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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。

瑞典化学家卡尔·谢勒（Carl Scheele）和苏格兰植物学家丹尼尔·卢瑟福（Daniel Rutherford）在1772年分别发现了氮。牧师卡文迪许和拉瓦锡也在差不多的同一时间立地获得了氮。Rutherford在他的老师Joseph Black的启发下，研究含碳物质在有的空气中燃烧后所留下的残余“空气”的性质时，他用KOH除去CO2，从而获得了氮。他认为这是从已燃烧的物质中吸收了燃素的普通空气。有些人不顾A. L. Lavoisier的研究成果，直到1840年还在争论关于氮气的基本性质。

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

氮气是一种有惰性的气体，一般不与其他物质发生反应，但在一定条件下，氮可与碱金属或碱土金属反应，相当于在氮分子的反键分子轨道上填充一个电子，金属的给电子能力越强，反应越易进行。如，在常温下锂可与氮直接反应，而钙需要加热到一定条件才能于氮气反应：


ⅢA和ⅣA族的一些元素在加热条件下能与氮气反应：


在高温、高压和催化剂存在的条件下，氮能与氢反应生成氨：
深冷分离法
深冷分离法工艺已经历了100多年的发展，先后经历了高压、高低压、中压和全低压流程等多种不同的工艺流程。随着现代空分工艺技术和设备的发展，高压、高低压、中压空分流程已基本被淘汰，能耗更低、生产更安全的全低压流程已成为大中型低温空分装置的。
净化后的压缩空气经过缓冲罐，联合过滤器后由膜组一端进入，气体分子在压力作用下在膜的高压侧接触。混合气体在膜的高压侧表面以不同的溶解度溶于膜内，然后在膜两侧压力差的推动下，混合气体的分子以不同的速度向膜的低压侧扩散。经过溶解和扩散两个过程的选择，终混合气体被分离成各个组分。例如：空气、氧气的透过速度大于氮气，经过膜分离之后，高压侧留下的气体富氮，而透过去的气体富氧
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）。
1、氮气的化学性质很稳定，一般不与其他物质发生反应。这种惰性品质使它可以广泛应用于许多厌氧环境，比如用氮气将特定容器中的空气驱替置换，起到隔离、阻燃、防爆、防腐的作用，这项技术在轻烃装置检修、LPG工程、输气管道和液化气管网吹扫等工业、民用方面得以应用 [11]。氮气还可在已加工的食品和药品的包装中用作覆盖气体，密封电缆、电话线以及给可膨胀的橡胶轮胎加压等。作为一种防腐剂，氮气也常被替置与井下，以减缓管柱与地层流体接触所产生的腐蚀
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”。