化学元素としての窒素の性質と歴史

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であり、第15族元素および第2周期元素の一つに分類される。

名称の由来

窒素の英語名「nitrogen」は、ギリシア語の「νίτρον」（硝石）と「γεννάω」（生じる）に由来している。また、ドイツ語では窒息させるという意味の「Sticken」と物質を意味する「Stoff」を組み合わせて「Stickstoff」と呼ばれており、日本語の「窒素」という名称はこのドイツ語訳に基づいている。1772年にダニエル・ラザフォードが、生物を入れると窒息して死んでしまう空気として見出し、ノキアス・エアー（有毒空気）と名付けたことにも由来している。

歴史

窒素は燃素説の研究過程において見出された経緯があり、単体の分離を行った人物の特定には諸説が存在する。1772年にダニエル・ラザフォードが単体分離を行い、ほぼ同時期にカール・ヴィルヘルム・シェーレやヘンリー・キャヴェンディッシュも同様の分離を行ったとされている。その後、アントワーヌ・ラヴォアジエによって窒素が単体の元素であることが明確に示された。また、近年の工業需要の変化に対応するため、窒素分子気体に関する純度基準は日本産業規格（JIS K 1107）などによって規定されている。

分布と存在状態

地球上において、窒素は主に安定した二原子分子である窒素分子（N2）として大気中に存在しており、容積比でおよそ78.11%、重量比で75.53%を占めている。地球の大気以外にも、土星の衛星であるタイタンにおいて濃密な窒素主体の大気が確認されている。さらに、アミノ酸やタンパク質、核酸塩基といった多くの生体物質の構成要素としても不可欠な存在である。

物理的および化学的性質

常温常圧下において、窒素は無色・無臭の気体として存在する。非金属元素であり、共有結合半径やイオン化エネルギーなどの原子特性を持つ。窒素分子は非常に安定した三重結合を形成しているため、化学的に不活性な性質を示す。この安定性の高さから、通常の環境下では他の物質と容易に反応しない。

環境への影響

生物はアミノ酸合成などに窒素を必要とするが、大気中の窒素分子をそのまま利用できる生物は限られており、多くは微生物による窒素固定や窒素循環のプロセスを介して利用可能な化合物として取り込んでいる。一方で、人間の工業活動によって産生された窒素化合物が自然環境に大量に排出されることで、環境汚染の原因となることも指摘されている。