【元素図鑑】窒素 N【原子番号7】

窒素に関する情報をまとめました。

窒素の基本情報

和名	窒素
英名	Nitrogen
語源	ギリシャ語 「硝石(nitrum)＋源(gennao)」
元素記号	N
原子量	14.01
常温（25℃）での状態	気体
色	無色
臭い	無臭
密度	1.2506 g/L (気体, -0.15℃)
融点	-209.86℃
沸点	-195.8℃
発見者	ラザフォード（スコットランド, 1772年）, ラボアジェ（フランス, 1789年）
含有鉱物	硝石

窒素の主な特徴

• 自然界では主に二原子分子N₂として存在する
• 無色・無臭・無味の気体で、大気中の約78%を占める最も豊富な元素
• 窒素分子N₂は三重結合を持ち、非常に安定で反応しにくい一方で、アンモニア（NH₃）や硝酸（HNO₃）などの化合物では高い反応性を示す
• 生体内ではアミノ酸や核酸の構成要素として不可欠な元素

窒素の歴史

発見

窒素は1772年、スコットランドの化学者ダニエル・ラザフォードによって発見されました。彼は空気中の「燃焼を支えない成分」として窒素を分離しましたが、当初は「有毒な空気」や「窒息性の空気」と呼ばれていました。

名前の由来

「窒素」という名前は、「窒息させる性質」に由来しています。一方、英語名「Nitrogen」は、ギリシャ語の「nitron（硝石）」と「genes（生じる）」を組み合わせたもので、「硝石を生じるもの」という意味です。

窒素の主な用途

窒素はその安定性と不活性さを活かして、以下のような用途に広く使われています：

• 食品保存： 酸化防止や防腐目的で包装内を窒素ガスで充填
• 工業用保護ガス： 酸化防止のため、金属加工や電子部品製造に使用
• 液体窒素： 低温冷却材（約−196℃）として医学・研究・食品冷凍などで活用
• 化学原料： アンモニア（肥料・爆薬・合成樹脂）、硝酸（肥料・染料）などの前駆体
• 医療用途： クライオセラピー（イボ除去など）に液体窒素が使用される

 窒素の生成方法

窒素は以下の方法で生成・精製されます：

• 空気の分留： 液化空気を蒸留して酸素・窒素を分離。工業的に最も一般的
• 化学反応による発生： 亜硝酸アンモニウムやアンモニア塩の熱分解（実験室レベル）
• 電気分解（研究用途）： 酸化還元反応による窒素の固定と回収

窒素を含む化合物

窒素は多彩な酸化数（−3 ～ +5）を取り、以下のような重要な化合物を形成します：

• アンモニア（NH₃）： 窒素の最も基本的な化合物。肥料や工業原料
• 硝酸（HNO₃）： 強酸で酸化性を持ち、肥料・爆薬の原料
• 一酸化二窒素（N₂O）： 通称「笑気ガス」。麻酔用途や温室効果ガスとして知られる
• 一酸化窒素（NO）： 血管拡張など生理作用を持つシグナル分子
• 窒化ホウ素（BN）、窒化ケイ素（Si₃N₄）： 工業用セラミック

窒素に関わる研究事例

窒素は環境科学、生化学、材料科学の分野で注目される研究対象です。主な事例を以下に示します：

• 窒素固定反応： ハーバー・ボッシュ法に代わる低エネルギー固定法（電解法、酵素触媒）の開発
• 窒素循環のモニタリング： 環境中の窒素汚染（硝酸塩、アンモニア）の動態追跡と浄化技術
• バイオロジカルNO研究： NOの神経伝達物質としての役割やがん細胞抑制作用の解明
• 液体窒素冷却技術： 超伝導体・量子コンピュータ冷却における応用展開
• エネルギー変換触媒： 窒素還元を用いたグリーンアンモニア合成の触媒設計研究

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