El nitrógeno es un gas incoloro e inodoro, que se condensa a -195,8 °C en un líquido incoloro y móvil. El elemento existe en forma de moléculas de N2, representadas como :N:::N:, cuya energía de enlace de 226 kilocalorías por mol sólo es superada por la del monóxido de carbono, 256 kilocalorías por mol. Debido a esta elevada energía de enlace, la energía de activación para la reacción del nitrógeno molecular suele ser muy alta, lo que hace que el nitrógeno sea relativamente inerte a la mayoría de los reactivos en condiciones ordinarias. Además, la alta estabilidad de la molécula de nitrógeno contribuye de forma significativa a la inestabilidad termodinámica de muchos compuestos de nitrógeno, en los que los enlaces, aunque razonablemente fuertes, lo son mucho menos que los del nitrógeno molecular. Por estas razones, el nitrógeno elemental parece ocultar con bastante eficacia la naturaleza verdaderamente reactiva de sus átomos individuales.
Un descubrimiento relativamente reciente e inesperado es que las moléculas de nitrógeno son capaces de servir como ligandos en compuestos de coordinación complejos. La observación de que ciertas soluciones de complejos de rutenio pueden absorber el nitrógeno atmosférico ha hecho esperar que algún día se pueda encontrar un método más simple y mejor de fijación del nitrógeno.
Una forma activa de nitrógeno, que presumiblemente contiene átomos libres de nitrógeno, puede crearse mediante el paso de gas nitrógeno a baja presión a través de una descarga eléctrica de alta tensión. El producto brilla con una luz amarilla y es mucho más reactivo que el nitrógeno molecular ordinario, combinándose con el hidrógeno atómico y con el azufre, el fósforo y varios metales, y es capaz de descomponer el óxido nítrico, NO, en N2 y O2.
Un átomo de nitrógeno tiene la estructura electrónica representada por 1s22s22p3. Los cinco electrones de la capa exterior apantallan bastante mal la carga nuclear, con el resultado de que la carga nuclear efectiva sentida en la distancia del radio covalente es relativamente alta. Así, los átomos de nitrógeno son relativamente pequeños en tamaño y altos en electronegatividad, siendo intermedios entre el carbono y el oxígeno en ambas propiedades. La configuración electrónica incluye tres orbitales exteriores semillenos, que dan al átomo la capacidad de formar tres enlaces covalentes. Por lo tanto, el átomo de nitrógeno debería ser una especie muy reactiva, combinándose con la mayoría de los otros elementos para formar compuestos binarios estables, especialmente cuando el otro elemento es lo suficientemente diferente en electronegatividad como para impartir una polaridad sustancial a los enlaces. Cuando el otro elemento tiene menor electronegatividad que el nitrógeno, la polaridad da una carga negativa parcial al átomo de nitrógeno, haciendo que sus electrones de par único estén disponibles para la coordinación. Sin embargo, cuando el otro elemento es más electronegativo, la carga parcial positiva resultante en el nitrógeno limita en gran medida las propiedades donadoras de la molécula. Cuando la polaridad del enlace es baja (debido a que la electronegatividad del otro elemento es similar a la del nitrógeno), el enlace múltiple se ve muy favorecido frente al enlace simple. Si la disparidad del tamaño atómico impide este tipo de enlace múltiple, el enlace único que se forme será probablemente relativamente débil y el compuesto será probablemente inestable con respecto a los elementos libres. Todas estas características de enlace del nitrógeno son observables en su química general.
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