部分組成，其中的一部分所占的體積，是另一部分的三到四倍。另外，舍勒還用在一定體積的空氣中進行了點燃蠟燭、燃燒木炭和燃燒酒精等其它實驗，進一步證實了上述結果。于是他得出結論：一部分空氣吸收燃素，即支持燃燒，另一部分不吸收燃素，即不支持燃燒。舍勒將前一種組分稱為“火空氣”，后一組分稱為“劣質空氣”（不能與燃素結合），也就是氮氣。從這個意義上說，舍勒算是氮元素的真正發現者。

在發現氮氣這一重要成果的推動下，舍勒和普利斯特列很快家發現了推翻“燃素論”的關鍵—氧氣。

氮元素與生命

“氮”這個名稱是法國化學家拉瓦錫起的，希臘文的原意是“無益于生命”。這真冤枉了“氮”，今天已經清楚，氮是生命的組成元素之一，生命的基本材料—蛋白質的基本單位—氨基酸，其重要元素之一就是氮。沒有氮就沒有蛋白質，也就沒有生命。

存在于自然界的氨基酸有300多種，而組成人體蛋白質的氨基酸則只有區區20種。經科學測算，各種蛋白質的含氮量十分接近，平均約為16％。由于蛋白質是體內的主要含氮有機物，因此測定樣品的含氮量即可推算蛋白質的大致含量。即：

每克生物樣品含氮量*6.25 ＝每克生物樣品蛋白質含量

自然界的碳循環已為教科書所講述，現在不妨來看看自然界的氮循環。氮氣占大氣的絕大部分，確不能為動植物直接利用，它們的營養來源只能是含氮的化合物。工業上新型氣體報警器，在高溫（400～500℃）和高壓（200Pa）下，氮氣與氫氣反應生

成氨，此法由德國化學家哈伯發明，又稱為哈伯合成法：

N2 + 3H2 ——→ 2NH3

200Pa 催化劑

在工業固氮以外，大氣中的氮可經過下列幾個途徑進入高等生物體內：

第一，微生物固氮。我國古代早就已知道了種豆肥田的道理，而解開這一奧秘的卻只是近幾十年的事情?？茖W家發現一種名為“根瘤菌”的微生物，它侵入豆科植物根部，使宿主根部長出小瘤，形成根瘤。“根瘤菌”內含一種固氮酶，其活性中心含鐵和鉬兩種元素，可將大氣中的氮轉變為氨而被植物根部吸收利用。作為回報，“根瘤菌”從植物根部汲取自身不能合成的碳化氫生存?！案鼍迸c豆科植物是一種共生關系。

第二，大氣固氮：雷雨天氣的閃電，使氮和氧發生反應生成一氧化氮（NO）可燃氣體報警器，繼而氧化為二氧化氮（NO2），與雨水混合后生成硝酸隨雨水降到土壤中。同時，土壤中的氨或氨鹽在硝化細菌的作用下轉變成硝酸鹽，被植物吸收利用。動物直接或間接以植物為食物，從植物中攝取蛋白質，作為自身氮的來源。

第三，巖漿固氮：當火山噴發時噴射出的巖漿，可以固定大氣中部分的氮，相對于前兩者，此途徑固氮作用幾乎可忽略不計。

動、植物死亡后，其遺體在土壤微生物的作用下，也可再被分解成氨、二氧化碳和水。這些氨也會進入土壤，再次重復上述過程。另一部分氨會在反硝化細菌的作用下，分解成游離氮，進入大氣，完成氮的循環。

氮在自然界的循環是一個動態平衡的過程，固氮作用與反硝化細菌的游離氮作用大致處于一種平衡狀態氮氣，生物圈中大體上不存在多余的氮化合物。從本世紀30年代以來，由于復合化肥的廣泛應用和石油的大量開采，原有的氮平衡遭到破壞。現在，土壤中的細菌已不能完全吸收和降解因人類活動而產生的氮化合物，氮的化合物排放過多使得少數植物大量繁殖，而其它不能適應環境變化的生物將日趨消亡，這將嚴重影響生物的多樣性。典型例子就是水體富營養化后，藻類植物瘋狂繁殖，而其他動植物則銷聲匿跡。另外，氮氧化合物的急劇增多，主要源于汽車尾氣排放，隨雨水降到土壤后氮氣，造成土壤中的鎂、鈣、鉀等礦質元素，形成可溶性的硝酸鹽而流失，導致土壤越來越貧瘠。人類自身的活動破壞了自然界的氮平衡。

目前，人類在高溫高壓的條件下將氮轉變為氨，從長遠角度看，這種工業固氮模式應該讓位于生物固氮，這是生態自然觀下的生產方式，這也是解決氮失衡的重要途徑。如果人類能夠制造出固氮酶或模擬根瘤菌的固氮作用，這無疑又是一次影響深遠的農業革命。

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