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氮气的这种高度化学稳定性与其分子结构有关，2个N原子以叁键结合成为氮气分子，包含1个σ键和2个π键，因为在化学反应中受到攻击的是π键，而在N₂分子中π键的能级比σ键低，打开π键困难，因而使N₂难以参与化学反应。

氮分子中的两个氮原子之间形成一条σ键和两个π键。与类似的CO、C2H4等分子相比，N2的成键分子轨道σ2p（-15.59 eV）和π2p（-16.73 eV）能量比较低，反键分子轨道π*2p（8.17 eV）能量比较高，不但难以接受电子也不易给出电子，具有较强的稳定性，离解能高达945 kJ/mol，即使在3273 K时也不分解

膜分离法
膜分离技术是基于薄膜对气体组分具有选择性渗透和扩散的特性，以达到气体分离和纯化的目的。气体中各种组分透过膜的速度不同，每种组分透过膜的速度与该气体的性质、膜的特性和膜两面的分压差有关。透过膜的气体组分不可能达到的纯度。气体分离膜通常可分为多孔材质和非多孔材质，它们无机物（多孔玻璃、陶瓷、金属、电子导电性固体和钯合金等）或有机高分子（微孔聚乙烯、多孔醋酸纤维、均质醋酸纤维、聚硅氧烷橡胶和聚碳酸脂）组成。

氨分解法
在高温且有镍的催化下，氨逐渐分解为氮气与氢气：

然后把混合气在燃烧室内燃烧并控制空气比例，让氢气不完全燃烧，其燃烧生成物通过除氧，干燥则可得到不同氮氢混合比的保护性气体（其氢含量可控制在1%~25%）被使用于铜材的光亮退火（此方法仅适用于氮气氢气来源困难而氨价格又较低廉的情况时）。
3、生产的氮气大约10%用作制冷剂，主要包括：通常软的或类似橡胶物质的凝固磨碎、低温加工橡胶、工程技术部件的冷缩配合和安装、生物标本，如血液的的保存、在运输中制冷等。
健康危害
空气中氮气含量过高，使吸入气氧分压下降，引起缺氧窒息。吸入氮气浓度不太高时，患者初感胸闷、气短、疲软无力；继而有烦躁不安、极度兴奋、乱跑、叫喊、神情恍惚、步态不稳，称之为“氮酩酊”，可进入昏睡或昏迷状态。吸入高浓度，患者可迅速昏迷、因呼吸和心跳停止而死亡。
潜水员深潜时，可发生氮的麻醉作用；若从高压环境下过快转入常压环境，体内会形成氮气气泡，压迫神经、血管或造成微血管阻塞，发生“减压病”。