窒素化合物とは？わかりやすく解説

外見
	無色の気体; ; ; 窒素のスペクトル線
一般特性
名称, 記号, 番号	窒素, N, 7
分類	非金属
族, 周期, ブロック	15, 2, p
原子量	14.0067(2)
電子配置	1s2 2s2 2p3
電子殻	2, 5（画像）
物理特性
相	気体
密度	(0 °C, 101.325 kPa); 1.251 g/L
融点	63.15 K, −210.00 °C, −346.00 °F
沸点	77.36 K, −195.79 °C, −320.33 °F
三重点	63.152254583 K (−210 °C), 12.52 kPa
臨界点	126.21 K, 3.3978 MPa
融解熱	(N2) 0.72 kJ/mol
蒸発熱	(N2) 5.56 kJ/mol
熱容量	(25 °C) (N2) 29.124 J/(mol·K)
蒸気圧
原子特性
酸化数	5, 4, 3, 2, 1, −1, −2, −3（強酸性酸化物）
電気陰性度	3.04（ポーリングの値）
イオン化エネルギー	第1： 1402.3 kJ/mol
	第2： 2856 kJ/mol
	第3： 4578.1 kJ/mol
共有結合半径	71±1 pm
ファンデルワールス半径	155 pm
その他
結晶構造	六方晶系
磁性	反磁性
熱伝導率	(300 K) 25.83×10−3 W/(m⋅K)
音の伝わる速さ	(gas, 27 °C) 353 m/s
CAS登録番号	7727-37-9
主な同位体
	詳細は窒素の同位体を参照
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窒素（ちっそ、英: nitrogen、仏: azote、独: Stickstoff）は、原子番号7の元素である。元素記号はN。原子量は14.007。第15族元素、第2周期元素。

地球の大気中に安定した気体として存在するほか、生物に欠かせないアミノ酸、アンモニアなど様々な化合物を構成する^[1]。ハーバー・ボッシュ法によりアンモニアの量産が可能になって以降、人間により工業的に産生された窒素肥料や窒素酸化物が大量に投入・排出され、自然環境にも大きな影響を与えている^[1]。

一般に「窒素」という場合は、窒素の単体である窒素分子（ ${\ce {N2}}$

窒素原子における、電子の占める5つの原子軌道。2つの色は波動関数の位相を表している。左端から1s、2s（二分割し内部構造を露出させている）、2p_x、2p_y、2p_z 軌道である。

窒素は窒素族元素の一つ。生物にとっては非常に重要でアミノ酸やタンパク質、核酸塩基など、あらゆるところに含まれる。これらの窒素化合物を分解すると生体に有害なアンモニアとなるが、動物（特に哺乳類）は窒素を無害で水溶性の尿素として代謝する。しかし、貯蔵はできないためそのほとんどは尿として体外に排泄する。そのため、アミノ酸合成に必要な窒素は再利用ができず、持続的に摂取する必要がある。

ただし、窒素分子は非常に安定した分子であるためにほとんどの生物は大気中の窒素分子を利用することができず、微生物などが窒素固定によって作り出す窒素化合物を摂取することで体内に窒素原子を取り込んでいる。こうした窒素化合物はやはり微生物による脱窒の過程を経て再び大気中に放散され、窒素循環と呼ばれるサイクルを形成している^[7]。

窒素分子

窒素分子^{[注 1]}は化学式 ${\ce {N_2}}$

液体窒素を冷却材とするオーバークロッキング CPU

冷却剤（液体窒素） - 液体窒素温度（−195.8 °C）まで冷却でき、安価で比較的安全なため、低温における化学および物理学の実験、オーバークロック競技などでのCPUの冷却、工業用プラント、受精卵の凍結保存、爆発物処理などの冷却に用いられる。
食品の酸化防止のための封入ガス。
テクニカルダイビング用呼吸ガス（ナイトロックスやトライミックスなど混合ガス）。
消火器の加圧粉末式・蓄圧粉末式の圧力源。
不活性ガスとしての特性を生かし、タイヤやアキュムレータにも使用されている。
ゴムタイヤへの充填では、空気に比べて乾燥しているため、急激な温度変化にさらされる航空機用では内部の凍結や結露を防ぐことができ、かつ、モータースポーツなどの過酷な条件下でも温度に対する内圧の変化が少ない。一般的な自動車での使用でも（タイヤ内部に酸素遮断膜はあるものの）ゴムを透過しやすい酸素を含まないため抜けにくくなる利点がある。

窒素ガスの2004年度の日本国内生産量は90億5897万8000立方メートル、工業消費量は35億9448万立方メートル、液化窒素の2004年度日本国内生産量は22億2227万立方メートル、工業消費量は3億6105万1000立方メートルである。

窒素と植物

植物にとって窒素は、たんぱく質や葉緑素をつくり生育を促す不可欠な要素である^[11]。そのためリン酸、カリウムと並んで肥料の三要素の一つに数えられる。特に葉を大きくする作用が強いため、窒素は葉肥と呼ばれる^[11]。

窒素不足になると葉の黄変や葉枯れを起こすことがある^[11]。一方、窒素過多になると、葉は濃緑色になり、開花が遅れたり咲かないことがある^[11]。