【元素を楽しく学ぼう】～窒素（N）～

こんにちは！夜に見ている人はこんばんは！家庭教師ひのきあすなろスタッフの百田（ももた）です。

ひのきあすなろのマッドサイエンティスト（自称）の僕、百田が元素について熱く語っていくコーナーです。
このシリーズを通して、化学の面白さ、身の回りの物がどのような原子や分子で出来ているのかを知ってもらえると嬉しいです。

皆さん、元素周期表をお手元に準備して、めくるめく化学の世界にいらっしゃいませ！！

第4回目の今回は原子番号7番の窒素（N）です。空気中に一番多く含まれる元素です。他にも液体窒素なども実験でよく使われます。

それでは、窒素（N）に向かってレッツ・サーチ・エレメンツ！

文部科学省　学習指導要領「生きる力」
http://www.mext.go.jp/a_menu/shotou/new-cs/index.htm

窒素の基本情報

原子記号：N
原子番号：7
分類：非金属
色：無色
状態：常温で気体
不対電子：3つ

窒素は地球上では無色無臭の気体として、分子の状態（N₂）で存在します。アミノ酸などの多くの生体物質中に含まれていて、これもまた私たちにとって必要不可欠な元素と言えます。安価に生産が出来る為、冷却剤として液体窒素がよく用いられます。

窒素の生成方法や確認方法

窒素は昔から空気中にたくさん存在することが分かっていました。この窒素だけだと生物は酸欠で窒息してしまうので、窒素という名前がついたそうです。

窒素自体も凄く重要なのですが、工業利用するために革命が起きたのがハーバー・ボッシュ法です。今回はこれを見ていきましょう。

ハーバー・ボッシュ法とは、工業化不可能と言われていたアンモニア（NH₃）を1906年にドイツで開発した方法です。化学式自体は凄くシンプルです。

N₂+3H₂→2NH₃

たかが、これだけですが、これまでに膨大な過程があります。気になる方は調べてください。

なぜここまでアンモニア、窒素化合物が必要だったかというと、肥料には窒素化合物を使うことがほとんどだったために、当時NH₃はとても貴重なものだったのです。このハーバー・ボッシュ法により工業的に安価に生産をすることができるようになりました。

有名な窒素の化合物たち

窒素にもたくさんの化合物があります。窒素は有益な面もありますが、温室効果ガスになったりと有害な面もあります。

エントリーNo.1：窒素酸化物（NOx）

ｘにはいろんな数字が入ります。まさにこの窒素酸化物が有害な面を持っています。
例えば、酸性雨の原因となっています。他にも先述の通り温室効果ガスであり、地球温暖化の原因にもなっています。
窒素酸化物の厄介な所は、窒素と酸素を混合して高温に加熱すると自然と生成するため、排出の抑制が難しいことです。

エントリーNo.2：硝酸（HNO₃）

硝酸は代表的な強い酸性を示すものの一つです。他には塩酸（HCl）や硫酸（H₂SO₄）などがあります。
硝酸には「濃硝酸」と「希硝酸」があります。違いは濃度の違いによる酸化力の差です。
例えば銅と反応したときの生成物が変わります。

○濃硝酸
Cu+4HNO₃（濃硝酸）→Cu（NO₃）₂+2H₂O+2NO₂
このように二酸化窒素が発生します。

○希硝酸
3Cu+8HNO₃（希硝酸）→3Cu（NO₃）₂+4H₂O+2NO
このように一酸化窒素が発生します。

また、希硝酸は濃硝酸では不動態になってしまう鉄・アルミニウム・ニッケルも希硝酸は反応させることができます。

エントリーNo.3：アンモニア（NH₃）

窒素と言えばこれ！って感じの物質ですね。水素の記事でも登場しています。
代表的な性質は、空気よりも軽い・水溶性がある・塩基性を示すの3つです。
その為、集めるときは上方置換法が適切ですね。これもテストに出ますよ！

エントリーNo.4：ニトロ化合物（R-NO₂）

有機化学の分野です。Rはカルボニル基と呼ばれる炭素置換基が入ります。-NO₂の部分がニトロ基と呼ばれます。体内でも生成されます。

有名なものだとニトログリセリン。爆薬ですね。

窒素についての小話

便利で不思議な液体窒素

告白します。私、百田は液体窒素が大好きです！！

実験でよく使われるのですが、これが凄いんですよ。何が凄いって冷却力。花弁とかブリザードフラワーにしちゃうし、テニスボール（軟式）とか弾性（跳ねる特性）を失っちゃうし、凍るってやべーって感じです。クザン（青雉）すげーって感じです。

マシュマロを液体窒素で冷やして食べると美味しいんですよ。味わったことのない食感になりますよ。

そして液体窒素はやっぱ安いので実験に使われやすいです。霧箱（宇宙線を観測する装置）や超電導の実験にも使われます。んで、液体窒素、一気に気化するんですよ。常温で気体なので、固体を通り越して一気に気体になるんです。昇華ってやつですね。

だから不思議な所が濡れないんです。これ凄い不思議じゃないですか？？水は濡れるのに液体窒素は濡れない。当時高校生の百田はとても興奮しましたという話でした。

さて、窒素についての理解が深まりましたでしょうか？？
少しでも「面白いな」とか「分かりやすい」と思ってくれたら嬉しいです！

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他にもこんな原子記号を紹介しています

水素（H）	ヘリウム（He）	炭素（C）	窒素（N）	酸素（O）
フッ素（F）	ナトリウム（Na）	マグネシウム（Mg）	アルミニウム（Al）	ケイ素（S i）
硫黄（S）	塩素（Cl）	カルシウム（Ca）	鉄（Fe）	銅（Cu）
銀（Ag）	金（Au）	水銀（Hg）	鉛（Pb）	ウラン（U）