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氫鍵

**氫鍵**是分子間作用力的一種，是一種永久偶極之間的作用力，氫鍵發生在已經以共價鍵與其它原子鍵結合的氫原子與另一個原子之間（X-H…Y），通常發生氫鍵作用的氫原子兩邊的原子（X、Y）都是電負度較強的原子。氫鍵既可以是分子間氫鍵，也可以是分子內的。其鍵能最大約為 200kJ/mol，一般為 5-30kJ/mol，比一般的共價鍵、離子鍵和金屬鍵鍵能要小，但強於靜電引力。

氫鍵對於生物高分子具有尤其重要的意義，它是蛋白質和核酸的二、三和四級結構得以穩定的部分原因。

## 成鍵

氫鍵通常可用 X-H…Y 來表示。其中 X 以共價鍵與氫相連，具有較高的電負度，可以穩定負電荷，因此氫易解離，具有酸性（質子給予體）。而 Y 則具有較高的電子密度，一般是含有孤電子對的原子，容易吸引氫原子，從而與 X 和 H 原子形成三中心四電子鍵。

### 鍵能

氫鍵鍵能大多在 25-40kJ/mol 之間。一般認為鍵能小於 25kJ/mol 的氫鍵屬於較弱氫鍵，鍵能在 25-40kJ/mol 的屬於中等強度氫鍵，而鍵能大於 40kJ/mol 的氫鍵則是較強氫鍵。 曾經有一度認為最強的氫鍵是 [HF2]−中的 FH…F−鍵，計算出的鍵能大約為 169kJ/mol。 而事實上，用相同方法計算甲酸和氟離子間的 [HCO2H…F−] 氫鍵鍵能，結果要比 HF2−的高出大約 30kJ/mol。

常見氫鍵的平均鍵能數據為：

* F—H $\cdots $ :F （155 kJ/mol 或 40 kcal/mol）
* O—H $\cdots $ :N （29 kJ/mol 或 6.9 kcal/mol）
* O—H $\cdots $ :O （21 kJ/mol 或 5.0 kcal/mol）
* N—H $\cdots $ :N （13 kJ/mol 或 3.1 kcal/mol）
* N—H $\cdots $ :O （8 kJ/mol 或 1.9 kcal/mol）
* HO—H $\cdots $ :OH3+ （18 kJ/mol 或 4.3 kcal/mol）

### 成鍵原子

典型的氫鍵中，X 和 Y 是電負度很強的 F、N 和 O 原子。但 C、S、Cl、P 甚至 Br 和 I 原子在某些情況下也能形成氫鍵，但通常鍵能較低。

碳在與數個電負度強的原子相連時也有可能產生氫鍵。例如在氯仿 CHCl3 中，碳原子直接與三個氯原子相連，氯原子周圍電子雲密度較大，因而氫原子周圍即帶有部分正電荷，碳也因此參與了氫鍵的形成，扮演了質子供體的角色。

芳香環、碳碳三鍵或雙鍵在某些情況下都可作為電子供體，與強極性的 X-H（如 - O-H）形成氫鍵。

### 方向

X-H…Y 不需要，也往往不是嚴格的直線。 哪怕不算分叉的氫鍵，一對一的氫鍵中也有很多鍵角處在 150°-180° 之間的情況，氟化氫長鏈中的氫鍵即是一例。

## 對稱氫鍵

通常氫是通過共價鍵與 X 原子相連，並通過較長和較弱的「氫鏈」與 Y 原子連接，即使 X 與 Y 是相同的元素，X-H 和 H…Y 距離也往往不相等。但在 M+HA2−型的酸式鹽中，其中 A 是 F−或某些有機酸（如乙酸和苯甲酸），氫原子恰好處於 X 和 Y 原子的中心（X-H…Y）。這一類例子被稱作**對稱氫鍵**，它們往往鍵能較大，鍵長較短。

對稱氫鍵和不對稱氫鍵的現象往往難以解釋。一個比較認同的解釋是，將 FHF−離子中的氫鍵看成氫橋，類似於乙硼烷中的 BHB 硼橋鍵。只不過硼橋鍵是三中心兩電子鍵，而氫橋鍵是三中心四電子鍵。

## 雙氫鍵

1995 年以來，報導了許多種分子間存在一種被稱為雙氫鍵的新型分子間力，可用通式 AH…HB 表示。 雙氫鍵的鍵長一般小於 220pm，極限可能為 270pm，鍵能從 n~n\*10kJ/mol 不等，相當於傳統分子間力能量數量級。雙氫鍵的一些例子包括：BH4−…HCN、BH4−…CH4、LiH…NH4、LiH…HCN、LiH…HC≡CH，CH4…H-NH3+ 和 H-Be-H…H-NH3 等，其中以 BH4−…HCN 雙氫鍵的鍵長為最短（171pm），鍵能也最高（75.44kJ/mol），遠大於水和 HF 間的氫鍵鍵能。目前對雙氫鍵的研究還不是很深入。

## 影響

氫鍵的影響包括：

* 與同族的化合物相比，NH3、H2O 和 HF 具有反常高的熔點和沸點。
* 氨在水中的非常大的溶解度與它和水分子間的氫鍵有關。
* 甘油、無水磷酸和硫酸具有較大的黏度。
* 鄰硝基苯酚中存在分子內氫鍵，因此熔點較間硝基苯酚和對硝基苯酚低。
* 冰中水分子在冰晶體結構中空間占有率較低，因而冰密度較小，甚至小於水。
  * 冰中每個 H2O 水分子都按四面體方向參與形成 4 個 O-H…O 氫鍵，每莫耳冰中只有 2_N_0 個氫鍵。冰的熔化熱為 5.0kJ/mol，而冰中氫鍵鍵能為 18.8kJ/mol，因此剛熔化的水中仍有大量的氫鍵。在 4℃時，水氫鍵斷裂（密度增大）和受熱分子間距增大（密度減小）的趨勢相等，因此 4℃時水密度最大。這個溫度對於水中生物至關重要，它保證了冬季時水中生物不至於因為水結冰而死亡。
* 分子內形成氫鍵常使酸性增強。如苯甲酸的 pKa=11.02，而鄰羥基苯甲酸的 pKa=11，2,6 - 二羥基苯甲酸可在分子內形成兩個氫鍵，它的 pKa=8.3。其原因是分子內氫鍵的形成，促進了氫的解離。
* 結晶水合物中存在由氫鍵構建的類冰骨架，其中可裝入小分子或離子。參見甲烷氣水包合物。
* C=O…H-N 氫鍵使蛋白質形成 α 螺旋。
* DNA (去氧核糖核酸) 中兩條鏈的鹼基通過氫鍵配對，而氫鍵的飽和性和方向性使得雙螺旋的鹼基配對具有專一性，即 A-T 靠 2 個氫鍵配對而 C-G 靠 3 個氫鍵配對，如下圖：

## 參見

* 分子間作用力
* 凡得瓦力

## 參考資料

## 外部連結

* 氫鍵及氫鍵理論研究的歷史回顧
* 氫鍵對物質結構和性質的影響及其應用前景
* 水中的氫鍵（英文） （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
氫鍵催化

**氫鍵催化**是有機催化反應，以氫鍵相互作用加速和控制有機反應。在生物系統，氫鍵在許多酶促反應中起關鍵作用，包括調整受質方向和降低反應門檻。然而，化學家最近才開始用氫鍵的力量來催化反應，與路易士酸催化研究相比，該領域不太發達。

供氫鍵體可以多種機制促成反應。反應時，氫鍵可穩定陰離子中間體和過渡態，或結合小陰離子形成活躍親電陽離子；更酸的供體可充當通用酸或特定酸，以質子啟動親電試劑。「雙官能催化」中，親核試劑和親電試劑反應雙方同時啟動，是有效的方法。氫鍵催化中，催化劑份子與受質緊密結合，是促成選擇對映體的有效方法。

氫鍵催化劑通常易製，相對穩定，且可以合成高對映純度。氫鍵催化反應發表越發頻密，如羥醛加成、地－阿環加成和曼氏反應等可用於合成的常見有機反應之不對稱變體。

然而，氫鍵催化發揮全部合成效用潛力前必須克服幾樣挑戰。目前已知的反應只限於某些受質，加速率和周轉率亦頗低，需高催化劑負載。催化劑常以覆試發現和微調，而化學家對催化劑結構和反應活度關係知之甚少。此外，領域仍未了解遠超一般機理的新發現反應。隨著未來更詳細的結構和機理研究，氫鍵催化有巨大潛力，有用於不對稱合成的前景，可用於高效的新型選定反應。

## 催化方式

### 穩定四面體中間體

### 穩定陰離子部份

### 陰離子結合

### 質子結合

### 多功能策略

## 參見

* 有機催化
* 硫脲有機催化
* 氫鍵

## 延伸閱讀
氫離子幫浦抑制劑

**氫離子幫浦阻斷劑**（英語：Proton-pump inhibitor，簡稱為 **PPI**，中國大陸、香港、澳門、馬來西亞、新加坡譯作**質子泵抑制劑**）是一種抑制氫離子幫浦的藥物，這種藥物對於減少胃酸分泌的作用是顯著也長效的，是現今減少胃酸分泌第二強效的藥物。目前減少胃酸分泌最強效的藥物為鉀離子競爭性胃酸抑制劑（Potassium Competitive Acid Blocker，簡稱 P-CAB）。至於 H2 受體阻抗劑這一類藥物跟氫離子幫浦阻斷劑有相同的效用，但是機理不同。氫離子幫浦阻斷劑行銷全世界且公認非常有效。這類藥物大多是苯並咪唑衍生物，但未來咪唑吡啶衍生物可能會成為主流藥物。高劑量且長時間服用氫離子幫浦阻斷劑可能會使骨折的風險上升；短時間也會影響消化，特別是大腸的菌叢，造成服用後「多屁」之類的副作用。

## 藥物

目前臨床上在使用的氫離子幫浦阻斷劑：

* 奧美拉唑
* 蘭索拉唑
* 右旋蘭索拉唑 (埃索美拉唑鎂)
* 埃索美拉唑
* 泮托拉唑
* 雷貝拉唑
* 泰妥拉唑 (Tenatoprazole)

## 藥理作用

氫離子幫浦阻斷劑（PPI）的作用是不可逆地抑制胃壁細胞上的氫 / 鉀三磷酸腺苷酵素系統（又稱氫 / 鉀離子 ATP 酶，即 H+/K+ ATPase）。該系統是負責將氫離子分泌入胃內腔的氫離子幫浦，因此是醫藥界抑制胃酸分泌的理想目標。這個胃酸分泌的最後關卡會被 PPI 不可逆地阻斷，所以 PPI 能減少了高達 99% 的胃酸分泌，比 H2 受體阻抗劑更加強效。

減少胃酸的分泌除了可以幫助十二指腸潰瘍的癒合外，也可以減少因為消化不良和胃灼熱而產生的痛苦。但是，缺乏胃酸會引致稱為胃酸缺乏症（Achlorhydria）的疾病。此缺乏症令體內沒有足夠的胃酸而且無法消化分解蛋白質，且沒有辦法吸收養分，特別是維他命 B12 跟鈣營養。

## 藥物代謝動力學

跟食物一起服用的時候，奧美拉唑的吸收速率減低。除此之外蘭索拉唑和埃索美拉唑也會因為一起服用食物，吸收速率會減低且吸收會遭到延遲。儘管如此，已經有報告指出並不會嚴重影響到藥物的效力。 

氫離子幫浦阻斷劑（PPI）的生物半衰期範圍為 0.5 至 2 小時不等，而單次劑量對胃酸分泌的影響通常會持續 2 至 3 天。這段期間有藥效是因為藥物累積在胃壁細胞的小管、以及 PPI 作用不可逆的緣故，但在人體的新陳代謝下，約 3 天後胃黏膜就恢復為全是未受 PPI 作用過的新生胃壁細胞（人體每天約有 1/3 的胃壁細胞新生和死亡）。

## 適應症

* 消化不良
* 消化性潰瘍
* 胃食管反流病 (GERD)
* 咽喉反流 (LPR)
* 巴雷斯特食道症
* 預防壓力性胃炎
* 柔林格症候群（Zollinger-Ellison syndrome）

儘管氫離子幫浦阻斷劑可以用於這麼多種的情況，但並非每個都有顯著的效果。
美國食品藥物管理局建議一年內不要使用超過三次 14 天的療程。

## 副作用

### 短時間服用

一般來說，氫離子幫浦阻斷劑有很好的耐受性，短期服用此類藥物，並不常發生副作用。對此類藥物，發生副作用的部位跟機率大致上都是相同的，但奧美拉唑的報告相對較多，可能是因為它的使用時間比較長且在臨床上的使用比較多的緣故。常見的副作用包括頭痛（臨床試驗，5.5%）、噁心、腹瀉、腹痛及疲倦等。

因為食物中維他命 B12 需要人體的胃酸才能釋放，若長時間的服用可能會造成維生素 B12 缺乏症。

不常見的副作用有：疹、癢、胃腸氣脹、便秘、焦慮、憂鬱。
罕見的副作用：多型性紅斑（erythema multiforme）、胰腺炎、史蒂芬斯－強森症候群，以及間質性腎炎。

### 長時間服用

長期使用氫離子幫浦阻斷劑的研究很少。然而 2017 年 7 月 3 日由美國華盛頓大學醫學院（Washington University School of Medicine）發表在 BMJ Open 期刊的研究報告指出若是長期服用 (一年以上)，恐有死亡風險增加的疑慮。研究人員共收集分析 2006 年 10 月到 2008 年 9 月期間 275,933 名服用 PPI 患者的醫療記錄，同時記錄往後 5 年期間的死亡人數。

發現長期使用 PPI 會導致像是維生素 B12 缺乏、腎臟疾病、困難梭狀芽孢桿菌感染腹瀉、低血鎂、骨折、心血管疾病、失智症都有潛在不明機制的關聯度。例如服用兩年 PPI 的患者，會比常人增加 65% 維生素 B12 缺乏的風險。出現腎衰竭的機率會比常人高出 96%(約一倍)，但總體機率還是不高所以無法論斷詳細機制，可能與體質和生活習慣等綜合作用有關。2016 年 2 月德國波恩神經退行性疾病研究所 (Center for Neurodegenerative Diseases, Bonn) 發表於 JAMA Neurology 的一項研究 7.4 萬名 75 歲以上銀髮族的醫療紀錄，發現其中 2950 人連續服用 PPI 超過 18 個月，與對照組相比這些銀髮族罹患失智症的比例似乎增加了 44%。

另一篇 2012 年 1 月 31 日發表於英國醫學期刊 (BMJ) 的報告，團隊收集近 8 萬名更年期婦女資料，追蹤八年時間統計資料後發現，長期服用 PPI 之更年期女性，發生髖關節骨折的風險較未服用者增加 35%；如又有抽菸習慣則髖關節骨折風險比常人增加到 50%。這些長期食用 PPI 導致隱性似乎有關連的副作用，逐漸引起醫學界注意但尚未有確定結論，但現階段醫師只能建議如果能用飲食改變與作息解決胃酸問題的人就儘量少用 PPI。

## 參考資料

## 外部連結

* MedlinePlus Encyclopedia （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
氬-40

**氬**（原子量：39.948 (1)）共有 25 個同位素，其中有 3 個是穩定的。

## 圖表

**備註：**畫上 #號的數據代表沒有經過實驗的証明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數據不確定性。

 

## 註釋

## 參考文獻

* Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in _Nuclear Physics_ A729 (2003).
* Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. _Pure Appl. Chem._ Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
* Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
  * Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  * National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (retrieved Sept. 2005).
  * David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in _CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition_, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
氬氟化氫

**氟氬化氫**（化學式：HArF）是一個氬的化合物，也是目前唯一被發現的氬化合物。

## 發現

氬氟化氫是一群由馬庫・拉薩能（Markku Räsänen）領導的芬蘭化學家發現的，他們在 2000 年 8 月 24 日將發現氟氬化氫的消息登上了《自然》雜誌。

## 合成

這群芬蘭化學家是將氬氣和氟化氫在碘化銫表面冷凍至−265°C，這使氬氣結成冰，然後再用大量的紫外線照射這氬冰和氟化氫的混合物，這使得氬和氟化氫反應產生氬氟化氫。經過紅外光譜分析後，他們發現氬原子已經和氟原子、氫原子產生化學鍵，但該化學鍵非常的弱，只要溫度高於−256°C 它就會再分解為氬和氟化氫。

## 性質

氟氬化氫在 27 K 以上分解。

根據理論計算，氟氬化氫的 H-Ar 鍵長為 133 pm ，Ar-F 鍵長為 197 pm ，偶極矩 6.51 D。

## 參見

* 氬

## 參考資料
氬氫離子

**氬氫離子**是一種陽離子，由氫正離子及氬原子組成。它能以放電製成，同時亦是第一種在星際空間發現的稀有氣體多原子離子（或分子）。

## 簡介

詹姆斯・布勞爾特及薩姆納・戴維斯於基特峰國家天文台以麥克梅斯 - 皮爾斯太陽望遠鏡進行傅立葉變換光譜攝像得到其紅外線振動旋轉譜帶。約翰・約翰斯亦觀測到其譜帶。

氬氫離子存在於星際間瀰散的氫原子雲中，作為生成的條件氫分子的佔比須處於 0.0001 至 0.001 之間，由於其佔比會影響到不同離子的生成。當 36Ar1H+ 進行旋轉躍遷時，便可探測到 617.525 GHz (_J_ = 1→0) 及 1234.602 GHz (_J_ = 2→1) 的吸收線。這在 SgrB2 (M) 及 SgrB2 (N)：G34.26+0.15、W31(C)：G10.62−0.39、W49(N)、W51 (E) 等中心可得，因為氬氫離子位於微波的放射源前。

而在蟹狀星雲可得到其發射線，顯示氬氫離子存在於其多個部分，當中最密集的是在其南部的纖維狀結構。這亦是 Ar+ 及 Ar2+ 離子最密集的地方。氬氫離子在蟹狀星雲的柱密度介乎每立方厘米有 1012 至 1013 顆。相信其進入激發態的能量來自電子與氫分子的撞擊。而接近銀心的柱密度約為 2×1013 cm−2。

36ArH+ 及 38ArH+ 離子已知存在於 75 億光年外的未命名星系中，其 z = 0.88582，與耀變體 PKS 1830−211 同一視點。

氬能促進氚分子與脂肪酸的雙鍵，當中會產生一種過渡物 ArT+。當以氬 - 氫電漿體濺鍍於金上，對其造成的位移亦是由於氬氫離子。

## 性質

氬氫離子與氯化氫為等電子體，基態的鍵偶極矩為 2.18D。其結合能則為 369 kJ mol−1（2.9 eV），比許多鎓離子要小，但比氫分子離子大。鍵力常數為.88 mdyne/Å2。

其不同振動態的壽命取決於當中的同位素，而大致上更高能量的振動態壽命更短。

　
:

## 反應

氬氫離子可能有以下反應：

　
: ArH+ + H2 → Ar + H+ 
3

　
: ArH+ + C → Ar + CH+

　
: ArH+ + N → Ar + NH+

　
: ArH+ + O → Ar + OH+

　
: ArH+ + CO → Ar + COH+

亦可在以下反應生成：

　
: Ar + H+ 
2 → ArH+ + H.

　
: Ar + H+ 
3 → \*ArH+ + H2

 

Ar+ + H2 在低能量時的截面為 10−18 m2，而當能量超過 100 eV 時的截面則會大幅下降。

Ar + H+ 
2 在其離子為低能量時的截面為 6×10−19 m2，但若能量超過 10 eV 時收率會下降，相對的是更多 Ar+ + H2 會產生。

當能量在 0.75 至 1 eV 之間，Ar + H+ 
3 的截面為 5×10−20 m2 並有最大的氬氫離子收率，而反應的過程需要 0.6 eV 能量。能量高於 4 eV 時 Ar+ + H 開始產生。

 
氬氫離子亦可從 Ar+ 生成，後者可由氬原子受到宇宙線及 X 射線下產生：

　
: Ar+ + H2 → \*ArH+ + H（1.49 eV）

當它遇到電子時可能會解離重合，但若該電子能量低則此反應極為緩慢，使它的壽命比許多相似的鎓離子更長。若氫分子濃度低於 10−4，解離反應會超過其形成。

　
: ArH+ + e− → Ar + H

由於氬原子的電離能比氫分子更低，它會與氫分子反應；而氦和氖原子則更高，它們會從氫分子取走電子。

　
: Ar+ + H2 → ArH+ + H

　
: Ne+ + H2 → Ne + H+ + H（電荷轉移解離）

　
: He+ + H2 → He + H+ + H

## 光譜

氬氫離子可藉對氬及氫的混合物放電製備。詹姆斯・布勞爾特及薩姆納・戴維斯首次於紅外線光譜觀測到其振動旋轉譜帶。

人工製備的氬氫離子所含的大部分為 40Ar 原子，而宇宙中多數為其同位素 36Ar。

在紫外線光譜亦有兩條吸收線，其躍遷會使得離子斷鍵。以 11.2 eV 躍遷至 B1Π 電子態的躍遷偶極矩頗小，較難觀察到。以 15.8 eV 躍遷至 A1Σ+ 推斥態的話其波長小於萊曼極限，宇宙中很少光子造成此躍遷。

## 另見

* 星際分子列表

## 參考
氮-13

**氮 - 13** 符號為 13N，是氮的人造放射性同位素之一，原子核包含 7 個質子和 6 個中子，半衰期僅 9.965 分鐘，放射性很強。它可以由質子轟擊氧 - 16 的原子核得到：

1H + 16O → 13N + 4He

## 用途

由於氮 - 13 衰變會產生正電子，因此可用於正電子發射電腦斷層掃描，通常是利用氮 - 13 和氫合成帶有放射性的氨，然後把它注入人體內，當氮 - 13 衰變並且釋放正電子，而正電子會和電子湮滅，而產生穿透力極強的伽馬射線，儀器利用這些射線就可以探知身體裡的情況。但氮 - 13 的半衰期只有 9.965 分鐘，因此醫院需要配備迴旋加速器才能完成這種診斷。

## 參考來源
氮-14

**氮 - 14**（英語：Nitrogen-14）是氮的同位素之一，為穩定同位素，原子核包含了七個質子和七的中子，是最常見的同位素，豐度有 99.636%，在高空中，氮 - 14 被宇宙射線轟擊，並產生有放射性的碳 - 14。一般來說，氮 - 14 在宇宙中是被恆星合成的，在碳氮氧循環中扮演重要的角色。

## 參見

* 氮 - 13
* 氮 - 15
* 氮 - 16
* 碳 - 14
* 碳氮氧循環
氮-空位中心

**氮 - 空位中心** (**N-V 中心** 或 **NV 中心**)，有時也稱作 NV 色心， 是金剛石 中的一種點缺陷。 其最常被研究和應用的性質是光致發光，用以觀察其自旋狀態。氮 - 空位中心的自旋 局域在原子尺度，可以在室溫下通過外加電場、磁場、微波輻射或光來進行操控，使其光致發光強度產生共振。這些共振現象與電子自旋的量子糾纏、自旋軌道耦合和 Rabi 振盪等相關，可以用量子光學理論進行分析理解。 單個的氮 - 空位中心也可用作量子計算機的基本單元 —— 量子比特。氮 - 空位中心亦可用於自旋電子學、量子傳感等。 一般地，若提到氮 - 空位中心時沒有指定其帶電狀態，則默認所討論的是帶負電的氮 - 空位中心。

## 能級結構

NV 色心有一個三重態基態 (3A)，一個三重態激發態 (3E) 以及兩個單態中間態 (1A 和 1E)。

若沿著氮 - 空位中心的軸向加磁場 ms = 0 不受影響，但是 _m_s = ±1 的能級會發生劈裂（塞曼效應）。

## 注釋

## 參考資料
氮3

在化學中，**氮 3**（Trinitrogen）又稱為**疊氮自由基**，是氮的同素異形體。

## 性質

氮 3 的每個分子具有三個氮原子，直鏈和環狀的結構皆是可能的，但都極不穩定。更為穩定的衍生物是存在的，例如作為配體時，可能在疊氮化鈉與硝酸鈰銨出現疊氮硝化合成反應時出現等。

其直鏈結構首次於 1956 年由布萊恩・特魯什發現，他當時對疊氮酸進行光分解作用。其環狀結構在 2003 由 Nils Hansen 及 Alec Wodtke 取得，他們對疊氮化氯進行紫外光分解，得到的氮 3 大部分為直鏈，但有約兩成為環狀。

直鏈狀氮 3 的分子結構具有 D∞h 的二面體群對稱性、其平均鍵長為 1.8115 Å；第一個激發態 A2Σu 的能量比基態高約 4.56 電子伏特。

## 參見

* 氮 4
* 六嗪
* 八氮立方烷

## 參考文獻

## 外部連結

* [1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） ChEBI
氮4

**氮 4** 是一種由四個氮原子組成的氮單質，化學式為「N4」，其分子呈正四面體形。N4 與 N2、N3 是同素異形體。

在利用金剛石對頂砧得到的極端高壓（110 多萬 atm）和高溫（2000K）下，氮被聚合成單鍵的立方偏轉的晶體結構。這種結構於鑽石的結構類似，都具有很強的共價鍵。因此 ${\ce {N4}}$ 的別名為「氮鑽石」。

## 歷史

N4 最初由羅馬大學的 Fulvio Cacace 及其同事發現，並命名為「**tetranitrogen**」（「氮 4」）。該發現於 2002 年 1 月 18 日在《科學》期刊中報導。

1956 年，科學家已在實驗室中製得了 N3，但 N4 的發現比 N3 的發現遲了將近半個世紀。

## 性質

N4 分子是一種不穩定的多氮分子。由於這種物質分解後產生無毒的氮氣並釋放出大量能量，所以其可能被應用於製造推進劑或炸藥。

## 參見

* 氧 4
* 氮 2
* 氮 3

## 參考文獻

* F. Cacace, G. de Petris, A. Troiani. Experimental Detection of Tetranitrogen. _Science_ **2002**, _295_, 480-481. doi:10.1126/science.1067681

## 外部連結

* 一種新分子 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
氮5

**六氟砷酸五氮**，化學式 ${\rm {\ N_{5}^{+}[AsF_{6}]^{-}}}$ ，白色晶體，極易爆炸，爆炸時，分解出大量氮氣。室溫下不穩定，需在 −78°C 保存。含 ${\rm {\ N_{5}^{+}}}$ 離子，該離子結構是五個氮原子呈 V 字型排列，由 5 個氮原子形成兩個三鍵和兩個單鍵構成。其中一個氮原子最外層只帶 4 個電子，所以整個分子顯正一價。

1999 年，Christe 等利用如下反應首次製得 ${\rm {\ N_{5}^{+}[AsF_{6}]^{-}}}$ ：

　
: ${\rm {\ N_{2}F^{+}[AsF_{6}]^{-}+HN_{3}\rightarrow N_{5}^{+}[AsF_{6}]^{-}+HF}}$

## 參見

* 五氮陽離子

## 參考資料
氮6

**六嗪**也稱作「**六氮苯**」，是氮元素的一種單質，分子式為 N6。六嗪與 N2、N4 等互為同素異形體。六嗪是氮苯（吖嗪）類物質的最後一個成員，其分子是由六個氮原子圍成的六元環，相當於六個次甲基都被氮原子代替了的苯分子。雖然吡啶（一氮雜苯）、嗒𠯤（鄰二氮雜苯）、嘧啶（間二氮雜苯）、吡𠯤（對二氮雜苯）、1,3,5 - 三嗪（均三氮雜苯）和四嗪（四氮雜苯）等氮苯都已被發現，但六嗪與五嗪實際上仍未被觀察到。

## 穩定性

六嗪分子的結構與化學性質十分穩定的苯分子的結構相似，可能也具有芳香性。而實際上，六嗪仍未被合成。計算機的預測也表明，六嗪分子應該是高度不穩定的，而不穩定性則可能源自氮原子上相互排斥或能供電子給 σ 反鍵軌域的孤電子對。

## 參見

* 疊氮化物
* 氮 4（N4）
* 五唑
* 八氮立方烷（N8）

## 參考文獻

* J. Fabian and E. Lewars. Azabenzenes (azines) — The nitrogen derivatives of benzene with one to six N atoms: Stability, homodesmotic stabilization energy, electron distribution, and magnetic ring current; a computational study (PDF). Canadian Journal of Chemistry. 2004, **82** (1): 50–69 [2011-04-05]. doi:10.1139/v03-178. （原始內容 (PDF) 存檔於 2005-03-29）.
* P. Saxe and H. F. Schaefer III. Cyclic D6h Hexaazabenzene-A Relative Minimum on the N6 Potential Energy Hypersurface?. Journal of the American Chemical Society. 1983, **105**: 1760–1764. doi:10.1021/ja00345a010.
* H. Huber. Is Hexazine Stable?. Angewandte Chemie International Edition. 1982, **21** (1): 64–65. doi:10.1002/anie.198200641.
* M. N. Glukhovtsev and P. von Ragué Schleyer. Structures, bonding and energies of N6 isomers. Chemical Physics Letters. 1992, **198** (6): 547–554. doi:10.1016/0009-2614(92)85029-A.
* T.-K. Ha, R. Cimiraglia and M.T. Nguyen. Can hexazine (N6) be stable?. Chemical Physics Letters. 1981, **83** (2): 317–319. doi:10.1016/0009-2614(81)85471-1.
氮8

**八氮立方烷**也稱為「**立方氮烷**」，是氮元素的一種假想單質，分子式為 N8。八氮立方烷與 N2、N4 等互為同素異形體。八氮立方烷分子由 8 個圍成立方體氮原子構成，可以看作所有次甲基都被氮原子代替了的立方烷分子，所以八氮立方烷是立方烷的衍生物之一。八氮立方烷分子可能是一種亞穩態分子。若忽略由鍵應力引起的化學熱力學不穩定性和氮氮單鍵的較高鍵能，只從化學動力學角度來看，該分子因軌道對稱而具有一定穩定性。

## 可能用途

八氮立方烷預計擁有約 22.9 MJ/kg 的能量密度（假設完全分解為 N2），是 TNT 標準當量的 5 倍。所以八氮立方烷與其他特殊氮單質都曾被建議開發為炸藥或高性能火箭推進劑。 它的爆速預測為 15,000 m/s，比八硝基立方烷，已知爆速最快的非核爆物質，還要快上 48.5%。

## 參見

* 氮 4（N4）
* 六嗪（N6）

## 參考文獻
氮丙啶

**氮丙環**，也稱**環乙亞胺、氮雜環丙烷、吖丙啶、環乙胺、氮丙啶、乙烯亞胺**，是氮原子取代環丙烷的一個碳原子形成的雜環化合物，分子式為 C2H5N。氮丙環在室溫下是無色易流動的液體，有強烈的氨味，有毒。它用作有機合成的中間體，也是很多合成藥物的前體。

氮丙環在國際癌症研究機構 (IARC) 的分類中屬於 2B 類致癌物質，可能會造成癌症。

廣義上，**氮丙環**指任何含有簡單環丙啶環系（三元氮雜環丙烷環系）的化合物，即簡單氮丙環的衍生物。

## 結構

與其他三元環體系如環丙烷、環氧乙烷類似，氮丙環中的鍵角約為 60°，與 sp3 雜化碳的 109°28' 相差較大，含有香蕉鍵。它有鹼性，但不如非環系脂肪族胺化合物強，pKa 為 7.9。氮丙環中的角張力還能增高氮反轉的能壘 (能量障壁)。這個能壘的高度允許分隔其衍生物的反轉異構體的分離，例如 _N_- 氯 - 2 - 甲基氮丙環的_順 -_和_反 -_反轉異構體。

## 合成

氮丙環可通過多種方法合成。

### 鹵代胺及氨基醇的環化

α- 鹵代胺或 β- 氨基醇都可發生分子內親核取代反應生成氮丙環環，分別稱為 Wenker 合成 (1935) 及 Gabriel 氮丙環合成 (1888)。用氨基醇反應時，需要先將羥基轉化為一個較好的離去基團。

### 氮烯加成

先由疊氮化物光解或熱解製得氮烯，再讓其與烯烴加成，可以很順利地製得氮丙環環。氮烯也可由二乙酸碘苯與磺胺反應，或由下圖中的化合物裂解製得乙氧羰基氮烯：

　
:

### 三唑啉熱解

烯烴與疊氮化物發生環加成反應生成三唑啉，再讓三唑啉熱分解生成氮氣及氮丙環。

### 由環氧化合物製取

在疊氮化鈉作用下，環氧化合物開環生成疊氮化物，再用三苯基膦還原，放出氮氣，也可得到氮丙環。

　
:

### 由肟製取

也可由肟與格氏試劑反應製備某些氮丙環，稱為「Hoch-Campbell 氮丙環合成」：

　
:

## 反應

氮丙環的氮類似於仲胺，可在不開環的情況下發生取代反應。與三聚氰氯的產物三乙烯三聚氰胺可在感光材料中用作堅膜劑：

　
:

氮丙環易與親核試劑反應開環，其中醇解和氨解反應是相應製備反應的逆反應。與有機鋰試劑和吉爾曼試劑等碳親核試劑也可反應。此類的反應有很多應用，如在奧司他韋全合成中，有一步利用了氮丙環環在疊氮三甲基矽烷（TMSN3）和不對稱配體作用下的不對稱開環反應：

　
:

一些 _N_- 取代且兩個環碳原子都連有吸電子基的氮丙環光解電環化開環生成亞甲胺葉立德，並可被特定的親偶極體捕集，發生 1,3 - 偶極環加成反應。

很多氮丙環衍生物都是藥物，包括噻替哌、三乙烯三聚氰胺和三乙烯亞胺苯醌。噻替哌是一種抗癌藥物，可由三氯化磷與硫反應先製得三氯硫磷，再與三分子的氮丙環反應合成。

氮丙烯是在氮丙環分子中加上一個雙鍵形成的化合物，有兩種，雙鍵為 C=N 鍵的稱為「1 - 氮丙烯」，雙鍵為 C=C 鍵的稱為「2 - 氮丙烯」。氮丙烯母體尚未發現，1 - 氮丙烯的衍生物已有報導。另外，將氮丙環的氮換為氧和硫，則可分別得到環氧乙烷與環硫乙烷（噻丙環），性質與氮丙環有些相似。

## 參考資料
氮化氙

**Xe(N2)2** 是一種穩定的范德華力化合物，在高壓下由氙和氮反應得到，存在兩種結構。

## 製備及結構

氙和氮在高壓下（5 GPa）化合，形成 I 型的 Xe (N2)2，將壓力升高至 14 GPa，發生相變，生成 II 型的 Xe (N2)2。

　
: Xe + 2 N2 → Xe(N2)2

I 型的化合物屬立方晶系，空間群 _Fd_3_m_,II 型屬四方晶系，空間群 _I_41/_amd_。I 型具有 C15 拉維斯結構，II 型具有高壓 SiS2 結構。在 45 GPa 以上可以發出螢光。

## 其它氮化物

在 146 GPa 以上，氙和氮反應可以生成 XeN6，它是一種高能量密度的氮化物，分子中存在 N-N 和 Xe-N 共價鍵。

## 參考文獻
氮化氫

**氨**（英語：Ammonia，或稱**氨氣**、**無水氨**，曾音譯作**𠼞**、**氬**、**阿摩尼亞**，分子式為 NH3）是無色氣體，有強烈刺激氣味（尿味），極易溶於水。常溫常壓下，1 單位體積水可溶解 700 倍體積的氨。氨對地球上的生物相當重要，是所有食物和肥料的重要成分。氨也是很多藥物和商業清潔用品直接或間接的組成部分，具有腐蝕性等危險性質。

由於氨有廣泛的用途，成為世界上產量最多的無機化合物之一，約八成用於製作化肥。2006 年，氨的全球產量估計為 1.465 億噸，主要用於製造商業清潔產品。

氨可以提供孤電子對，所以也是路易斯鹼。

## 製法

#### 實驗室製取

加熱氯化銨和氫氧化鈣的混合物，可製得少量氨氣：

$$
{\ce {2NH4Cl{+}Ca(OH)2->2NH3\uparrow +CaCl2{+}2H2O}}
$$

由於產物中含有水蒸氣，故反應物需用鹼石灰淨化。

注意不能用硝酸銨代替氯化銨，因硝酸銨不穩定且產物不單一；也不能用氫氧化鉀和氫氧化鈉代替氫氧化鈣，因為二者皆易吸收產物中的水，阻止進一步反應。吸收水蒸氣不能用濃硫酸和固體氯化鈣，因二者皆能與氨氣反應。

若有濃氨水，亦可加熱之，製備氨氣：

$$
{\ce {NH3.H2O->[{\triangle }]NH3\uparrow +H2O}}
$$

#### 氮化物製法

可以用氮化物與水反應或者疊氮化物分解。如：Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3↑

#### 工業合成氨

如今，工業製備氨氣主要是通過哈柏法，即在約 700K 及 200 個大氣壓下，以鐵為催化劑製成。然而此法耗費大量原料及能量，僅此一項即占全球碳排放量的 3%，消耗 5% 的天然氣，故有新的制氨法被提出。日本化學家細野秀雄提出用更有效的含釕及鋇 - 鈰催化劑催化氮氣與水的反應製得氨氣，此法已在日本投產使用。

## 鑑定

鑑定氨氣需將待測氣體通入水中溶解，然後用奈斯勒試劑（碘化汞鉀和氫氧化鈉的混合物）測試，溶液會變黃色：

NH4+ + 2[HgI4]2− + 4OH− → HgO·Hg(NH2)I + 7I− + 3H2O

## 氨水

**氨水**（NH3(aq)，也常寫成 NH4OH）又稱為**阿摩尼亞水**，指氨的水溶液，有強烈刺鼻氣味，具弱鹼性。

氨水中，氨氣分子發生微弱水解生成氫氧根離子及銨根離子。「氫氧化銨」事實上並不存在，只是對氨水溶液中的離子的描述，並無法從溶液中分離出來。

氨的在水中的電離可以表示為：

　
: ${\ce {NH3*H2O = {NH4}^{+}+ OH-}}$

反應平衡常數 $K_{b}=1.8\times 10^{-5}$ 。

1M 氨水的 pH 值為 11.63，大約有 0.42% 的 NH3 變為 NH4+。

氨水是實驗室中氨的常用來源。它可與含銅 (II) 離子的溶液作用生成深藍色的配合物，也可用於配置銀氨溶液等分析化學試劑。

## 用途

* 氨水可被土中的土壤膠體吸附和被作物吸收，無殘留物質，適用於各種土壤和作物。
* 由於氨擁有強烈的刺激性氣味，在醫療方面，會用少量易於揮發的氨作為使人清醒的吸入劑。
* 生產硝酸
* 玻璃清潔劑
* 有八成的氨生產氮肥
* 航空燃料（X-15）
* 氨是最廣泛用的製冷劑之一，可用於空調、冷藏和低溫，能用於各種形式的製冷壓縮機，蒸發溫度可控制在 5 度至零下 65 度，代號 R717。

## 反應

### 絡合反應

NH3 分子中氮原子有一對孤對電子，可以作為電子對給予體（路易斯鹼）形成加合物。如氨在氫離子絡合生成銨離子：

　
: ${\ce {NH3 + H+ = {NH4}^{+}}}$

NH3 亦可與金屬離子如 Ag+、Cu2+ 等發生錯合，生成錯合物：

　
: ${\ce {Ag+ + 2NH3 = [Ag(NH3)2]+}}$

　
: ${\ce {{Cu}^{2+}+ 4NH3 = {[Cu(NH3)4]}^{2+}}}$

### 氧化還原

NH3 分子中氮為 - 3 價，在適當條件下可被氧化為 N2 或更高價氮化合物。

如 NH3 在純氧中燃燒，生成 N2：

　
: ${\ce {4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O}}$ (Δ_H_ºr = –1267.20 kJ/mol)

在鉑催化下可氧化生成水與一氧化氮，是工業制硝酸的重要反應。

　
: ${\ce {4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O}}$

可還原 CuO 為 Cu：

　
: ${\ce {2NH3 + 3CuO = N2 + 3H2O + 3Cu}}$

常溫下 NH3 可與強氧化劑（如氯氣、過氧化氫、高錳酸鉀）直接反應：

　
: ${\ce {2NH3 + 3Cl2 = N2 + 6HCl}}$

### 酸鹼中和

氨是帶弱鹼性的，會和酸發生酸鹼中和反應。例：HNO3+NH3→NH4NO3

氨與強酸反應，生成的鹽大多為弱酸性。氨與弱酸（如乙酸）反應，鹽則為中性。

酸鹼中和是放熱反應。

### 有機反應

氨分子的氮上有一對孤對電子，而且帶部分負電荷，因此氨具有親核性。換言之，氨是個親核試劑，因此可與親電體反應。

例如，氨與鹵代烴發生雙分子親核取代反應生成胺。該反應又稱氨解反應。

　
: RX + NH3 → RNH2+ HX

又如，氨跟醯氯發生親核醯基取代反應，生成醯胺。

## 液氨

**液氨**（NH3）指的是液態的氨，為工業上氨氣的主要儲存形式。是一種常用的非水溶劑和致冷劑，也是除了水以外最常用的無機溶劑。不過由於它的揮發性和腐蝕性，液氨在儲存和運輸時發生事故的機率也相當高。

## 備注

## 參見

* 銨
* 胺
* 聯氨
* 酸鹼電子理論
* 氮族元素的氫化物
氮化汞

**氮化汞**，又稱**二氮化三汞**，是一種無機化合物，化學式 Hg3N2，為折線型分子，結構式 Hg=N-Hg-N=Hg，穩定性極差，是一種感度很高的爆炸物。

## 製法

氧化汞與氨氣在 10°C 下反應，再加熱到 150°C，最後用 20% 的硝酸處理可得氮化汞。

## 參考資料

* Ledgard, Jared. The Preparatory Manual of Explosives 3rd. s.l.: s.n. 2007: 121 [2012-04-01]. ISBN9780615142906. （原始內容存檔於 2013-10-06）.
氮化物

化學中的**氮化物**是一類氮的化合物，其中氮顯 - 3 價。

氮是具有最高電負性的元素之一，只有氧，氟和氯比它更高。這就意味著氮化物由一大組化合物構成。它們有廣泛的性質和應用。

* 折射材料
* 潤滑劑，如六方氮化硼 —BN
* 切割材料，如氮化矽 —Si3N4
* 絕緣體，如氮化硼 —BN、氮化矽 —Si3N4
* 半導體，如氮化鎵 —GaN
* 金屬鍍膜，如氮化鈦 —TiN
* 儲氫材料，如氮化鋰 —Li3N

氮化物可分為離子氮化物、共價氮化物、間隙氮化物及之間的混合類型。

## 參考資料
氮化矽

**氮化矽**是由矽元素和氮元素構成的化合物。在氮氣氣氛下，將單質矽的粉末加熱到 1300-1400°C 之間，矽粉末樣品的重量隨著矽單質與氮氣的反應遞增。在沒有鐵催化劑的情況下，約 7 個小時後矽粉樣品的重量不再增加，此時反應完成生成 Si3N4。除了 Si3N4 外，還有其他幾種矽的氮化物（根據氮化程度和矽的氧化態所確定的相對應化學式）也已被文獻所報導。比如氣態的一氮化二矽（Si2N）、一氮化矽（SiN）和三氮化二矽（Si2N3)。這些化合物的高溫合成方法取決於不同的反應條件（比如反應時間、溫度、起始原料包括反應物和反應容器的材料）以及純化的方法。

Si3N4 是矽的氮化物中化學性質最為穩定的（僅能被稀的 HF 和熱的 H3PO4 分解），也是所有矽的氮化物中熱力學最穩定的。所以一般提及「氮化矽」時，其所指的就是 Si3N4。它也是矽的氮化物中最重要的化合物商品。

在很寬的溫度範圍內氮化矽都是一種具有一定的熱導率、低熱膨脹係數、彈性模量較高的高強度硬陶瓷。不同於一般的陶瓷，它的斷裂韌性高。這些性質結合起來使它具有優秀的耐熱衝擊性能，能夠在高溫下承受高結構載荷並具備優異的耐磨損性能。常用於需要高耐用性和高溫環境下的用途，諸如氣輪機、汽車引擎零件、軸承和金屬切割加工零件。美國國家航空暨太空總署的太空梭就是用氮化矽製造的主引擎軸承。氮化矽薄膜是矽基半導體常用的絕緣層，由氮化矽製作的懸臂是原子力顯微鏡的傳感部件。

## 歷史

亨利・愛丁・聖克萊爾・德維爾和弗里德里希・維勒在 1857 年首次報導了氮化矽的合成方法。在他們報導的合成方法中，為減少氧氣的滲入而把另一個盛有矽的坩堝埋於一個裝滿碳的坩堝中加熱。他們報導了一種他們稱之為矽的氮化物的產物，但他們未能弄清它的化學成分。1879 年 Paul Schuetzenberger 通過將矽與襯料（一種可作為坩堝襯裡的糊狀物，由木炭、煤塊或焦炭與粘土混合得到）混合後在高爐中加熱得到的產物，並把它報導為成分是 Si3N4 的化合物。1910 年路德維希・魏斯和特奧多爾・恩格爾哈特在純的氮氣下加熱矽單質得到了 Si3N4。1925 年 Friederich 和 Sittig 利用碳熱還原法在氮氣氣氛下將二氧化矽和碳加熱至 1250-1300°C 合成氮化矽

在後來的數十年中直到應用氮化矽的商業用途出現前，氮化矽未受到重視和研究。從 1948 年至 1952 年期間，艾奇遜開辦在紐約州尼亞加拉大瀑布附近的金剛砂公司為氮化矽的製造和使用註冊了幾項專利。1958 年聯合碳化物公司生產的氮化矽被用於製造熱電偶管、火箭噴嘴和熔化金屬所使用的坩堝。英國對氮化矽的研究工作始於 1953 年，目的是為了製造燃氣渦輪機的高溫零件。由此使得鍵合氮化矽和熱壓氮化矽得到發展。1971 年美國國防部下屬的國防高等研究計劃署與福特和西屋公司簽訂一千七百萬美元的合同研製兩種陶瓷燃氣輪機。

雖然氮化矽的特性早已廣為人知，但在地球自然界中存在的氮化矽（大小約為 2×5µm）還是在二十世紀 90 年代才在隕石中被發現。為紀念質譜研究的先驅阿爾弗雷德・奧托・卡爾・尼爾將自然界中發現的此類氮化矽礦石冠名為「nierite」。不過有證據顯示可能在更早之前就在前蘇聯境內的亞塞拜然發現過這種存在於隕石中的氮化矽礦石。。含有氮化矽礦物的隕石也曾在中國貴州省境內發現過。除存在於地球上的隕石中以外，氮化矽也分布於外太空的宇宙塵埃中。

## 合成方法

可在 1300-1400°C 的條件下用單質矽和氮氣直接進行化合反應得到氮化矽：

　
: 3 Si(s) + 2 N 
2(g) → Si 
3N 
4(s)

也可用二亞胺合成

　
: SiCl 
4(l) + 6 NH 
3(g) → Si(NH) 
2(s) + 4 NH 
4Cl(s)    在 0 °C 的條件下

　
: 3 Si(NH) 
2(s) → Si 
3N 
4(s) + N 
2(g) + 3 H 
2(g)    在 1000 °C 的條件下

或用碳熱還原反應在 1400-1450°C 的氮氣氣氛下合成：

　
: 3 SiO 
2(s) + 6 C(s) + 2 N 
2(g) → Si 
3N 
4(s) + 6 CO(g)

對單質矽的粉末進行滲氮處理的合成方法是在二十世紀 50 年代隨著對氮化矽的重新「發現」而開發出來的。也是第一種用於大量生產氮化矽粉末的方法。但如果使用的矽原料純度低會使得生產出的氮化矽含有雜質矽酸鹽和鐵。用二胺分解法合成的氮化矽是無定形態的，需要進一步在 1400-1500°C 的氮氣下做退火處理才能將之轉化為晶態粉末，目前二胺分解法在重要性方面是僅次於滲氮法的商品化生產氮化矽的方法。碳熱還原反應是製造氮化矽的最簡單途徑也是工業上製造氮化矽粉末最符合成本效益的手段。

電子級的氮化矽薄膜是通過化學氣相沉積或者電漿體增強化學氣相沉積技術製造的:

　
: 3 SiH 
4(g) + 4 NH 
3(g) → Si 
3N 
4(s) + 12 H 
2(g)

　
: 3 SiCl 
4(g) + 4 NH 
3(g) → Si 
3N 
4(s) + 12 HCl(g)

　
: 3 SiCl 
2H 
2(g) + 4 NH 
3(g) → Si 
3N 
4(s) + 6 HCl(g) + 6 H 
2(g)

如果要在半導體基材上沉積氮化矽，有兩種方法可供使用：

1. 利用低壓化學氣相沉積技術在相對較高的溫度下利用垂直或水平管式爐進行。
2. 電漿體增強化學氣相沉積技術在溫度相對較低的真空條件下進行。

氮化矽的晶胞參數與單質矽不同。因此根據沉積方法的不同，生成的氮化矽薄膜會有產生張力或應力。特別是當使用電漿體增強化學氣相沉積技術時，能通過調節沉積參數來減少張力。

先利用溶膠凝膠法製備出二氧化矽，然後同時利用碳熱還原法和氮化對其中包含特細碳粒子的矽膠進行處理後得到氮化矽奈米線。矽膠中的特細碳粒子是由葡萄糖在 1200-1350°C 分解產生的。合成過程中涉及的反應可能是：

　
: SiO 
2(s) + C(s) → SiO(g) + CO(g)

　
: 3 SiO(g) + 2 N 
2(g) + 3 CO(g) → Si 
3N 
4(s) + 3 CO 
2(g)    _或_

　
: 3 SiO(g) + 2 N 
2(g) + 3 C(s) → Si 
3N 
4(s) + 3 CO(g)

## 加工方法

作為粒狀材料的氮化矽是很難加工的 —— 不能把它加熱到它的熔點 1850°C 以上，因為超過這個溫度氮化矽發生分解成矽和氮氣。因此用傳統的熱壓燒結技術是有問題的。把氮化矽粉末粘合起來可通過添加一些其他物質比如燒結助劑或粘合劑誘導氮化矽在較低的溫度下發生一定程度的液相燒結後粘合成塊狀材料。但由於需要添加粘合劑或燒結助劑，所以這種方法會在制出的塊狀材料中引入雜質。使用放電電漿燒結是另一種可以製備更純淨大塊材料的方法，對壓實的粉末在非常短的時間內（幾秒中）進行電流脈衝，用這種方法能在 1500-1700°C 的溫度下得到緊實緻密的氮化矽塊狀物。

## 晶體結構和特性

氮化矽（Si3N4）存在有 3 種結晶結構，分別是 α、β 和 γ 三相。α 和 β 兩相是 Si3N4 最常出現的型式，且可以在常壓下製備。γ 相只有在高壓及高溫下，才能合成得到，它的硬度可達到 35GPa，為包含八面體形六配位矽原子的尖晶石型結構。

## 參考資料
氮化硫

**氮化硫**可以指：

* 聚氮化硫
* 二氮化二硫
* 四氮化四硫
氮化硼

**氮化硼**是一種由相同數量的氮原子（N）和硼原子（B）組成的二元化合物，其實驗式是 **BN**。氮化硼和碳是等電子的，並和碳一樣，氮化硼有多種同質異形體，其中六方氮化硼（α-BN）結構則類似於石墨，是一種十分實用的潤滑劑，立方氮化硼（β-BN）結構類似於鑽石，硬度僅低於金剛石，但耐高溫性優於金剛石。

## 六方氮化硼

六方氮化硼又稱 **h-BN**、**α-BN** 或 **g-BN**（graphitic BN），結構類似於石墨，有時也稱「白石墨」，它是最普遍使用的氮化硼形態。和石墨相似，六方形態是由許多片六邊形組成。這些薄片層與層之間的相關結構（registry）不同，但是從石墨的排列模式中看出，這是由於硼原子在氮原子上面使氮化硼的原子變成橢圓的。如此結構反映出硼 — 氮鏈的極性。

* * * *

氮化硼中較低的共價性質，使它成爲導電性相對於石墨較低的半金屬，電在它六邊形薄片中 pi - 鏈的網絡中流通。六方氮化硼的缺乏顏色，顯示較低的電子離域性，表示其能隙較大。

六方氮化硼在極低和極高（900 °C）的溫度甚至是氧氣下都是一種很好的潤滑劑，它在石墨的導電性和與其它物質的化學反應造成困難時特別有用。由於它的潤滑機理並不涉及到層面之間的水分子，氮化硼潤滑劑還可以在真空下使用，如在太空作業時。

六方氮化硼在空氣中高達 1000 °C、真空中 1400 °C 和在惰性氣體中 2800 °C 都仍然穩定，也是其中一種導熱性最好的絕緣體。它對多數物質都不產生化學反應，也不被許多融化物質所沾濕（如：鋁、銅、鋅、鐵和鋼、鉻、矽、硼、冰晶石、玻璃和含有鹵素的鹽類。）

細粒的 h-BN 被用於一些化妝品、顔料、補牙劑和鉛筆芯。

### 製造

六方氮化硼可由三氯化硼經過氮化或氨解後製作而成。六方氮化硼部件可由加熱加壓和其後的機械加工造出，因爲它的硬度與石墨相當，所以加工成本不高。這些部件都由氮化硼粉末製造，以氧化硼作爲燒結劑。氮化硼薄膜可以由三氯化硼和氮雛形化學氣相沉積後形成。而工業製造是基於兩個化學反應：熔化的硼酸與氨、硼酸或鹼性硼化物與尿素、胍、蜜胺或其他適當的氮氣中的有機氮化合物。製作超細氮化硼潤滑劑和 toner 則需要在氮氣中以 5500°C 高溫燃燒硼粉末。

B2O3 + 2 NH3 → 2 BN + 3 H2O (800 - 1200°C)

B2O3 + 3 C + N2 → 2 BN + 3 CO (1800 - 1900°C)

### 氮化硼纖維

六方氮化硼可以製成纖維的形態，由於和碳纖維結構相似，氮化硼纖維也被稱爲「白碳纖維」。它可以由射出成形的環硼氮烷纖維加上氮中的氧化硼於 1800 °C 下的熱分解製成。這種物質也可經過纖維素纖維浸泡於超過 1000 °C 的氨氣和氮氣中的硼酸或四硼化氨之後產生的熱分解製成。氮化硼纖維也可作為複合材料的補強，基質材料包括有機樹脂、陶瓷與金屬。

### w - 氮化硼

w - 氮化硼是六方氮化硼是發生在高壓環境下的一種超硬狀態。這種六方形態呈纖維鋅礦結構，與石墨的層狀結構不同。

## 立方氮化硼

立方氮化硼也叫 **c-BN**、**β-BN** 或 **z-BN**，結構類似於鑽石，極其堅硬，顯微硬度 HV72000～98000Mpa，硬度僅低於鑽石。和鑽石相似，立方氮化硼是一種絕緣體但卻是一種極佳的導熱體。是被廣泛使用的工業鑽磨工具。

由於它鐵、鎳和其他高溫合金中是不可溶的，所以 CBN 適合加工鐵鎳等黑色金屬，而鑽石會和這些物質發生化學反應而造成刃具迅速磨損。多晶體 c-BN 鑽磨工具多用於機械鋼鐵，同時鑽石鑽磨工具多用於鋁合金、陶器和玻璃。如鑽石一樣，立方氮化硼由於聲子有著高傳熱性。在高溫中與氧接觸，氮化硼會形成一個氧化硼的鈍化層。氮化硼可以和金屬很好地結合，這是因爲硼或氮合金交錯層的形成。

立方體氮化硼晶體材料常被用在切割工具的切割頭。用於磨料時，一般使用合成樹脂、多孔性陶瓷等做粘合劑。商業產品名稱包括「Borazon」（Diamond Innovations）和「Elbor」或「Cubonite」（by Russian vendors）。

燒結的立方氮化硼是一種不導電的散熱片材料，故在微電子學領域中有潛在應用價值。

### 製造

立方氮化硼的製作可由在高溫、高壓下處理六方氮化硼而成，就如從石墨製成人造鑽石相似。使六方氮化硼直接轉爲立方氮化硼需要在 18 百萬帕的壓力和 1730-3230 °C 的溫度下。加入小量的氧化硼可以把所需的壓力降到 4 至 7 百萬帕，溫度降到 1500 °C。

α-BN + 1500-2200°C + 50-90kbar + kat. Li3N → β-BN

在工業裏，人們會使用催化法轉化氮化硼，而不同的催化劑物質會用在不同的生産方法上，例如鋰、鉑或鎂、他們的氮化物，氟氮化物、水再加上氨化合物或肼。其他工業合成法會使用溫差下結起的晶體或者爆炸產生的衝擊波。衝擊波的應用是用來製作出一種稱爲異鑽石的超硬的硼、碳和氮的化合物。

低壓下，可採用立方氮化硼薄膜的沉積技術。在化學氣相沉積中，可使用三氟化硼來選擇性蝕刻沉積的六方氮化硼（與沉積鑽石薄膜類似，使用氫原子來蝕刻石墨）。其他物理氣相沉積方法，如離子束沉積、電漿改善化學氣相沉積、脈衝雷射沉積、反應性噴濺法等亦有所使用。

## 三方氮化硼

三方氮化硼相似於六方氮化硼。它會在立方氮化硼轉化為六方氮化硼的過程中產生。

## 參見

* β- 氮化碳
* 磷化硼
* 低氧化硼
* 氮化鋁
* 寬能隙半導體
* 金屬基複合材料

## 注釋

## 參考資料

## 外部連結

* National Pollutant Inventory: Boron and Compounds
* Fiz Chemie Berlin thermophysical database
* Materials Safety Data Sheet （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） at University of Oxford
氮化碳

**碳的氮化物**是由碳和氮組成的化合物。

## 共價晶體

* β- 氮化碳 - 一種固體，實驗式 β-C3N4，推測比鑽石還要硬。
* 石墨氮化碳 - 實驗式 g-C3N4，有著重要的催化性質。

## 氮代富勒烯

* 氮代富勒烯是一種雜環富勒烯，由氮原子替代部分碳原子而成。 氮代富勒烯的例子有 (C59N)2 (一氮代富勒烯基二聚體), C58N2 (二氮代 [60] 富勒烯), C57N3 (三氮代 [60] 富勒烯) 和 C48N12。

## 氰化富勒烯

* 氰化富勒烯是在富勒烯骨架上接著氰基而成。它們的通式為 C60(CN)2n，n 是 1 到 9 之間的自然數。

## 氰類

* 氰 - C2N2 (NCCN)
* 異氰 - C2N2 (CNCN)
* 二異氰 - C2N2 (CNNC)
* 聚氰 - 一種氰的聚合物，(NCCN)n
* 聚異氰 - 一種氰的聚合物，(CNCN)n

## 碳氰化合物

* 二氰乙炔 - C4N2 [C2(CN)2]，又稱低氮化碳
* 四氰乙烯 - C6N4 [C2(CN)4]
* 四氰甲烷 - C5N4 [C(CN)4]
* 六氰乙烷 - C8N6 [C2(CN)6]
* 六氰環丙烷 - C9N6 [C3(CN)6]
* 六氰丁二烯 - C10N6 [C4(CN)6]

## 二氰多炔

二氰多炔由碳原子鏈組成，該碳原子鏈具有交替的單鍵和三鍵，並被氮原子終止。

* 二氰丁二炔 (二氰雙乙炔)- C6N2
* 二氰己三炔 - C8N2
* C10N2
* C12N2
* C14N2
* C16N2
* C18N2
* C20N2
* C22N2

## 碳的疊氮化物

* 四疊氮甲烷 - CN12

## 全氰雜環化合物

* 五氰吡啶 - C10N6
* 四氰哌嗪 - C8N6
* 三氰三嗪 - C6N6
* 四氰 - 雙三嗪 - C10N10
* 二氰四嗪 - C4N6
* 六氰三咪唑 - C15N12
* 六氰六疊氮三亞苯 - C18N12

## 芳香全氰化合物

* 六氰苯 - C12N6
* 八氰萘 - C18N8
* 十氰蒽 - C24N10

## 其它化合物

* 偶氮二甲腈 - C2N4 [(NCN)2]
* 疊氮化氰 - CN4 [NC.N3]
* 1 - 二疊氮亞氨基 - 5 - 疊氮基四唑 - C2N14
* 三疊氮三嗪 - C3N12 [C3N3(N3)3]
* 三疊氮七嗪 - C6N16 [C6N7(N3)3]
* 二氰亞甲基 - 氰胺 - C4N4 [(CN).N.C(CN)2]
* 二氰二疊氮乙烯 - C4N8 [(N3)2.C.C(CN)2]
* 二氰重氮甲烷 - C3N4 [(CN)2.C.N2]
* 二氰卡賓 - C3N2
* 1,3,5 - 三疊氮 - 2,4,6 - 三氰苯 - C9N12 [C6(CN)3(N3)3]
* 三氰化氮 N (CN)3

## 陰離子

* 氰離子和異氰離子 - CN− 和 NC−
* 雙氰胺 - N (CN)2−
* 氰仿根 - C (CN)3−
* 五氰乙基 - C2(CN)5−
* 五氰丙烯基 - C3(CN)5−
* 2 - 二氰亞甲基 - 1,1,3,3 - 四氰基丙二胺 C10N62− [(C(C(CN)2)32−]
* 三氰甲醯亞胺陰離子 - C3N3(NCN)3]3−
* 瓜酸根 - C6N7(NCN)3]3−
* 氰化富勒烯陰離子 - C60(CN)n− (n 是奇數) 和 C60(CN)n2− (n 是偶數)
* 氰基多炔陰離子 - CnN− (n 是奇數)

## 參見

* 碳氧化物

## 參考資料
氮化鈉

**氮化鈉** （Na3N）是一種非常不穩定的鹼金屬氮化物。氮化鈉是 2002 年由馬克斯 - 普朗克學會的 Dieter Fischer 及 Martin Jansen 所合成。合成時，用鈉及氮的原子束在低溫的藍寶石上沈積出氮化鈉。

氮化鈉在室溫為晶體。在低於室溫時會變成非晶體。在攝氏 75 度以上就會分解為元素鈉及氮氣。

## 參考資料

* CTD Sodium nitride （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

1. 'Elusive Binary Compound Prepared' （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） _Chemical & Engineering News_ **80** No. 20 (20 May 2002)

 

## 參見

* 氮化鋰
氮化鈮

**氮化鈮**是鈮和氮的化合物（氮化物），化學式為 NbN。氮化鈮在低溫下（約 16 K）會變成一個超導體，用於紅外光探測器中。

## 用途

* 氮化鈮主要用作超導體。
  * 由此製造的探測器可以在紅外光譜的 1-10 微米部分中檢測一個光子，對天文學和電信十分重要。它可以檢測高達 25 GHz 的變化。
  * 超導氮化鈮奈米線可以用於強磁場的粒子探測器。
* 氮化鈮也用於吸收增透膜。
* 2015 年，據報道，Panasonic 開發了一個基於氮化鈮的光催化劑，可以吸收 57% 的陽光以加速水的分解作用，所生成的氫氣可以用作電化學燃料電池的燃料。

## 參考文獻
氮化銦

**氮化銦**（InN）是一種小能隙的半導體材料，在太陽能電池及其他高速電子學上有潛在的應用。

依溫度的不同，氮化銦的能階可以到約～0.7 eV（以往認定的值是 1.97 eV）。其有效電子質量已由高磁場的測量所確認
,， m\*=0.055 m0。氮化銦和氮化鎵的合金為三元體系的氮化銦鎵，其直接能階從紅外線（0.69 eV）延伸到紫外線（3.4 eV）。

目前有關氮化銦的研究是發展氮化物基礎半導體的太陽能電池。利用合金氮化銦鎵，可以對應太陽光的頻譜。氮化銦的能階其波長可以長到 1900nm。不過這類太陽電池要商品化，仍有許多困難，利用氮化銦及高含銦的氮化銦鎵製作 p 型半導體就是挑戰之一。氮化銦和其他氮化物（如 氮化鎵及氮化鋁）的異質外延生長也已證實相當困難。

氮化銦的多晶薄膜有高導電性，在氦的溫度下甚至有超導性。其超導轉態溫度為 Tc 依其薄膜結構而定，會低於 4 K。其超導性在強磁場（數個特斯拉）下仍然存在，這和金屬在磁場為 0.03 T 時超導性就會下降的特性不同。其超導的特性是因為金屬銦的鍊狀結構或是奈米簇，其中依照金茲堡－朗道方程，較小的尺寸增高了臨界磁場。

## 相關條目

* 氧化銦

## 參考文獻

　
: * Indium Nitride (InN). Ioffe Physico-Technical Institute. [2008-06-17]. （原始內容存檔於 2011-06-10）.
氮化銦鎵鋁

**氮化鋁銦鎵**的化學式是 InGaAlN，是以氮化鎵為基礎的半導體，常用磊晶成長的方式製成，像是有機金屬化學氣相沉積法（MOCVD）、分子束外延（MBE）、脈衝雷射沉積（PLD）等方式。此材料用在特別的光電應用中，像是藍光雷射 LED 及藍光 LED 等。
氮化鋁

**氮化鋁**(Aluminum Nitride，AlN) 是鋁的氮化物。纖鋅礦狀態的氮化鋁 (w-AlN) 是一種寬帶隙 (Wide-bandgap Semiconductor) 的半導體材料 (6.2 eV)。故也是可應用於深紫外線光電子學的半導體物料。

## 歷史及特性

氮化鋁於 1877 年首次合成。至 1980 年代，因氮化鋁是一種陶瓷絕緣體 (多晶體物料為 70-210 W・m−1‧K−1，而單晶體更可高達 275 W・m−1‧K−1 )，使氮化鋁有較高的傳熱能力，至使氮化鋁被大量應用於微電子學。與氧化鈹不同的是氮化鋁無毒。氮化鋁用金屬處理，能取代礬土及氧化鈹用於大量電子儀器。氮化鋁可通過氧化鋁和碳的還原作用或直接氮化金屬鋁來製備。氮化鋁是一種以共價鍵相連的物質，它有六角晶體結構，與硫化鋅、纖維鋅礦同形。此結構的空間組為 P63mc。要以熱壓及銲接式才可製造出工業級的物料。物質在惰性的高溫環境中非常穩定。在空氣中，溫度高於 700℃時，物質表面會發生氧化作用。在室溫下，物質表面仍能探測到 5-10 奈米厚的氧化物薄膜。直至 1370℃，氧化物薄膜仍可保護物質。但當溫度高於 1370℃時，便會發生大量氧化作用。直至 980℃，氮化鋁在氫氣及二氧化碳中仍相當穩定。礦物酸通過侵襲粒狀物質的界限使它慢慢溶解，而強鹼則通過侵襲粒狀氮化鋁使它溶解。物質在水中會慢慢水解。氮化鋁可以抵抗大部分融解的鹽的侵襲，包括氯化物及冰晶石〔即六氟鋁酸鈉〕。

## 應用

有報告指現今大部分研究都在開發一種以半導體（氮化鎵或合金鋁氮化鎵）為基礎且運行於紫外線的發光二極體，而光的波長為 250 奈米。在 2006 年 5 月有報告指一個無效率的二極體可發出波長為 210 奈米的光波 [1]。以真空紫外線反射率量出單一的氮化鋁晶體上有 6.2eV 的能隙。理論上，能隙允許一些波長為大約 200 奈米的波通過。但在商業上實行時，需克服不少困難。氮化鋁應用於光電工程，包括在光學儲存介面及電子基質作誘電層，在高的導熱性下作晶片載體，以及作軍事用途。

由於氮化鋁壓電效應的特性，氮化鋁晶體的外延性伸展也用於表面聲學波的探測器。而探測器則會放置於矽晶圓上。只有非常少的地方能可靠地製造這些細的薄膜。

## 參見

* 氮化硼
* 磷化鋁
* 氮化銦

## 參考資料

## 外部連結

* 氮化鋁 AIN （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

### 學術

* Ioffe data archive (羅福資料檔案館) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Electronic Structure of AlN (氮化鋁的電子結構) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* MSDS (University of Oxford) 〔物質安全資料表 (牛津大學)〕 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Chemistry : Periodic Table : aluminium : compound data 〔aluminium (III) nitride〕 
化學：週期表：鋁：化合物數據 〔氮化鋁 (Ⅲ)〕 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
氮化鋁銦鎵

**氮化鋁銦鎵**的化學式是 InGaAlN，是以氮化鎵為基礎的半導體，常用磊晶成長的方式製成，像是有機金屬化學氣相沉積法（MOCVD）、分子束外延（MBE）、脈衝雷射沉積（PLD）等方式。此材料用在特別的光電應用中，像是藍光雷射 LED 及藍光 LED 等。
氮化鋰

**氮化鋰**是由氮和鋰組成的化合物，化學式為 Li3N。氮化鋰是鹼金屬氮化物中熱穩定性最高的化合物，也是當中唯一一個可以在室溫下製備的化合物。氮化物熔點很高，常溫下為紫色或紅色的晶狀固體。

## 結構

氮化鋰的晶體構造相當特殊，可分為二層：其中一層為 Li2N−，其中的氮原子為六配位；而另一層只有鋰離子。氮化鋰是一種快離子導體且其電導率比其他無機的鋰鹽都高。目前已有許多研究是針對氮化鋰作為電池固體電極及陰極材枓的應用。

## 製備

氮化鋰的製備可直接將元素氮和鋰直接反應而成，包括將鋰在純氮氣中燃燒，或是讓氮氣和溶解於液態鈉中的鋰反應。後者產生的氮化鋰純度較高。

　
: $\mathrm {6\ Li\ +N_{2}\ \rightarrow 2\ Li_{3}N} $

## 性質

氮化鋰會和水劇烈反應，並產生氨。

　
: Li3N (s) + 3 H2O (l) → 3 LiOH (aq) + NH3 (g)

其他鹼金屬及鹼土金屬的氮化物由於其強鹼性，和水也會有類似的反應。

細粉狀的氮化鋰可在空氣中起火燃燒，因此氮化鋰必須在惰性氣體中儲存和處理。氮化鋰是超強鹼，其鹼性比負氫離子還要強，因此可以將氫去質子化：

　
: Li3N (s) + 2 H2 (g) → LiNH2 (s) + 2 LiH (s)

氮化鋰在氫氣中加熱時可相繼得到氨基鋰（LiNH2）、亞氨基鋰（Li2NH），最終轉化為氫化鋰，並放出氨。

由於上述的反應在攝氏 270 度時可逆，氮化鋰可作為氫氣儲存的媒介，最多可吸收其重量 11.5% 的氫氣。

氮化鋰和二氧化碳反應，生成半導體石墨氮化碳（C3N4）和肥料的前體氰氨化鋰（Li2CN2），並放出熱量。

## 參考資料

* WebElements （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. _Chemistry of the Elements_ 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4.

## 參見

* 氮化鈉
* 疊氮化鋰
氮化鍶

**氮化鍶**是由金屬鍶在空氣（反應後得到的是氮化鍶和氧化鍶的混合物）或氮氣中燃燒生成的。和其他金屬氮化物一樣，它與水反應後得到氫氧化鍶和氨。

## 製備

氮化鍶可由金屬鍶和氮氣直接反應製備，反應在 380℃開始進行，460℃反應速率達到最大：

　
: $\mathrm {3\ Sr+N_{2}\rightarrow Sr_{3}N_{2}} $

## 反應

氮化鍶和水反應放出氨氣：

　
: $\mathrm {Sr_{3}N_{2}+6\ H_{2}O\rightarrow 3\ Sr(OH)_{2}+2\ NH_{3}} $

## 參考資料
氮化鎂

**氮化鎂**（Mg3N2）是由氮和鎂所組成的無機化合物。在室溫下純淨的氮化鎂為黃綠色的粉末，但含有一部分氧化鎂雜質的氮化鎂是灰白色的。氮化鎂和許多金屬氮化物一樣，會和水反應產生氨。

　
: : ${\ce {Mg3N2{}+6H2O{}->3Mg(OH)2{}+2NH3{}\uparrow }}$

要製備氮化鎂，可將鎂帶在氮氣中燃燒而成。

　
: : ${\begin{matrix}{}\\{\ce {{3Mg}+N2->[{\ce {800^{\circ }C}}]Mg3N2}}\\{}\end{matrix}}$

若將鎂帶在空氣中燃燒，除了會產生氧化鎂之外，也會產生一些氮化鎂。

## 用途

氮化鎂可作為合成立方氮化硼的催化劑，在第一次成功合成立方氮化硼時，使用的催化劑就是氮化鎂。

1957 年時，化學家 Robert Wentorf 一直試著要將六方氮化硼變為立方氮化硼，他試過使用加熱、加壓、使用催化劑，也對上述條件作各種的組合，他嘗試了所有理論上可能有關的催化劑（如在合成鑽石時使用的催化劑），不過都沒有效果。

後來在好奇心的驅使下及不顧一切的冒險中（他說當時的目的只是「增加錯誤嘗試的次數」），他利用一樣的壓力及熱處理條件，但將鎂加入六方氮化硼中。然後將鎂放在顯微鏡下觀察，看到鎂上面有微小的深色塊狀物，且此塊狀物可以在已拋光的碳化硼上產生刮痕，當時已知可以在碳化硼上產生刮痕的物質只有鑽石。

由於當時有氨的氣味（是因為氮化鎂和潮濕的空氣反應而產生），Wentorf 推斷鎂和氮化硼反應產生了氮化鎂，而氮化鎂為催化劑，使六方氮化硼變為立方氮化硼。

## 參考資料
氮化鎵

**氮化鎵**（**GaN**、Gallium nitride）是氮和鎵的化合物，是一種 III 族和 V 族的直接能隙（direct bandgap）的半導體，自 1990 年起常用在發光二極體中。此化合物結構類似纖鋅礦，硬度很高。氮化鎵的能隙很寬，為 3.4 電子伏特，可以用在高功率、高速的光電元件中，例如氮化鎵可以用在紫光的雷射二極體，可以在不使用非線性半導體泵浦固體雷射（Diode-pumped solid-state laser）的條件下，產生紫光（405 nm）雷射。

如同其他 III 族元素的氮化物，氮化鎵對游離輻射的敏感性較低，這使得它適合用於人造衛星的太陽能電池陣列。軍事的和空間的應用也可能受益，因為氮化鎵設備在輻射環境中顯示出穩定性。相比砷化鎵（GaAs）電晶體，氮化鎵電晶體可以在高得多的溫度和電壓工作運行，因此它們是理想的微波頻率的功率放大器。

## 應用

### 發光二極體與雷射

基於氮化鎵的紫色雷射二極體被用於讀取藍光光碟。氮化鎵與銦（InGaN）或鋁（AlGaN）的混合，其帶隙取決於銦或鋁與氮化鎵的比例，可以製造出顏色從紅色到紫外線的發光二極體（LED）。

### 電晶體和電源積體電路

氮化鎵電晶體適用於高頻率、高電壓、高溫和高效率的產品。氮化鎵 HEMT 的商業化產品自 2006 年開始在市場上出現，由於其高效率和高電壓操作，在各種無線基礎設施應用中立即得到了應用。第二代具有較短閘極長度的元件將用於需要更高頻率的電信和航空業產品。

基於氮化鎵的 MOSFET 和 MESFET 電晶體也具有高功率低損耗的優勢，特別適合在汽車和電動汽車中應用。自 2008 年起，這兩種電晶體已可以在矽基板上製成。高電壓（800V）蕭特基二極體（SBD）也已經研製成功。

集成的氮化鎵電源積體電路具有更高的效率和高功率密度，可以減少包括移動和筆記本電腦充電器、消費電子、計算設備和電動汽車等產品的尺寸、重量和元件數。基於氮化鎵的電子產品（不是純氮化鎵）有可能大幅削減能源消耗，不僅是在消費電子產品中，甚至也可以用於電力傳輸設施中。

與矽電晶體因電源浪涌而關閉不同，氮化鎵電晶體是典型的空乏模式元件（即當閘極 - 源極電壓為零時開啟 / 阻止）。目前已經有幾種方法可用來達到正常關閉（或 E 模式）的操作，這對於在電力電子中使用很有必要：

* 在閘極下植入氟離子（氟離子的負電荷有利於空乏通道）
* 使用帶有 AlGaN 凹槽的 MIS 型閘極堆疊
* 將一個常開 GaN 電晶體和一個低電壓矽 MOSFET 整合構成的級聯對
* 在 AlGaN/GaN 異質接面採用 p 型層做為頂部

### 雷達

它們也被用於軍事電子設備，如主動電子掃描陣列雷達。

## 相關條目

## 參考資料

## 外部連結

* （英文）Ioffe data archive （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
氮化钇

**氮化釔**是一種無機化合物，化學式為 YN，它在標準狀況下是藍紫色或接近黑色的晶體，和氮化鈦及一氮化鋯有著相似的機械性質。

## 製備

它可以直接由元素化合得到：

　
: ${\mathsf {2Y+N_{2}\ {\xrightarrow {760^{o}C}}\ 2YN}},$

但這種方法會因為原料中含有的微量氧化物而降低產物純度。因此，它通常用氫化釔和氨反應來製備：

　
: $\mathrm {YH_{3}+NH_{3}\longrightarrow YN+3\ H_{2}} .$

## 性質

氮化釔是藍紫色有金屬光澤及金屬導電性的晶體，屬立方晶系，空間群_**F m2m**_，晶胞參數 0.4878 nm。

氮化釔遇水分解；在空氣中加熱也能發生氧化：

　
: ${\mathsf {4YN+3O_{2}\ {\xrightarrow {T}}\ 2Y_{2}O_{3}+2N_{2}}}.$

## 參考文獻
氮化钒

**氮化釩**，化學式為 VN 的化合物。

在氮化鋼鐵以增大耐磨性時會形成氮化釩。 另一相中，也被認為是氮化釩的 V2N，可以在氮化過程中與 VN 伴生。 氮化釩為立方晶系，岩鹽結構，低溫下可形成含 V4 聚集的形式。

氮化釩材料是種強結合的超導體。 粒米級氮化釩晶體據稱有潛力製作成雙電層電容器。

## 參考來源
氮化钕

**氮化釹**是一種無機化合物，化學式為 NdN。

## 製備及性質

氮化釹可由釹屑和氮或氨加熱反應得到。以汞陰極和石墨陽極電解無水氯化釹的甲醇溶液，可以得到釹汞齊，它再和氮氣加熱反應，也能得到氮化釹。其它製法還有氯化釹和氮化鋰的反應，該反應生成的氯化鋰可用四氫呋喃洗去。

　
: NdCl3 + Li3N → NdN + 3 LiCl

它可以在潮濕空氣中水解，放出氨氣。它和五氟苯酚在四氫呋喃中於 60 °C 反應，可以得到 Nd (OC6F5)3(THF)4。

## 參考文獻
氮化钙

**氮化鈣**，是一種由鈣和氮的化合物，化學式為 Ca3N2，外表紅棕色結晶固體。

## 化學性質

氮化鈣遇水會發生水解，生成氫氧化鈣並放出氨。溶於稀酸，在酒精中分解。

## 製成

把金屬鈣在氮氣中加熱至 450℃而製得氮化鈣。

## 用途

氮化鈣主要用作化學試劑。

## 腳註
氮化钛

**氮化鈦**，化學式 **TiN**，是一種合成陶瓷材料，極堅硬，其硬度接近於金剛石。通常用作鈦合金，鋼，硬質合金和鋁結構的塗層以改善表面性質。作為薄塗層，氮化鈦用於硬化、保護切割和滑動表面，也可用於裝飾目的，亦作為一種無毒的外部醫療植入物。在大多數應用中的塗層小於 5 微米。

## 性質

* 維氏硬度：1800~2200
* 彈性模量：251GPa
* 熱導率：19.2 W/(m・°C)
* 熱膨脹係數：9.35×10-6K-1
* 超導轉變溫：5.6 k
* 磁化率：+38×10-6 emu/mol

氮化鈦在室溫下是化學穩定但會被熱濃酸侵蝕，在 800℃常壓下會被氧化。具有紅外線（IR）的反射特性，反射光譜類似於金的光譜，因此呈淡黃色。根據不同的基板材料和基材的表面光潔度，氮化鈦的相對摩擦係數約為 0.4-0.9（無潤滑）。其典型的晶體結構為氯化鈉型（元素相對化學計量約為 1：1），而 TiNx 複合物的熱力學穩定係數 x 為 0.6-1.2。 全球首個超級絕緣材料亦是由冷卻到接近絕對零度的氮化鈦薄膜製成的，其電阻在此條件下會迅速增加為之前的 10 萬倍。

## 應用

氮化鈦塗層廣泛用於金屬邊緣以保持機械模具的耐腐蝕性，如鑽頭和銑刀，常常由提高三個或更多的因素改善其壽命。由於其具有金屬光澤，常用作服裝和汽車裝飾點綴。作為外層塗層，通常以鎳（Ni）或鉻（Cr）為鍍基板，包裝管道和門窗五金。該塗層也用在航空航天和軍事方面，以及保護的自行車和摩托車的懸掛裝置滑動面，甚至遙控玩具車的減震軸。由於該材料無毒的，符合 FDA 規範，因此也常用於醫療器械，如保持手術刀刀片和骨科骨鋸刀邊緣的銳度，或直接作為植入假體和其他醫學植入物。

氮化鈦薄膜可用於微電子領域，作為有源器件和金屬接點之間的導電阻擋層。而將薄膜擴散到金屬矽中，它的電導率（30-70μΩ・cm）足以形成良好的導電連接。這種特殊的「阻擋金屬」還具有陶瓷的化學或機械性能，該工藝大量用於當前的 45 奈米晶片設計中以提高電晶體的性能。在電池領域，通過將氮化鈦與柵介質層（例如，HfSiO）組合，相比於標準的 SiO2，可以提高介電係數，按比例縮小柵長度，低泄漏，較高的驅動電流，相同或更好的閾值電壓。

較高的生物穩定性使得該合金應用領域延伸到了生物電子電極，如視網膜下的假體項目 和生物醫學中的微電子機械系統（生物微機電），使智能植入物或體內生物傳感器能夠承受嚴重的體液腐蝕。

## 合成

最常用的氮化鈦薄膜合成方法是物理氣相沉積法（PVD，通常有濺射沉積，陰極電弧沉積或電子束加熱）和化學氣相沉積法（CVD）。兩種方法都是將純鈦升華，並在高能量真空環境中與氮氣反應。亦可在高溫下，由四氯化鈦 - 氮的混合氣與氨 - 氫的混合氣反應得到氮化鈦，或是將鈦 - 氫 - 氮混合氣加熱到高溫通過石墨，冷卻後沉積在基體材料上形成膜。

## 其他商業變種

在過去的十年中，有幾種常用的氮化鈦 (金黃色) 已經開發的變體，如：碳氮化鈦 (TiCN)(隨著碳含量增加，顏色變化紅棕～紫紅～灰黑～淺灰)，氮化鋁鈦 (TiAlN 或 AlTiN)(紫黑色）和鈦鋁碳氮化物（黑灰色)，可單獨或與氮化鈦交替使用。這些塗層耐腐蝕性和硬度相近或更優。根據具體應用，顏色從淺灰色到近黑色，或者是暗的虹彩藍紫色。這些塗料常見於體育用品，特別是刀和手槍。

## 相關條目

* 鍍膜

## 參考資料
氮化钪

**氮化鈧**是一種無機化合物，化學式為 ScN，由 Sc3+ 和 N3−構成。它可以由銦 - 鈧熔體溶解氮氣來製備，並在鎢箔上通過升華和凝華來生長單晶。氮化鈧也是二氧化矽（SiO2）或二氧化鉿（HfO2）底物上半導體的有效柵極。

## 參考文獻
氮化钾

**氮化鉀**是一種不穩定的無機化合物，化學式 K3N。19 世紀時有人聲稱合成了氮化鉀，但到了 1894 年時人們認為它不存在。

氮化鉀於 2004 年被合成。在 233 K（−40 °C；−40 °F）以下時，它是反 TiI 
3 結構的，不過 Li 
3P 結構應該會更穩定。超過這個溫度時，氮化鉀會變成正交晶系。氮化鉀可以由金屬鉀和液氮在 77 K（−196.2 °C；−321.1 °F）的真空下反應而成：

　
: 6K + N2 → 2K3N

在室溫下，氮化鉀會分解成氮氣和鉀。

## 參考資料
氮化铀

**氮鈾化物**，是核燃料循環中重要的燃料。典型的氮鈾化物由一氮化鈾 (UN)、三氮化二鈾 (U2N3) 及二氮化鈾 (UN2) 組成。

## 一氮化鈾

### 簡介

一氮化鈾（UN），黃褐色或灰色晶體，立方晶系氯化鈉型結構。相對密度 14.31。熔點 2630±50 °C。鈾和氮加熱至 400 °C 時產生的是一氮化鈾、三氮化二鈾和二氮化鈾的混合物。基於其具有高熔點、密度和熱導率等﹐用作核燃料。

### 製取

把鈾放在氫氣中，生成三氫化鈾，最適溫度為 225°C 
 ${\ce {4U + 6H2 -> 4UH3}}$ 
  
再將氫化物置於氮氣中，生成三氮化二鈾。注意，此反應為放出大量熱。 
 ${\ce {4 UH3 + 3 N2 -> 2 U2N3 + 6H2}}$ 
  
最後，三氮化二鈾可在 900°C 或以上的真空環境或 1200°C 或以上的惰性氣體環境被脫氮還原，生成一氮化鈾 
 ${\ce {2 U2N3 -> 4UN + N2}}$

## 三氮化二鈾

## 參考文獻
氮化铍

**氮化鈹**，化學式 Be3N2，是鈹的氮化物。它會水解成氫氧化鈹和氨。

## 製備

鈹和氨在 1100 °C 下反應：

　
: $\mathrm {3\ Be+2\ NH_{3}\longrightarrow \ Be_{3}N_{2}+3\ H_{2}} $

鈹和氮在 1100 °C 至 1500 °C 下直接反應：

　
: $\mathrm {3\ Be+N_{2}\longrightarrow Be_{3}N_{2}} $

鈹在空氣中燃燒會產生氮化鈹和氧化鈹。

## 用處

氮化鈹可用於耐火陶瓷和核反應爐。它也用來製備碳 - 14，可用於放射性示蹤劑和核醫學放射性藥物。

## 性質

氮化鈹是一種淺灰色固體，在水、酸和鹼中分解，並放出氨氣。

　
: $\mathrm {Be_{3}N_{2}+6\ HCl\longrightarrow 3\ BeCl_{2}+2\ NH_{3}} $

　
: $\mathrm {Be_{3}N_{2}+6\ NaOH\longrightarrow 3\ Na_{2}BeO_{2}+2\ NH_{3}} $

　
: $\mathrm {Be_{3}N_{2}+6\ H_{2}O\longrightarrow 3\ Be(OH)_{2}+2\ NH_{3}} $

它和氮化矽在 1800–1900 °C 的氨氣下反應，形成 BeSiN2。

氮化鈹在 600 °C 的空氣中被氧化。在真空下，氮化鈹於 2000 °C 以上升華。氮化鈹有兩種結構，其中 α-Be3N2 是反螢石結構的，空間群 Ia3 (No. 106)，晶格參數 a = 814.518 pm；而 β-Be3N2 則是六方晶系的，空間群 P63/mmc (No. 194)。 低溫相態 α- 氮化鈹會在 1450 °C 以上變成 β- 氮化鈹。

## 參考資料
氮化铪锶

**氮化鉿鍶**是一種無機化合物，化學式為 SrHfN2。它可由 Sr2N 和 HfN 的固相反應得到。它是六方晶系晶體，空間群 R3m，晶胞參數 a=3.345，c=17.678，與 α-NaFeO2 同構，具有反磁性。它的間接能隙為 1.139 eV，最小晶格熱導率為 0.984 W・m−1·K−1。

## 參見

* 氮化鉿鋇
* 氮化鈦鍶
* 氮化鋯鍶

## 參考文獻
氮化铬

**氮化鉻**是一種無機化合物，由鉻和氮組成，化學式 CrN。它非常硬，抗腐蝕性也很強。它是一種間隙化合物，其中的氮原子填充於鉻原子組成的八面體縫隙中。因此，它不是嚴格意義上的鉻 (III) 化合物，也不含氮離子 (N3−)。鉻還有另一種間隙氮化物 —— 一氮化二鉻 Cr2N。

## 製備

氮化鉻可以由在 800 °C 下氮氣和鉻直接反應而成：

　
: $\mathrm {2\ Cr+N_{2}\longrightarrow 2\ CrN} $

它也可以由氯化鉻和氨反應而成：

　
: $\mathrm {CrCl_{3}+4\ NH_{3}\longrightarrow CrN+3\ NH_{4}Cl} $

## 應用

CrN 可用作塗層材料以提高耐腐蝕性，並用於金屬和塑料的成型應用。 CrN 也常用於醫療植入物和工具。 CrN 還是多組分塗層系統（如 CrAlN）中的重要組分，可使切削刀具變得堅硬、耐磨。

## 天然存在

氮化鉻以罕見的 carlsbergite 的形式，存在於一些隕石中。

## 參考資料
氮化银

**氮化銀**是一種具有爆炸性的化合物。常溫下，氮化銀是一種黑色，具有金屬外觀的固體。銀氨溶液放置一段時間後，會形成胺基銀或者亞胺基銀，隨後就會立即分解生成 Ag3N。氮化銀很容易爆炸，生成氮氣和銀。

## 歷史

起初，大部分含銀的易爆炸化合物都被統稱為雷酸銀，其中包括了雷酸銀和疊氮化銀，但這些物質都不能通過銀氨溶液來得到。

## 性質

氮化銀幾乎不溶於水，但會在有無機酸存在的條件下分解，在濃酸中甚至會發生爆炸。在室溫下，暴露在空氣中的氮化銀會緩慢分解，若被加熱至 165℃，則會發生爆炸。

## 危險性

氮化銀一般是在實驗室中進行一些涉及氨和銀的化合物的實驗中無意產生的，並會導致爆炸。氧化銀甚至可以和氨氣直接反應生成 Ag3N。乾燥的氮化銀更加危險，即便是輕微的觸碰，也能引發爆炸，比如一滴滴落的水珠。潮濕的氮化銀也容易爆炸。

## 相關條目

* 疊氮化銀

## 參考資料
氮化锂

**氮化鋰**是由氮和鋰組成的化合物，化學式為 Li3N。氮化鋰是鹼金屬氮化物中熱穩定性最高的化合物，也是當中唯一一個可以在室溫下製備的化合物。氮化物熔點很高，常溫下為紫色或紅色的晶狀固體。

## 結構

氮化鋰的晶體構造相當特殊，可分為二層：其中一層為 Li2N−，其中的氮原子為六配位；而另一層只有鋰離子。氮化鋰是一種快離子導體且其電導率比其他無機的鋰鹽都高。目前已有許多研究是針對氮化鋰作為電池固體電極及陰極材枓的應用。

## 製備

氮化鋰的製備可直接將元素氮和鋰直接反應而成，包括將鋰在純氮氣中燃燒，或是讓氮氣和溶解於液態鈉中的鋰反應。後者產生的氮化鋰純度較高。

　
: $\mathrm {6\ Li\ +N_{2}\ \rightarrow 2\ Li_{3}N} $

## 性質

氮化鋰會和水劇烈反應，並產生氨。

　
: Li3N (s) + 3 H2O (l) → 3 LiOH (aq) + NH3 (g)

其他鹼金屬及鹼土金屬的氮化物由於其強鹼性，和水也會有類似的反應。

細粉狀的氮化鋰可在空氣中起火燃燒，因此氮化鋰必須在惰性氣體中儲存和處理。氮化鋰是超強鹼，其鹼性比負氫離子還要強，因此可以將氫去質子化：

　
: Li3N (s) + 2 H2 (g) → LiNH2 (s) + 2 LiH (s)

氮化鋰在氫氣中加熱時可相繼得到氨基鋰（LiNH2）、亞氨基鋰（Li2NH），最終轉化為氫化鋰，並放出氨。

由於上述的反應在攝氏 270 度時可逆，氮化鋰可作為氫氣儲存的媒介，最多可吸收其重量 11.5% 的氫氣。

氮化鋰和二氧化碳反應，生成半導體石墨氮化碳（C3N4）和肥料的前體氰氨化鋰（Li2CN2），並放出熱量。

## 參考資料

* WebElements （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. _Chemistry of the Elements_ 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4.

## 參見

* 氮化鈉
* 疊氮化鋰
氮化锆

**氮化鋯**是鋯的氮化物，可以指：

* 一氮化鋯 ZrN
* 四氮化三鋯 Zr3N4
* 一氮化二鋯 Zr2N
氮化锌

**氮化鋅**是一種無機化合物，化學式為 Zn3N2。純的氮化鋅的結構屬於立方晶系。

## 製備

氮化鋅可以通過氨基鋅的在無氧環境中的熱分解（200℃）得到，此反應的副產品是氨氣。

> 3Zn(NH2)2 → Zn3N2 + 4NH3
> 
> 

氮化鋅也可以在 600℃用鋅粉和氨反應得到，反應會產生氫氣：

> 3Zn + 2NH3 → Zn3N2 + 3H2
> 
> 

但在實際反應中，會有鋅揮發而損失掉。

## 化學性質

氮化鋅和水劇烈反應，生成氨和氧化鋅：

> Zn3N2 + 3H2O → 3ZnO + 2NH3
> 
> 

有資料則說「氮化鋅可以緩慢水解，生成氫氧化鋅和氨。」

氮化鋅可溶於鹽酸。 也可以可逆地和金屬鋰發生電化學反應。

氮化鋅在空氣中加熱即被氧化。和氫在 400℃以上反應，得到鋅和氨。另外，它和氮化鎂 (Mg3N2) 與氮化鋰 (Li3N) 相似，它的熔點很高。

## 用途

氮化鋅薄膜可作光學材料。

## 參考資料

## 擴展閱讀

* Futsuhara, M.; Yoshioka, K.; Takai, O. Structural, electrical and optical properties of zinc nitride thin films prepared by reactive RF magnetron sputtering. Thin Solid Films (Elsevier). 1998, **322** (1): 274–281. Bibcode:1998TSF...322..274F. doi:10.1016/S0040-6090(97)00910-3.
* Lyutaya, M. D.; Bakuta, S. A. Synthesis of the nitrides of Group II elements. Powder Metallurgy and Metal Ceramics (Springer). 1980, **19** (2): 118–122. doi:10.1007/BF00792038.

## 額外連結

* Material Safety Data Sheet from GFS Chemicals
氮化锗

**氮化鍺**是一種無機化合物，化學式 Ge3N4。它可以由新制的金屬鍺粉末與氨氣在 700°C 以下反應製得：

　
: 3Ge + 4NH3 → Ge3N4 + 6H2

## 參考資料
氮化镁

**氮化鎂**（Mg3N2）是由氮和鎂所組成的無機化合物。在室溫下純淨的氮化鎂為黃綠色的粉末，但含有一部分氧化鎂雜質的氮化鎂是灰白色的。氮化鎂和許多金屬氮化物一樣，會和水反應產生氨。

　
: : ${\ce {Mg3N2{}+6H2O{}->3Mg(OH)2{}+2NH3{}\uparrow }}$

要製備氮化鎂，可將鎂帶在氮氣中燃燒而成。

　
: : ${\begin{matrix}{}\\{\ce {{3Mg}+N2->[{\ce {800^{\circ }C}}]Mg3N2}}\\{}\end{matrix}}$

若將鎂帶在空氣中燃燒，除了會產生氧化鎂之外，也會產生一些氮化鎂。

## 用途

氮化鎂可作為合成立方氮化硼的催化劑，在第一次成功合成立方氮化硼時，使用的催化劑就是氮化鎂。

1957 年時，化學家 Robert Wentorf 一直試著要將六方氮化硼變為立方氮化硼，他試過使用加熱、加壓、使用催化劑，也對上述條件作各種的組合，他嘗試了所有理論上可能有關的催化劑（如在合成鑽石時使用的催化劑），不過都沒有效果。

後來在好奇心的驅使下及不顧一切的冒險中（他說當時的目的只是「增加錯誤嘗試的次數」），他利用一樣的壓力及熱處理條件，但將鎂加入六方氮化硼中。然後將鎂放在顯微鏡下觀察，看到鎂上面有微小的深色塊狀物，且此塊狀物可以在已拋光的碳化硼上產生刮痕，當時已知可以在碳化硼上產生刮痕的物質只有鑽石。

由於當時有氨的氣味（是因為氮化鎂和潮濕的空氣反應而產生），Wentorf 推斷鎂和氮化硼反應產生了氮化鎂，而氮化鎂為催化劑，使六方氮化硼變為立方氮化硼。

## 參考資料
氮化镉

**氮化鎘**是鎘的氮化物，化學式 Cd3N2。

## 製備

氮化鎘可以由胺基鎘在 180 °C 下熱分解而成。

　
: $\mathrm {3\ Cd(NH_{2})_{2}\longrightarrow Cd_{3}N_{2}+4\ NH_{3}} $

它也可以由疊氮化鎘在 210 °C 下熱分解而成。

## 性質

氮化鎘是與水和空氣接觸就會分解的黑色固體。它和稀酸或稀鹼反應會爆炸。它是反三氧化二錳結構的晶體，晶格參數 a = 1079 pm。

## 參考資料
氮十四

**氮 - 14**（英語：Nitrogen-14）是氮的同位素之一，為穩定同位素，原子核包含了七個質子和七的中子，是最常見的同位素，豐度有 99.636%，在高空中，氮 - 14 被宇宙射線轟擊，並產生有放射性的碳 - 14。一般來說，氮 - 14 在宇宙中是被恆星合成的，在碳氮氧循環中扮演重要的角色。

## 參見

* 氮 - 13
* 氮 - 15
* 氮 - 16
* 碳 - 14
* 碳氮氧循環
氮单胞菌属

**氮單胞菌屬**（學名：_Azomonas_）為假單胞菌目假單胞菌科的一屬好氧或兼性厭氧發酵型革蘭氏陰性桿菌。此屬的模式種為敏捷氮單胞菌 (_Azomonas agilis_)。

## 下屬物種

* 敏捷氮單胞菌 _Azomonas agilis_ (Beijerinck 1901) Winogradsky 1938
* 標記氮單胞菌 _Azomonas insignis_ (Derx 1951) Jensen 1955
* 巨胞氮單胞菌 _Azomonas macrocytogenes_ (Jensen 1955) New and Tchan 1982

## 參考文獻

* LPSN - List of Prokaryotic names with Standing in Nomenclature
氮同位素

**氮**（原子量：14.0067 (2)）共有 17 個已知同位素，質量數介於 10-25 之間，其中有 2 個是穩定的，其他都具有放射性。天然存在的氮同位素有 2 個，分別是 14N 和 15N，皆為穩定同位素，其中以 14N 占天然氮的絕大部分，豐度為 99.6%。其他放射性同位素都不出現在自然界中，只有在實驗室製造出來過。

## 圖表

**備註：**畫上 #號的數據代表沒有經過實驗的証明，只是理論推測而已，而用括號括起來的代表數據不確定性。

## 氮 - 13

氮 - 13 是氮的人造放射性同位素之一，半衰期很短，具有高度放射性。氮 - 13 和氧 - 15 可以由伽馬射線 (例如從閃電產生) 將氮 - 14 和氧 - 16 的一個中子轟出去而形成：

　
: 14N + γ → 13N + n

　
: 16O + γ → 15O + n

氮 - 13 會衰變成碳 - 13，並發射一個正電子，半衰期 10 分鐘。這個正電子很快就和一個電子湮滅，放出兩個 511 keV 的光子。在一個閃電過後，這些伽馬射線照理來說可以持續 10 分鐘， 不過這些低能量伽馬射線只能傳播 90 米，所以只能探測到 1 分鐘。13N 和 15O 組成的 "雲" 會被風吹而漂浮。

## 氮 - 14

氮 - 14 是氮的穩定同位素之一，占了天然氮的 99.636%，是最普遍的氮同位素。

氮 - 14 是非常少見的質子和中子數都是奇數的穩定核素（都是七個），而且是唯一一個成為該元素最豐富同位素的奇 - 奇核素。每個質子和中子都貢獻了自旋 ±1/2，形成了自旋為 1 的氮 - 14 核。

和所有原子序數超過 3（鋰）的元素一樣，氮 - 14 和氮 - 15 在宇宙中的來源是恆星核合成，是碳氮氧循環中的一個必經核素。

氮 - 14 是天然存在的放射性同位素碳 - 14 的來源。在高層大氣中，一些宇宙射線造成涉及氮 - 14 的核反應，形成碳 - 14，會衰變成氮 - 14，半衰期 5730±40 年。

## 氮 - 15

氮 - 15 是氮的穩定同位素之一，在自然界中較為稀有，僅占天然氮的 0.364%。兩種形成氮 - 15 的來源分別是氧 - 15 的正電子發射和碳 - 15 的貝塔衰變。氮 - 15 是所有同位素中中子俘獲截面最低的核素之一。

氮 - 15 頻繁在 NMR 里被使用（氮 - 15 核磁共振波譜法）。不像更常見的氮 - 14，具有整數自旋，因此具有四極矩，15N 的自旋不是整數（3/2）。這為 NMR 提供了優勢，例如更窄的線寬。

氮 - 15 追蹤是研究氮循環的一個方法。

 

## 註釋

## 參考文獻

* Isotope masses from Ame2003 Atomic Mass Evaluation by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in _Nuclear Physics_ A729 (2003).
* Isotopic compositions and standard atomic masses from Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）. _Pure Appl. Chem._ Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and Atomic Weights Revised (2005) （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）.
* Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
  * Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
  * National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the NuDat 2.1 database （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館） (retrieved Sept. 2005).
  * David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in _CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition_, online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
氮宾

**氮烯**（Nitrene）也譯**乃春**、**氮賓**，是卡賓（碳烯）的氮類似物，通式 R-N:。為活性中間體，參與多種化學反應。其中氮周圍有 6 個電子，具親電性。

## 電子組態

在最簡單的亞氨基氮烯（:N-H）中，氮周圍的 6 個電子，其中 2 個與氫形成共價鍵，2 個形成自由電子對，剩餘 2 個占據兩個簡併的 p 軌道。根據洪德規則，該物種基態為三線態，其中每個軌道中含一個電子。高能態則為單線態，電子對填滿一個軌道，留下一個空軌道。

氮烯與卡賓類似，計算得到的其氮原子的自旋密度與從電子自旋共振得到的零場分裂參數（D）間有較強的關係。體積小的氮烯如 NH 或 CF3N 的 D 值在 1.8 cm−1 左右，自旋密度則接近最大值 2。另一方面，9 - 蒽基和 9 - 菲基氮烯的 D 值只有不到 0.4，自旋密度則為 1.2-1.4。

## 合成

氮烯為活性物種，很少分離出來。它可通過以下反應製得：

* 疊氮化物熱解或光解，放出氮氣生成氮烯。類似於從重氮化合物製取卡賓的過程。
* 異氰酸酯放出一氧化碳生成氮烯。類似於從烯酮製取卡賓的過程。

## 反應

氮烯發生的典型反應有：

* C-H 鍵插入（乃春插入）：氮烯可插入到 C-H 鍵中，形成胺或醯胺。單線態氮烯反應後構型得到保持。

例：乙酸鈀 (II) 與 2 - 苯基吡啶反應生成的中間體，其 Pd-N 鍵緊接著被氮烯（由氨基甲酸甲酯被過硫酸鉀氧化得到）插入，最終產物是 _N_-(2 - 吡啶基苯基) 氨基甲酸甲酯。

 

　
:

 

如下利用肟、乙酸酐構建異吲哚環系的過程可能也涉及氮烯中間體。

 

　
:

 

* 環加成：氮烯與烯烴反應生成氮丙環衍生物。反應一般是以類氮烯（如對甲基苯磺醯亞胺碘苯 (PhI=NTs) 或對硝基苯磺醯亞胺碘苯 (PhI=NNs)）作為前體，但是烯烴在基於過渡金屬（如銅、鈀、金）的催化劑作用下直接與磺醯胺進行加成的例子也是已知的。

 

　
:

 

類氮烯 PhI=NNs 可通過如下反應製取：

 

　
:

 

接下來發生氮烯轉移：

 

　
:

 

氮烯與金屬氮烯與烯烴發生直接的氮丙環化反應，不含金屬的類氮烯則通常與烯烴按照加成 - 消除機理進行反應。只有單線態氮烯可與 1,2 - 二取代烯烴進行立體專一性的加成；三線態氮烯的反應無立體選擇性。

* 芳基氮烯的擴環與縮環：擴環產生含累積雙鍵的 7 元環，縮環生成氰基取代的 5 元環，等等。

例：20K 下固氬基質中的疊氮化物（2），經光解放出氮氣生成三線態氮烯（4，通過電子自旋共振與紫外 - 可見光譜確定）。4 與擴環產物 6 形成平衡。

 

　
:

 

該氮烯最終經雙自由基中間體（7）轉變為縮環產物腈（5）。利用瞬間真空熱解技術在 500-600°C 處理該疊氮化物，同樣以 65% 產率得到腈（5）。

## 參考資料
氮循环

**氮循環**（英語：**nitrogen cycle**）是描述自然界中氮單質和含氮化合物之間相互轉換過程的生態系統的物質循環。

## 基本概念

空氣中含有大約 78% 的氮氣，占有絕大部分的氮元素。氮是許多生物過程的基本元素；它存在於所有組成蛋白質的胺基酸中，是構成諸如 DNA 等的核酸的四種基本元素之一。在植物中，大量的氮素被用於製造可進行光合作用供植物生長的葉綠素分子。

加工，或者固定，是將氣態的游離態氮轉變為可被有機體吸收的化合態氮的必經過程。一部分氮素由閃電所固定，同時絕大部分的氮素被非共生或共生的固氮細菌所固定。這些細菌擁有可促進氮氣氫化成為氨的固氮酶，生成的氨再被這種細菌通過一系列的轉化以形成自身組織的一部分。某一些固氮細菌，例如根瘤菌，寄生在豆科植物（例如豌豆或蠶豆）的根瘤中。這些細菌和植物建立了一種互利共生的關係，為植物生產氨以換取糖類。因此可通過栽種豆科植物使氮素貧瘠的土地變得肥沃。還有一些其它的植物可供建立這種共生關係。

其它植物利用根系從土壤中吸收硝酸根離子或銨離子以獲取氮素。動物體內的所有氮素則均由在食物鏈中進食植物所獲得。

## 氨

氨來源於腐生生物對死亡動植物器官的分解，被用作製造銨根離子（NH4+）。在富含氧氣的土壤中，這些離子將會首先被亞硝化細菌轉化為亞硝酸根離子（NO2−），然後被硝化細菌轉化為硝酸根離子（NO3−）。銨的兩步轉化過程被叫做硝化作用。

氨對於魚類來說有劇毒，因此必須對廢水處理廠排放到水中的氨的濃度進行嚴密的監控。為避免魚類死亡的損失，應在排放前對水中的銨進行硝化處理，在陸地上為硝化細菌通風提供氧氣進行硝化作用成為一個充滿吸引力的解決辦法。

## 硝酸鹽危害

氨離子很容易被固定在土壤中（尤其是腐殖質和粘土）。而硝酸根離子和亞硝酸根離子則因它們自身的負電性而更不容易被固定在正離子的交換點（主要是腐殖質）多於負離子的土壤中。在強降雨後或過量灌溉後，硝酸根和亞硝酸根移動到地下水的情況經常會發生。地下水中，硝酸鹽含量的提高關係到飲用水的安全，因為水中過量的硝酸根離子會影響嬰幼兒血液中的氧濃度並導致正鐵血紅蛋白血症或藍嬰症候群。如果，過量硝酸鹽通過徑流或地下水進入地表水，會導致水體的優養化，使得藍藻菌和其它藻類大量繁殖，導致水生生物因缺氧而大量死亡。雖然不像銨一樣對魚類有毒，硝酸鹽可通過富營養作用間接影響魚類的生存。氮素已經導致了一些水體的富營養化問題。從 2006 年起，在英國和美國使用氮肥將受到更嚴厲的限制，磷肥的使用也將受到了同樣的限制。這些措施被普遍認為是為了治理恢復被富營養化的水體而採取的。

在無氧或低氧條件下，厭氧細菌的「反硝化作用」將會發生。最終將硝酸中氮的成分還原成氮氣歸還到大氣中去。

## 氮氣 (N2) 的轉化

有三種將游離態的 N2（大氣中的氮氣）轉化為化合態氮的方法：

1. **生物固定** – 一些共生細菌（主要與豆科植物共生）和一些非共生細菌能進行固氮作用並以有機氮的形式吸收。
2. **工業固氮** – 在哈伯 - 博施法中，N2 與氫氣被化合生成氨（NH3）肥。
3. **化石燃料燃燒** – 主要由交通工具的引擎和熱電站以 NOx 的形式產生。

另外，閃電亦可使 N2 和 O2 化合形成 NO2，是大氣化學的一個重要過程，但對陸地和水域的氮含量影響不大。

由於豆科植物（特別是大豆、紫苜蓿和苜蓿）的廣泛栽種以及使用哈伯 - 博施法生產化學肥料和交通工具和熱電站釋放的含氮污染成分，人類使得每年進入生物利用形態的氮素提高了不止一倍。這所導致的優養化作用已經對濕地生態系統產生了破壞。

## 參見

* 固氮作用
* 硝化作用

## 參考資料
氮族

**氮族元素**是指元素週期表上第 15 族（**ⅤA 族**）的元素，位於碳族元素和氧族元素之間。氮族元素包含氮（N）、磷（P）、砷（As）、銻（Sb）、鉍（Bi）、鏌（Mc），其中氮和磷為典型的非金屬元素，砷和銻為類金屬，鉍和鏌則為貧金屬。此外鏌為人造元素，具極高的放射性。在標準狀況下，除氮單質為氣體外，其他元素的單質均為固體。它們也可以被稱為 **pnictogen** （來自古希臘語 πνίγειν(pnígein) _，意指窒息、扼殺，+ -ct- + -o- +_ -gens_，意指素）_ 

本族元素在化合物中可以呈現 - 3、+3、+5 等多種化合價，它們的原子最外層都有 5 個電子，離子的最高正價都是 + 5 價。

## 物理性質

## 化學性質

氮族元素的氣態氫化物化學式可用 RH3 表示，例如氨（NH3）、膦（PH3）、胂（AsH3）等。最高氧化物的化學式可用 R2O5 表示，其對應水化物為酸且酸性變化的趨勢為 HNO3＞H3PO4＞H3AsO4。

### 氮族元素常見的化學反應方程式

N2+O2 = 2NO（大氣放電）

2NO+O2 = 2NO2

3NO2+H2O = 2HNO3+NO（大氣固氮）

N2+3H2=2NH3（高溫高壓、催化劑）

NH4Cl = NH3↑+HCl↑

NH3+HCl = NH4Cl 

4NH3+5O2 = 4NO+6H2O（加熱、催化劑）

2NO+O2 = 2NO2

3NO2+H2O = 2HNO3+NO↑（製硝酸）

4HNO3 = 2H2O + 4NO2↑+O2↑

Cu+4HNO3（濃） = Cu (NO3)2+2NO2↑+2H2O （其濃溶液與金屬反應以鎂、銅為分界線）

## 參考文獻

## 參見

* 氮族元素的氫化物
氮族元素的氫化物

**氮族元素的氫化物**，又稱**磷屬化氫**（英語：hydrogen pnictides）是由氫原子與氮族元素原子（氮、磷、砷、銻、鉍或鏌）構成的化合物，是一種氫二元化合物。

## 氮族元素的三氫化物

最簡單的氮族元素氫化物由三個氫原子與一個氮族元素原子化合而成，其化學式通常計為 XH3，少數情況下會計做 H3X，其中 X 表示任何一種氮族元素。這些分子的結構都是三角錐形分子構型（有別於硼族元素的三氫化物的平面三角形分子構型）且皆具有極性。

這些三氫化物最穩定的是氨，而位於週期表越下方的越不穩定，且具有毒性。

氮族元素的三氫化物的性質如下：

### 氮族元素四氫化物離子

氮族元素三氫化物還可以再被質子化成化學式形如 XH4+ 的鎓離子，且為四面體形分子：

## -2 價氮族元素的氫化物

另一種常見的氮族元素氫化物為 2 個氮族元素原子和四個氫原子化合而成，常見的比如由氮構成的聯氨，或稱肼。

## 參見

* 硼族元素的氫化物
* 碳族元素的氫化物
* 氧族元素的氫化物
* 鹵化氫
* 氫化物

## 參考文獻
氮杂-Diels-Alder反应

**氮雜雙烯狄爾斯–阿爾德反應**（英語：azadiene Diels–Alder reaction 或 aza-Diels–Alder reaction）是利用亞胺與雙烯合成四氫吡啶類物質的環加成反應。這種有機化學反應是狄爾斯–阿爾德反應的變種，氮原子取代了原反應中雙烯或雙烯親和物中亞甲基或次甲基。此反應反應物中的亞胺往往是由胺和甲醛在原位（_in situ_）產生的，比如環戊二烯與苯甲胺生成氮雜降冰片烯的反應，反應過程如下圖所示：

在苯胺類物質的對映選擇性氮雜雙烯狄爾斯–阿爾德反應中，即使雙烯被修飾掩蔽，在甲醛水溶液里 (S)- 脯氨酸（或其衍生物）的催化下也能與 α,β- 不飽和環酮及芳胺發生反應。

如右圖所示，(S)- 脯氨酸催化對映選擇性氮雜雙烯狄爾斯–阿爾德反應的催化循環從芳香胺與甲醛產生亞胺開始。在反應的第一步中，酮與脯氨酸脫水縮合產生的氮雜雙烯和生成的亞胺結合。反應的第二步是內型 - 平面型體系環化反應（endo-trig cyclisation），因為亞胺中的氮原子與脯氨酸殘基中羧基 si - 面（si-face）上的氫原子間形成了氫鍵，所以只會產生兩種可能的對映異構體之一（99% ee）。反應進入第三步後，第二步產生的有機化合物發生水解，得到產物與脯氨酸，脯氨酸作為催化劑再次進入循環。

有研究發現大量發生在各種亞胺與丹尼謝夫斯基雙烯（Danishefsky's diene）間的的氮雜雙烯狄爾斯–阿爾德反應能由咪唑鹽催化，並擁有較高產率。其反應過程如下圖所示：

## 參見

* 氧雜雙烯狄爾斯–阿爾德反應

## 參考文獻
氮杂䓬

**氮雜環庚三烯**，又稱**氮雜䓬**，是一種不飽和七元雜環化合物，其中有氮原子取代一個碳原子。它在室溫時不穩定，會重排為 3_H_- 氮雜環庚三烯。

## 參見

* 氮雜環庚烷
* 苯並氮雜環庚三烯
* 二氮雜環庚三烯
* 噁庚因
* 1H - 硼雜環庚三烯

## 參考文獻
氮杂环丁烷

吖丁啶（**Azetidine**）是一種環狀化合物，由一個氮原子雜環丁烷組成，化學式 C3H7N。

## 合成

吖丁啶可通過 1,3 - 丙二胺在鹽酸中加熱生成。

　
: $\mathrm {NH_{2}(CH_{2})_{3}NH_{2}\ {\xrightarrow {HCl}}\ C_{3}H_{7}N+\ NH_{3}} $

## 性質

吖丁啶可被親核試劑進攻而開環，此反應可用於長鏈胺的合成。例如吖丁啶在鈀催化下與乙二胺反應：

## 外部連結

* Pubchem（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
* ChemSynthesis（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）

## 參考資料
氮杂环丁酮

**2 - 氮雜環丁酮**（英語：**2-Azetidinone**）是最簡單的 β- 內醯胺，分子式為 C3H5NO。它組成了所有 β- 內醯胺類抗生素的核心結構。
氮杂环丙烷

**氮丙環**，也稱**環乙亞胺、氮雜環丙烷、吖丙啶、環乙胺、氮丙啶、乙烯亞胺**，是氮原子取代環丙烷的一個碳原子形成的雜環化合物，分子式為 C2H5N。氮丙環在室溫下是無色易流動的液體，有強烈的氨味，有毒。它用作有機合成的中間體，也是很多合成藥物的前體。

氮丙環在國際癌症研究機構 (IARC) 的分類中屬於 2B 類致癌物質，可能會造成癌症。

廣義上，**氮丙環**指任何含有簡單環丙啶環系（三元氮雜環丙烷環系）的化合物，即簡單氮丙環的衍生物。

## 結構

與其他三元環體系如環丙烷、環氧乙烷類似，氮丙環中的鍵角約為 60°，與 sp3 雜化碳的 109°28' 相差較大，含有香蕉鍵。它有鹼性，但不如非環系脂肪族胺化合物強，pKa 為 7.9。氮丙環中的角張力還能增高氮反轉的能壘 (能量障壁)。這個能壘的高度允許分隔其衍生物的反轉異構體的分離，例如 _N_- 氯 - 2 - 甲基氮丙環的_順 -_和_反 -_反轉異構體。

## 合成

氮丙環可通過多種方法合成。

### 鹵代胺及氨基醇的環化

α- 鹵代胺或 β- 氨基醇都可發生分子內親核取代反應生成氮丙環環，分別稱為 Wenker 合成 (1935) 及 Gabriel 氮丙環合成 (1888)。用氨基醇反應時，需要先將羥基轉化為一個較好的離去基團。

### 氮烯加成

先由疊氮化物光解或熱解製得氮烯，再讓其與烯烴加成，可以很順利地製得氮丙環環。氮烯也可由二乙酸碘苯與磺胺反應，或由下圖中的化合物裂解製得乙氧羰基氮烯：

　
:

### 三唑啉熱解

烯烴與疊氮化物發生環加成反應生成三唑啉，再讓三唑啉熱分解生成氮氣及氮丙環。

### 由環氧化合物製取

在疊氮化鈉作用下，環氧化合物開環生成疊氮化物，再用三苯基膦還原，放出氮氣，也可得到氮丙環。

　
:

### 由肟製取

也可由肟與格氏試劑反應製備某些氮丙環，稱為「Hoch-Campbell 氮丙環合成」：

　
:

## 反應

氮丙環的氮類似於仲胺，可在不開環的情況下發生取代反應。與三聚氰氯的產物三乙烯三聚氰胺可在感光材料中用作堅膜劑：

　
:

氮丙環易與親核試劑反應開環，其中醇解和氨解反應是相應製備反應的逆反應。與有機鋰試劑和吉爾曼試劑等碳親核試劑也可反應。此類的反應有很多應用，如在奧司他韋全合成中，有一步利用了氮丙環環在疊氮三甲基矽烷（TMSN3）和不對稱配體作用下的不對稱開環反應：

　
:

一些 _N_- 取代且兩個環碳原子都連有吸電子基的氮丙環光解電環化開環生成亞甲胺葉立德，並可被特定的親偶極體捕集，發生 1,3 - 偶極環加成反應。

很多氮丙環衍生物都是藥物，包括噻替哌、三乙烯三聚氰胺和三乙烯亞胺苯醌。噻替哌是一種抗癌藥物，可由三氯化磷與硫反應先製得三氯硫磷，再與三分子的氮丙環反應合成。

氮丙烯是在氮丙環分子中加上一個雙鍵形成的化合物，有兩種，雙鍵為 C=N 鍵的稱為「1 - 氮丙烯」，雙鍵為 C=C 鍵的稱為「2 - 氮丙烯」。氮丙烯母體尚未發現，1 - 氮丙烯的衍生物已有報導。另外，將氮丙環的氮換為氧和硫，則可分別得到環氧乙烷與環硫乙烷（噻丙環），性質與氮丙環有些相似。

## 參考資料