氮气是氮元素形成的一种单质，化学式N₂。常温常压下是一种无色无味的气体，只有在高温高压及催化剂条件下才能和氢气反应生成氨气，在放电的情况下能和氧气化合生成一氧化氮；即使Ca、Mg、Sr和Ba等活泼金属也只有在加热的情形下才能与其反应。

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，因为在化学反应中首先受到攻击的是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。

氮是地球上第30丰富的元素。考虑到氮气占大气量的4/5，即占大气的78%以上，几乎可以使用无限量的氮气。工业常使用分馏液态空气的方法来获得大量氮气。

氮在地壳中的含量很少，自然界中绝大部分的氮是以单质分子氮气的形式存在于大气中，氮气占空气体积的78％。氮的最重要的矿物是硝酸盐。

氮在地壳中的重量百分比含量是0.0046%，总量约达到4×1012吨。动植物体中的蛋白质都含有氮。土壤中有硝酸盐，例如KNO3。在南美洲智利有硝石矿（NaNO3），这是世界上唯一的这种矿藏，是少见的含氮矿藏。 宇宙星际已发现含氮分子，如NH3、HCN等。

工业制备

氮气主要是从大气中分离或含氮化合物的分解制得的。每年通过液化空气生产超过3,300万吨的氮气，然后使用分馏的方法在大气中生产氮气以及其他气体。

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首选。

全低压空分工艺根据氧氮产品压缩环节不同，又分为外压缩流程和内压缩流程。全低压外压缩流程生产出低压氧气或氮气，然后经外置的压缩机将产品气体压缩至所需压力供给用户。全低压内压缩流程将精馏产生的液态氧或液态氮在冷箱内通过液体泵加压至用户所需压力后汽化，并在主换热器内复热后供给用户。主要工艺过程为原料空气过滤、压缩、冷却、纯化、增压、膨胀、精馏、分离、复热、外供。

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100%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。

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首先在膜的高压侧接触。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，最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。

该方法是以压缩空气为原料，一般以分子筛为吸附剂，在一定的压力下，利用空气中氧气和氮气分子在不同分子筛表面吸附量的差异，在一定时间内氧在吸附相富集，氮在气体相富集，实现氧、氮分离；而卸压后分子筛吸附剂解析再生，循环使用。 吸附剂除了分子筛之外，还可应用活性氧化铝、硅胶等。

目前，常用变压吸附制氮装置是以压缩空气为原料，碳分子筛为吸附剂，利用氧和氮在碳分子筛上的吸附容量、吸附速率、吸附力等方面的差异及分子筛对氧和氮随压力不同具有不同的吸附容量的特性来实现氧、氮分离。首先，空气中的氧被碳分子筛优先吸附，从而在气相中富集氮气。为连续获得氮气，需两个吸附塔交替工作。

工业应用

氮的惰性广泛用于电子、钢铁、玻璃，还用于灯泡和膨胀橡胶的填充物，工业上用于保护油类、粮食、精密实验中用作保护气体。

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 。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。

2、高纯氮气在金属熔铸工艺中被用于对金属熔体精炼处理，以提高铸坯质量，例如以高纯氮气为主掺合部分氢、气在铜加工中作为光亮退火热处理的保护性气体，它有效地防止铜材的高温氧化，保持铜材表面的光亮，废除了酸洗工序。以氮气为基本的木炭炉煤气（其成分为：64.1%N2，34.7%CO，1.2%H2和少量CO2）在铜熔铸时作为保护性气体，使铜熔体在浇铸面免受氧化，保证了产品质量。

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。

4、氮气可用于合成一氧化氮或二氧化氮，以此来制造硝酸，这种制造方法纯度高且价格较为低廉。此外氮气还可用于合成氨及金属氮化物等

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，患者最初感胸闷、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”。

应急处理方法：迅速撤离泄漏污染区人员至上风处，并进行隔离，严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿一般作业工作服。尽可能切断泄漏源。合理通风，加速扩散。漏气容器要妥善处理，修复、检验后再用。

操作方法：密闭操作，提供良好的自然通风条件，操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。防止气体泄漏到工作场所空气中。搬运时轻装轻卸，防止钢瓶及附件破损，配备泄漏应急处理设备。

若吸入过量氮气应迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅。如呼吸困难，给输氧。呼吸心跳停止时，立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术，及时就医。

1.严格执行安全操作规程，加强岗位操作技能培训，避免因误操作导致设备损坏和管道阀门泄漏而引发事故。

2.对岗位工人进行安全知识教育，使其了解、掌握氮气的理化性质、事故预防及应急措施。

3.根据生产实际情况制定窒息事故应急救援预案，加强演练以提高岗位工人事故应急救援能力和救援水平，并根据工艺变化和人员变动适时进行修订，使预案具有可操作性。

4.在可能发生氮气泄漏的危险场所悬挂安全警示标识，严禁无关人员进入该区域。

5.可能发生氮气泄漏的危险场所，加设强制通风装置，以减少氮气聚集。

6.在可能发生氮气泄漏的危险场所中作业前，先制定完善的作业方案，并报备安全科室审核通过后再作业。

7.在可能发生氮气泄漏的危险场所中作业前，必须将待检修设备与生产系统可靠隔绝，经强制置换并分析合格（氧含量>18%），落实好安全措施后方可进行作业。在不可能置换完全的情况下，作业人员必须使用正压式氧气呼吸器，正确携带CO、O2检测仪，并设专人监护；在可能发生氮气泄漏的危险场所中，严禁佩戴过滤式呼吸器作业。

8.氮气的生产、使用现场和操作室等要保持通风换气良好，并定期分析周围空气的含氧量，保证其浓度不低于18%。

9.要加强对压力、流量等参数的监控，以便及时发现氮气泄漏情况并及时得到有效控制。

安全防护：氮元素以单质（氮气）形式存在时无毒，以化合物形式存在时常常有毒，典型的比如说氨、亚硝酸根等。