صيغة المدار الجزيئي لجزيئات النيتروجين هي ، وتساهم ثلاث أزواج من الإلكترونات في الروابط، أي رابطتان π ورابطة σ واحدة. لا تساهم في الروابط، وتلغي طاقات الروابط ومضادات الروابط بعضها البعض تقريبًا، وهي تعادل أزواج الإلكترونات الحرة. بسبب وجود الروابط الثلاثية N≡N في جزيء N2، يمتلك جزيء N2 استقرارًا كبيرًا، ويحتاج إلى 941.69 كيلوجول/مول من الطاقة لامتصاصه لتفكيكه إلى ذرات. جزيء N2 هو الأكثر استقرارًا بين الجزيئات ثنائية الذرة المعروفة.
طريقة الاختبار:
أدخل قضيب Mg المشتعل في أسطوانة جمع الغاز التي تحتوي على غاز النيتروجين، وسيستمر قضيب Mg في الاحتراق
استخراج الرماد (المسحوق الأبيض Mg3N2) المتبقي من الاحتراق وإضافة كمية صغيرة من الماء لإنتاج غاز يحول ورق عباد الشمس الأحمر الرطب إلى اللون الأزرق (الأمونيا)
معادلة التفاعل
Mg3 N2 = Mg3N2 (نترات المغنيسيوم)
Mg3N2 + H6O2 = 3Mg(OH)2 + N2H3
يمكن أن يظهر مخطط طاقة جيبس الحرة لحالة الأكسدة للنيتروجين أيضًا أن جزيء N2 ذو رقم التأكسد 0 يقع عند أدنى نقطة للمنحنى في الرسم البياني، باستثناء أيونات NH4، مما يشير إلى أن N2 هو حالة مستقرة حراريًا نسبيًا بالنسبة لمركبات النيتروجين الأخرى ذات أرقام التأكسد المختلفة. تقع قيم مركبات النيتروجين المختلفة ذات أرقام التأكسد بين 0 و5 فوق الخط (الخط المنقط في الشكل) عند نقاط HNO3 وN2، لذا هذه المركبات غير مستقرة حراريًا وتكون عرضة لتفاعلات التفاضل. الوحدة الوحيدة في الشكل التي هي أدنى من قيمة جزيء N2 هي أيون NH4. (للاطلاع على مخطط طاقة جيبس الحرة لحالة الأكسدة بالتفصيل، يرجى الرجوع إلى http://www.jky.gxnu.edu.cn/jpkc/kj/kj14.ppt)
يمكن ملاحظة من مخطط حالة التأكسد-الطاقة الحرة الجيبسية للنيتروجين وبنية جزيئات N2 أن N2 العنصري غير نشط، وفقط في ظل ظروف درجة حرارة وضغط عاليين ووجود المحفزات، يمكن للنيتروجين التفاعل مع الهيدروجين لتشكيل الأمونيا:
تحت ظروف التفريغ، يمكن للنيتروجين أن يتحد مع الأكسجين لتكوين أكسيد النيتريك:
في البلدان التي تتطور فيها الطاقة الكهرومائية بشكل جيد، تم استخدام هذا التفاعل لإنتاج حمض النيتريك.
لدى N2 طاقة تأين صغيرة، ونتراتونه له طاقة شبكية عالية، ويمكن للمعادن تكوين نتراتونات أيونية. على سبيل المثال:
يتفاعل N2 مباشرة مع معدن الليثيوم في درجة حرارة الغرفة:
6 Li N2 === 2 Li3N
N2 والمعادن القلوية الترابية Mg, Ca, Sr و Ba تتفاعل عند درجات حرارة مرتفعة:
3 Ca + N2 === Ca3N2
يتفاعل N2 مع البورون والألمنيوم عند حرارة بيضاء:
2 B N2 === 2 BN (مركب جزيئي كبير)
N2 والسيلكون وعناصر أخرى تتفاعل عادة عند درجات حرارة أعلى من 1473K.
يتم إنتاج النيتروجين العنصري عادة عن طريق التقطير التجزيئي للهواء السائل، وغالبًا ما يتم نقل النيتروجين واستخدامه في أسطوانات الغاز تحت ضغط 1.5210 باسكال. نقاء النيتروجين في الأسطوانات العامة حوالي 99.7%. للحصول على نيتروجين نقي، يمكن إضافة كمية صغيرة من الأمونيا إلى غاز النيتروجين أعلاه، ويمكن استخدام البلاتين كعامل محفز لإزالة الأكسجين، ويمكن أيضًا تمرير النيتروجين غير النقي عبر النحاس المحمّى أو معادن أخرى لإزالة كميات ضئيلة من الأكسجين.
في المختبرالمبدأ الأساسي لإعداد كمية صغيرة من النيتروجين هو أكسدة الأمونيا أو أملاح الأمونيوم بواسطة مؤكسدات مناسبة، وأكثر الطرق المستخدمة شيوعًا هي كما يلي:
(1) تسخين محلول نيتريت الأمونيوم:
343 ألف
NH4NO2 ===== N2↑ 2H2O
(2) يتفاعل نتريت الصوديوم مع محاليل كلوريد الأمونيوم المشبعة:
NH4Cl NaNO2 === NaCl 2 H2O N2↑
(3) تمرير الأمونيا عبر أكسيد النحاس المحمر:
2 NH3 3 CuO === 3 Cu 3 H2O N2
(4) التفاعل بين الأمونيا وماء البروم:
8 NH3 + 3 Br2 (aq) === 6 NH4Br + N2↑
(5) التحلل الحراري لثنائي كرومات الأمونيوم:
(NH4)2Cr2O7===N2↑ Cr2O3 4H2O