L’azoto è un gas incolore e inodore, che condensa a -195,8 °C in un liquido incolore e mobile. L’elemento esiste come molecole di N2, rappresentate come :N:::N:, per le quali l’energia di legame di 226 chilocalorie per mole è superata solo da quella del monossido di carbonio, 256 chilocalorie per mole. A causa di questa alta energia di legame l’energia di attivazione per la reazione dell’azoto molecolare è di solito molto alta, facendo sì che l’azoto sia relativamente inerte alla maggior parte dei reagenti in condizioni ordinarie. Inoltre, l’alta stabilità della molecola di azoto contribuisce significativamente all’instabilità termodinamica di molti composti di azoto, in cui i legami, anche se ragionevolmente forti, sono molto meno di quelli dell’azoto molecolare. Per queste ragioni, l’azoto elementare sembra nascondere abbastanza efficacemente la natura veramente reattiva dei suoi singoli atomi.
Una scoperta relativamente recente e inaspettata è che le molecole di azoto sono in grado di fungere da ligandi in complessi composti di coordinazione. L’osservazione che certe soluzioni di complessi di rutenio possono assorbire l’azoto atmosferico ha fatto sperare che un giorno si possa trovare un metodo più semplice e migliore per fissare l’azoto.
Una forma attiva di azoto, presumibilmente contenente atomi di azoto liberi, può essere creata dal passaggio di azoto gassoso a bassa pressione attraverso una scarica elettrica ad alta tensione. Il prodotto brilla con una luce gialla ed è molto più reattivo dell’azoto molecolare ordinario, combinandosi con l’idrogeno atomico e con zolfo, fosforo e vari metalli, e capace di decomporre l’ossido nitrico, NO, in N2 e O2.
Un atomo di azoto ha la struttura elettronica rappresentata da 1s22s22p3. I cinque elettroni del guscio esterno schermano abbastanza male la carica nucleare, con il risultato che la carica nucleare effettiva sentita alla distanza del raggio covalente è relativamente alta. Così gli atomi di azoto sono relativamente piccoli in dimensioni e alti in elettronegatività, essendo intermedi tra il carbonio e l’ossigeno in entrambe queste proprietà. La configurazione elettronica include tre orbitali esterni riempiti a metà, che danno all’atomo la capacità di formare tre legami covalenti. L’atomo di azoto dovrebbe quindi essere una specie molto reattiva, combinandosi con la maggior parte degli altri elementi per formare composti binari stabili, specialmente quando l’altro elemento è sufficientemente diverso in elettronegatività da conferire una sostanziale polarità ai legami. Quando l’altro elemento è più basso in elettronegatività dell’azoto, la polarità dà una parziale carica negativa all’atomo di azoto, rendendo i suoi elettroni a coppia singola disponibili per la coordinazione. Quando l’altro elemento è più elettronegativo, tuttavia, la carica positiva parziale risultante sull’azoto limita notevolmente le proprietà donatrici della molecola. Quando la polarità del legame è bassa (a causa dell’elettronegatività dell’altro elemento simile a quella dell’azoto), il legame multiplo è molto favorito rispetto al legame singolo. Se la disparità delle dimensioni atomiche impedisce tale legame multiplo, allora il legame singolo che si forma è probabilmente relativamente debole, e il composto è probabilmente instabile rispetto agli elementi liberi. Tutte queste caratteristiche di legame dell’azoto sono osservabili nella sua chimica generale.
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