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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。
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
氮气是一种有惰性的气体，一般不与其他物质发生反应，但在一定条件下，氮可与碱金属或碱土金属反应，相当于在氮分子的反键分子轨道上填充一个电子，金属的给电子能力越强，反应越易进行。如，在常温下锂可与氮直接反应，而钙需要加热到一定条件才能于氮气反应：
ⅢA和ⅣA族的一些元素在加热条件下能与氮气反应：
在高温、高压和催化剂存在的条件下，氮能与氢反应生成氨：
液态空气分馏法
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。
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。
氨分解法
在高温且有镍的催化下，氨逐渐分解为氮气与氢气：
然后把混合气在燃烧室内燃烧并控制空气比例，让氢气不完全燃烧，其燃烧生成物通过除氧，干燥则可得到不同氮氢混合比的保护性气体（其氢含量可控制在1%~25%）被使用于铜材的光亮退火（此方法仅适用于氮气氢气来源困难而氨价格又较低廉的情况时）。
