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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。

瑞典化学家卡尔·谢勒（Carl Scheele）和苏格兰植物学家丹尼尔·卢瑟福（Daniel Rutherford）在1772年分别发现了氮。牧师卡文迪许和拉瓦锡也在差不多的同一时间立地获得了氮。Rutherford在他的老师Joseph Black的启发下，研究含碳物质在有的空气中燃烧后所留下的残余“空气”的性质时，他用KOH除去CO2，从而获得了氮。他认为这是从已燃烧的物质中吸收了燃素的普通空气。有些人不顾A. L. Lavoisier的研究成果，直到1840年还在争论关于氮气的基本性质。

氮分子中的两个氮原子之间形成一条σ键和两个π键。与类似的CO、C2H4等分子相比，N2的成键分子轨道σ2p（-15.59 eV）和π2p（-16.73 eV）能量比较低，反键分子轨道π*2p（8.17 eV）能量比较高，不但难以接受电子也不易给出电子，具有较强的稳定性，离解能高达945 kJ/mol，即使在3273 K时也不分解

膜分离法
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，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
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，了产品质量。