Nitrogénio é um gás incolor e inodoro, que condensa a -195,8 °C a um líquido incolor e móvel. O elemento existe como moléculas N2, representado como :N:::N:, para o qual a energia de ligação de 226 quilocalorias por molécula é excedida apenas pela de monóxido de carbono, 256 quilocalorias por molécula. Devido a esta elevada energia de ligação, a energia de activação para reacção de azoto molecular é normalmente muito elevada, fazendo com que o azoto seja relativamente inerte à maioria dos reagentes em condições normais. Além disso, a alta estabilidade da molécula de azoto contribui significativamente para a instabilidade termodinâmica de muitos compostos de azoto, nos quais as ligações, embora razoavelmente fortes, são muito menos do que as do azoto molecular. Por estas razões, o azoto elementar parece esconder de forma bastante eficaz a natureza verdadeiramente reactiva dos seus átomos individuais.
Uma descoberta relativamente recente e inesperada é que as moléculas de azoto são capazes de servir como ligandos em compostos de coordenação complexos. A observação de que certas soluções de complexos de ruténio podem absorver azoto atmosférico levou a esperar que um dia possa ser encontrado um método mais simples e melhor de fixação de azoto.
Uma forma activa de azoto, presumivelmente contendo átomos de azoto livres, pode ser criada pela passagem de gás de azoto a baixa pressão através de uma descarga eléctrica de alta tensão. O produto brilha com uma luz amarela e é muito mais reactivo que o azoto molecular comum, combinando com hidrogénio atómico e com enxofre, fósforo e vários metais, e capaz de decompor o óxido nítrico, NO, para N2 e O2.
Um átomo de azoto tem a estrutura electrónica representada por 1s22s22p3. Os cinco elétrons exteriores do invólucro eléctrico fazem uma triagem bastante fraca da carga nuclear, com o resultado de que a carga nuclear efectiva sentida na distância do raio covalente é relativamente elevada. Assim, os átomos de azoto são relativamente pequenos em tamanho e elevados em electronegatividade, sendo intermediários entre o carbono e o oxigénio em ambas as propriedades. A configuração electrónica inclui três orbitais exteriores meio cheios, que dão ao átomo a capacidade de formar três ligações covalentes. O átomo de azoto deve portanto ser uma espécie muito reactiva, combinando com a maioria dos outros elementos para formar compostos binários estáveis, especialmente quando o outro elemento é suficientemente diferente na electronegatividade para conferir uma polaridade substancial às ligações. Quando o outro elemento é menor em electronegatividade do que o azoto, a polaridade dá uma carga parcialmente negativa ao átomo de azoto, tornando os seus pares de electrões solitários disponíveis para coordenação. Quando o outro elemento é mais electronegativo, contudo, a carga positiva parcial resultante sobre o azoto limita grandemente as propriedades do doador da molécula. Quando a polaridade da ligação é baixa (devido à eletronegatividade do outro elemento ser semelhante à do azoto), a ligação múltipla é muito favorecida em relação à ligação única. Se a disparidade do tamanho atómico impede essa ligação múltipla, então a ligação única que se forma é susceptível de ser relativamente fraca, e o composto é susceptível de ser instável no que diz respeito aos elementos livres. Todas estas características de ligação do azoto são observáveis na sua química geral.
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