ธาตุไนโตรเจนเป็นหนึ่งในธาตุที่มีมากที่สุดในจักรวาลและสามารถสร้างสารประกอบได้หลายชนิด มันสามารถมีสถานะออกซิเดชัน ได้หลายสถานะ แต่สถานะออกซิเดชันที่พบได้บ่อยที่สุดคือ -3 และ +3 ไนโตรเจนสามารถสร้างไอออนไนไตรด์และ ไน เตรตได้ นอกจากนี้ยังเป็นส่วนประกอบของกรดไนตริกและเกลือไนเตรต สารประกอบไนโตรเจนยังมีบทบาทสำคัญในเคมีอินทรีย์ เนื่องจากไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบของโปรตีนกรดอะมิโน และอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต

ตัวอย่างแรกของสารประกอบไดไนโตรเจนที่ถูกค้นพบคือ [Ru(NH ₃ ) ₅ (N ₂ )] ²⁺ (ดูรูปด้านขวา) และในไม่ช้าก็มีการค้นพบสารประกอบดังกล่าวอีกมากมายสารประกอบ เหล่านี้ ซึ่งโมเลกุลไนโตรเจนบริจาคอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวอย่างน้อยหนึ่งคู่ให้กับไอออนโลหะกลาง แสดงให้เห็นว่า N ₂อาจจับกับโลหะในไนโตรเจเน ส และตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการฮาเบอร์ ได้อย่างไร กระบวนการเหล่านี้ที่เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นไดไนโตรเจนมีความสำคัญอย่างยิ่งในทางชีววิทยาและการผลิตปุ๋ย^{[ 1 ] [ 2 ]}

ไดไนโตรเจนสามารถประสานกับโลหะได้ห้าวิธีที่แตกต่างกัน วิธีที่ได้รับการศึกษาอย่างดีที่สุดคือแบบปลายต่อปลาย M←N≡N ( ^η₁ )และ M←N≡N→M ( μ , bis- ^η₁ )ซึ่งอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวบนอะตอมไนโตรเจนจะถูกบริจาคให้กับไอออนบวกของโลหะ วิธีที่ไม่ค่อยได้รับการศึกษาคือวิธีที่ไดไนโตรเจนบริจาคอิเล็กตรอนคู่จากพันธะสาม ไม่ว่าจะเป็นลิแกนด์เชื่อมต่อกับไอออนบวกของโลหะสองตัว ( μ , bis- η₂ ) หรือเพียงตัวเดียว ( ^{η₂ )}วิธีที่ห้าและเป็นเอกลักษณ์คือการประสานแบบสามตำแหน่งในฐานะลิแกนด์เชื่อมต่อ โดยบริจาคอิเล็กตรอนคู่ทั้งสามจากพันธะสาม ( μ₃ _- N₂ ₎สารประกอบเชิงซ้อนบางชนิดมีลิแกนด์ N₂ หลายตัวและ_บางชนิดมี N₂ _ที่เชื่อมต่อในหลายรูปแบบ เนื่องจาก N ₂มีอิเล็กตรอนเท่ากับคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) และอะเซทิลีน (C ₂ H ₂ ) พันธะในสารประกอบไดไนโตรเจนจึงมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับพันธะใน สารประกอบ คาร์บอนิลแม้ว่า N ₂จะเป็น ตัวให้ σและ ตัวรับ π ที่อ่อน กว่า CO ก็ตาม การศึกษาเชิงทฤษฎีแสดงให้เห็นว่า การให้ σเป็นปัจจัยสำคัญกว่าในการสร้างพันธะ M–N มากกว่า การให้ πย้อนกลับซึ่งส่วนใหญ่จะทำให้พันธะ N–N อ่อนลงเท่านั้น และการให้แบบปลายต่อปลาย ( η ¹ ) เกิดขึ้นได้ง่ายกว่าการให้แบบด้านข้าง ( η ² ) ^{[ 3 ]}

ปัจจุบัน สารประกอบไดไนโตรเจนเป็นที่รู้จักในโลหะทรานซิชัน เกือบทั้งหมด โดยมีสารประกอบหลายร้อยชนิด โดยปกติจะเตรียมได้สามวิธี: ^{[ 3 ]}

1. การแทนที่ลิแกน ด์ที่ไม่เสถียร เช่นH₂O , H⁻ ^หรือ CO โดยตรงด้วยไนโตรเจน: ปฏิกิริยาเหล่า _นี้มักเป็นปฏิกิริยาผันกลับได้และเกิดขึ้นภายใต้สภาวะที่ไม่รุนแรง
2. การลดสารประกอบเชิงซ้อนของโลหะในที่ที่มีโคลิแกนด์ที่เหมาะสมในปริมาณมากเกินพอภายใต้ก๊าซไนโตรเจน ตัวเลือกที่นิยมใช้คือการแทนที่ลิแกนด์คลอไรด์ด้วยไดเมทิลฟีนิลฟอสฟีน (PMe₂Ph ₎เพื่อชดเชยจำนวนลิแกนด์ไนโตรเจนที่น้อยกว่าลิแกนด์คลอรีนเดิม
3. การแปลงลิแกนด์ที่มีพันธะ N–N เช่น ไฮดราซีนหรืออะไซด์ ให้กลายเป็นลิแกนด์ไดไนโตรเจนโดยตรง

Occasionally the N≡N bond may be formed directly within a metal complex, for example by directly reacting coordinated ammonia (NH₃) with nitrous acid (HNO₂), but this is not generally applicable. Most dinitrogen complexes have colours within the range white-yellow-orange-red-brown; a few exceptions are known, such as the blue [{Ti(η⁵-C₅H₅)₂}₂-(N₂)].^[3]

Nitrogen bonds to almost all the elements in the periodic table except the first three noble gases, helium, neon, and argon, and some of the very short-lived elements after bismuth, creating an immense variety of binary compounds with varying properties and applications.^[3] Many binary compounds are known: with the exception of the nitrogen hydrides, oxides, and fluorides, these are typically called nitrides. Many stoichiometric phases are usually present for most elements (e.g. MnN, Mn₆N₅, Mn₃N₂, Mn₂N, Mn₄N, and Mn_xN for 9.2 < x < 25.3). They may be classified as "salt-like" (mostly ionic), covalent, "diamond-like", and metallic (or interstitial), although this classification has limitations generally stemming from the continuity of bonding types instead of the discrete and separate types that it implies. They are normally prepared by directly reacting a metal with nitrogen or ammonia (sometimes after heating), or by thermal decomposition of metal amides:^[4]

3 Ca + N₂ → Ca₃N₂

3 Mg + 2 NH₃ → Mg₃N₂ + 3 H₂ (at 900 °C)

3 Zn(NH₂)₂ → Zn₃N₂ + 4 NH₃

กระบวนการเหล่านี้มีหลายรูปแบบที่เป็นไปได้ ไนไตรด์ที่มีความเป็นไอออนสูงที่สุดคือไนไตรด์ของโลหะอัลคาไลน์และโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ ได้แก่ Li₃N (Na, K, Rb และ Cs ไม่สามารถสร้างไนไตรด์ที่เสถียรได้เนื่องจากข้อจำกัดทางสเตอริก) และ M₃N₂ ( M ₌ Be , _{Mg ,} Ca, Sr, Ba) โดยทั่วไปอาจมองได้ว่าเป็นเกลือของแอนไอออน N³⁻ ^{แม้ว่า การแยกประจุจะไม่สมบูรณ์แม้แต่ในธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรโพซิทีฟสูงเหล่านี้ก็ตาม อย่างไรก็ตาม} อะไซด์ของโลหะอัลคาไลน์_NaN₃และKN₃ _ซึ่งมีN เป็นเส้นตรง⁻ ₃แอนไอออนเป็นที่รู้จักกันดี เช่นเดียวกับ Sr(N ₃ ) ₂และ Ba(N ₃ ) ₂อะไซด์ของโลหะกลุ่มย่อย B ( กลุ่มที่ 11ถึง16 ) มีความเป็นไอออนน้อยกว่ามาก มีโครงสร้างที่ซับซ้อนกว่า และระเบิดได้ง่ายเมื่อถูกกระแทก^{[ 4 ]}

ไนไตรด์ไบนารีแบบโควาเลนต์หลายชนิดเป็นที่รู้จักกันดี ตัวอย่างเช่นไซยาโนเจน ((CN) ₂ ), ไตรฟอสฟอรัสเพนทาไนไตรด์ (P ₃ N ₅ ) , ไดซัลเฟอร์ไดไนไตรด์ (S ₂ N ₂ ) และเตตระซัลเฟอร์เตตระไนไตรด์ (S ₄ N ₄ ) นอกจากนี้ยังรู้จัก ซิลิคอนไนไตรด์ (Si ₃ N ₄ ) และเจอร์มาเนียมไนไตรด์ (Ge ₃ N ₄ ) ซึ่งมีโครงสร้างแบบโควาเลนต์เป็นหลัก โดยเฉพาะอย่างยิ่งซิลิคอนไนไตรด์นั้นมีศักยภาพที่จะเป็นเซรามิก ที่ดีได้ หากไม่ติดปัญหาเรื่องความยากลำบากในการใช้งานและการเผาผนึก โดยเฉพาะอย่างยิ่งไนไตรด์ของหมู่ 13ซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารกึ่ง ตัวนำที่มีศักยภาพนั้น มีโครงสร้างอิเล็กตรอนเหมือนกับกราไฟต์ เพชร และซิลิคอนคาร์ไบด์และมีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน โดยพันธะของพวกมันจะเปลี่ยนจากโควาเลนต์เป็นไอออนิกบางส่วนและเป็นโลหะเมื่อลงมาตามหมู่ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เนื่องจากหน่วย B–N มีอิเล็กตรอนเท่ากับ C–C และคาร์บอนมีขนาดอยู่ระหว่างโบรอนและไนโตรเจนเคมีอินทรีย์ ส่วนใหญ่ จึงสะท้อนให้เห็นในเคมีโบรอน-ไนโตรเจน เช่น ในโบราซีน (“ เบนซีน อนินทรี ย์”) อย่างไรก็ตาม การเปรียบเทียบนี้ไม่ตรงกันเสียทีเดียว เนื่องจาก โบรอนสามารถถูกโจมตีด้วย นิวคลีโอฟิล ได้ง่าย เนื่องจากมีอิเล็กตรอนน้อย ซึ่งเป็นไปไม่ได้ในวงแหวนที่มีคาร์บอนทั้งหมด^{[ 4 ]}

ไนไตรด์ประเภทที่ใหญ่ที่สุดคือไนไตรด์แทรกตัวที่มีสูตร MN, M ₂ N และ M ₄ N (แม้ว่าองค์ประกอบที่แปรผันได้ก็เป็นไปได้) โดยที่อะตอมไนโตรเจนขนาดเล็กจะอยู่ในช่องว่างในโครงสร้างตาข่ายลูกบาศก์โลหะหรือหกเหลี่ยมแบบอัดแน่น ไนไตรด์เหล่านี้ทึบแสง แข็งมาก และเฉื่อยทางเคมี หลอมเหลวได้เฉพาะที่อุณหภูมิสูงมาก (โดยทั่วไปสูงกว่า 2500 °C) มีความมันวาวแบบโลหะและนำไฟฟ้าได้เหมือนโลหะ ไนไตรด์เหล่านี้จะไฮโดรไลซิสได้ช้ามากเพื่อให้ได้แอมโมเนียหรือไนโตรเจน^{[ 4 ]}

แอนไอออนไนไตรด์ (N³⁻ ⁾เป็น ตัวให้ π ที่แข็งแกร่งที่สุด ในบรรดาลิแกนด์ (ตัวที่แข็งแกร่งรองลงมาคือ O²⁻ ⁾โดยทั่วไปแล้วสารประกอบไนไตรด์จะเกิดขึ้นจากการสลายตัวด้วยความร้อนของอะไซด์หรือจากการกำจัดโปรตอนออกจากแอมโมเนีย และมักจะมีหมู่ {≡N} ^³⁻ อยู่ที่ปลาย แอนไอออนอะไซด์เชิงเส้น ( N⁻ ₃เนื่องจากมีโครงสร้างอิเล็กตรอนเหมือนกับไนตรัสออกไซด์คาร์บอนไดออกไซด์และไซยาเนตจึงสามารถสร้างสารเชิงซ้อนได้หลายชนิด การเชื่อมต่อเป็นลูกโซ่เพิ่มเติมนั้นเกิดขึ้นได้ยาก แม้ว่าN จะเกิดขึ้นได้ก็ตาม⁴⁻ ₄(ไอโซอิเล็กทรอนิกกับคาร์บอเนตและไนเตรต ) เป็นที่ทราบกันดี^{[ 4 ]}

ในทางอุตสาหกรรมแอมโมเนีย (NH₃ ₎เป็นสารประกอบไนโตรเจนที่สำคัญที่สุดและถูกผลิตในปริมาณมากกว่าสารประกอบอื่นๆ เนื่องจากมีส่วนสำคัญต่อความต้องการทางโภชนาการของสิ่งมีชีวิตบนบก โดยทำหน้าที่เป็นสารตั้งต้นของอาหารและปุ๋ย แอมโมเนียเป็นก๊าซด่างไม่มีสี มีกลิ่นฉุนเฉพาะตัว การมีพันธะไฮโดรเจนมีผลอย่างมากต่อแอมโมเนีย ทำให้มีจุดหลอมเหลว (−78 °C) และจุดเดือด (−33 °C) สูง ในรูปของเหลว แอมโมเนียเป็นตัวทำละลายที่ดีมาก มีความร้อนของการระเหยสูง (ทำให้สามารถใช้ในขวดสุญญากาศได้) มีความหนืดต่ำ การนำไฟฟ้าต่ำ ค่าคงที่ไดอิเล็กตริก สูง และมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ อย่างไรก็ตาม พันธะไฮโดรเจนใน NH₃ _นั้นอ่อนกว่าใน H₂O _{เนื่องจาก}ค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของไนโตรเจนต่ำกว่าออกซิเจน และการมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเพียงหนึ่งคู่ใน NH₃ _{แทนที่จะ}เป็นสองคู่ใน H₂O NH₃ _{เป็นเบส}อ่อนในสารละลายในน้ำ ( pKb 4.74 ) กรดคู่ควบของมันคือแอมโมเนียมNH₄⁺⁺ ₄นอกจากนี้ มันยังสามารถทำหน้าที่เป็นกรดอ่อนมาก โดยสูญเสียโปรตอนเพื่อสร้างไอออนอะไมด์NH₄⁺⁻ ₂ดังนั้นจึงเกิดการแตกตัวด้วยตัวเอง คล้ายกับน้ำ ทำให้เกิดแอมโมเนียมและอะไมด์ แอมโมเนียเผาไหม้ในอากาศหรือออกซิเจนได้ แม้จะไม่ใช่การเผาไหม้ที่ง่ายนัก ทำให้เกิดก๊าซไนโตรเจน และเผาไหม้ในฟลูออรีนด้วยเปลวไฟสีเขียวอมเหลือง ทำให้เกิดไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์ปฏิกิริยากับอโลหะอื่นๆ นั้นซับซ้อนมากและมักจะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ผสม แอมโมเนียทำปฏิกิริยากับโลหะเมื่อได้รับความร้อนเพื่อให้ได้ไนไตรด์^{[ 6 ]}

_{สารประกอบ}ไนโตรเจนไฮไดรด์แบบไบนารีอื่นๆ เป็นที่รู้จักมากมาย แต่ที่สำคัญที่สุดคือไฮดราซีน (N₂H₄ ₎และไฮโดรเจนอะไซด์ (HN₃ ₎แม้ว่าจะไม่ใช่ไนโตรเจนไฮไดรด์ แต่ไฮด รอกซีลา มี น (NH₂OH ₎ก็มีคุณสมบัติและโครงสร้างคล้ายกับแอมโมเนียและไฮดราซีนเช่นกัน ไฮดราซีนเป็นของเหลวใสไม่มีสี มีควันและมีกลิ่นคล้ายกับแอมโมเนีย คุณสมบัติทางกายภาพของมันคล้ายกับน้ำมาก (จุดหลอมเหลว 2.0 °C จุดเดือด 113.5 °C ความหนาแน่น 1.00 g/cm³ ⁾แม้ว่าจะเป็นสารประกอบดูดความร้อน แต่ก็มีความเสถียรทางจลนศาสตร์ มันเผาไหม้อย่างรวดเร็วและสมบูรณ์ในอากาศโดยคายความร้อนอย่างมากเพื่อให้ได้ไนโตรเจนและไอน้ำ มันเป็นสารลดแรงที่มีประโยชน์และอเนกประสงค์มาก และเป็นเบสที่อ่อนกว่าแอมโมเนีย^{[ 7 ]}นอกจากนี้ยังนิยมใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวด^{[ 8 ]}

โดยทั่วไปไฮดราซีนจะทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียกับโซเดียมไฮโปคลอไรต์ ที่เป็นด่าง ในที่ที่มีเจลาตินหรือกาว: ^{[ 7 ]}

NH₃ + ^OCl⁻ → _NH₂Cl + ^OH⁻_​

NH₂Cl + _NH₃ → N_​2ชม⁺ ₅+ Cl ⁻ (ช้า)

เอ็น₂ชม⁺ ₅+ OH ⁻ → N ₂ H ₄ + H ₂ O (เร็ว)

(การโจมตีโดยไฮดรอกไซด์และแอมโมเนียอาจย้อนกลับได้ จึงผ่านตัวกลาง NHCl ⁻แทน) เหตุผลในการเติมเจลาตินคือเจลาตินจะกำจัดไอออนโลหะ เช่น Cu ²⁺ที่เร่งปฏิกิริยาการทำลายไฮดราซีนโดยทำปฏิกิริยากับโมโนคลอรามีน (NH ₂ Cl) เพื่อผลิตแอมโมเนียมคลอไรด์และไนโตรเจน^{[ 7 ]}

ไฮโดรเจนอะไซด์ (HN3 ₎ผลิตขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2433 โดยการออกซิเดชันของไฮดราซีนในน้ำด้วยกรดไนตรัส มันระเบิดได้ง่ายมาก และแม้แต่สารละลายเจือจางก็อาจเป็นอันตรายได้ มันมีกลิ่นไม่พึงประสงค์และระคายเคือง และเป็นพิษที่อาจถึงแก่ชีวิตได้ (แต่ไม่สะสม) อาจถือได้ว่าเป็นกรดคู่ควบของไอออนอะไซด์ และมีความคล้ายคลึงกับกรดไฮโดรฮาลิก^{[ 7 ]}

ไนโตรเจนไตรเฮไลด์แบบง่ายทั้งสี่ชนิดเป็นที่รู้จัก เฮไลด์ผสมและไฮโดรเฮไลด์บางชนิดเป็นที่รู้จัก แต่ส่วนใหญ่ไม่เสถียร ตัวอย่างเช่น NClF ₂ , NCl ₂ F, NBrF ₂ , NF ₂ ^H , NFH ₂ , NCl ₂ HและNClH ₂ ^{[ 9} ]

ไนโตรเจนฟลูออไรด์ที่รู้จักกันมีอยู่ 5 ชนิดไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์ (NF₃ _ซึ่งเตรียมได้ครั้งแรกในปี 1928) เป็นก๊าซไม่มีสีและไม่มีกลิ่น มีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ และผลิตได้ง่ายที่สุดโดยการอิเล็กโทรไลซิสของแอมโมเนียมฟลูออไรด์ หลอมเหลว ที่ละลายในไฮโดรเจนฟลูออไรด์ ปราศจากน้ำ เช่นเดียวกับคาร์บอนเตตระฟลูออไรด์มันไม่ทำปฏิกิริยาเลยและมีความเสถียรในน้ำหรือกรดหรือด่างเจือจาง เฉพาะเมื่อได้รับความร้อนเท่านั้นจึงจะทำหน้าที่เป็นสารฟลูออริเนต และมันจะทำปฏิกิริยากับทองแดงสารหนู พลวง และบิสมัทเมื่อสัมผัสกันที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้ เตตระฟลูออ โรไฮดราซีน₍ N₂F₄ ₎ไอออนบวกNF₃⁺ ₄และN₂เอฟ⁺ ₃นอกจากนี้ยังเป็นที่ทราบกันดี (โดยตัวหลังได้มาจากปฏิกิริยาของเตตระฟลูออโรไฮดราซีนกับตัวรับฟลูออไรด์ที่แข็งแรง เช่นอาร์เซนิกเพนตาฟลูออไรด์ ) เช่นเดียวกับ ONF ₃ซึ่งได้รับความสนใจเนื่องจากระยะห่าง N–O สั้นซึ่งบ่งบอกถึงพันธะคู่บางส่วน และพันธะ N–F ที่มีขั้วสูงและยาว เตตระฟลูออโรไฮดราซีน ต่างจากไฮดราซีนเอง สามารถแตกตัวที่อุณหภูมิห้องและสูงกว่าเพื่อให้ได้อนุมูลอิสระ NF ₂ • ฟลูออรีนอะไซด์ (FN ₃ ) ระเบิดได้ง่ายและไม่เสถียรต่อความร้อนไดไนโตรเจนไดฟลูออไรด์ (N ₂ F ₂ ) มีอยู่เป็น ไอโซเมอร์ ซิสและทรานส์ที่สามารถเปลี่ยนรูปได้ด้วยความร้อน และถูกค้นพบครั้งแรกว่าเป็นผลิตภัณฑ์จากการสลายตัวด้วยความร้อนของFN ₃ ^{[ 9 ]}

ไนโตรเจนไตรคลอไรด์ (NCl₃ ₎เป็นของเหลวที่มีความหนาแน่นสูง ระเหยง่าย และระเบิดได้ คุณสมบัติทางกายภาพคล้ายกับคาร์บอนเตตระคลอไรด์แต่มีข้อแตกต่างคือ NCl₃ _{สามารถ}ไฮโดรไลซ์ได้ง่ายด้วยน้ำ ในขณะที่ CCl₄ _ไม่สามารถไฮโดรไลซ์ได้ สารนี้ถูกสังเคราะห์ขึ้นครั้งแรกในปี 1811 โดยปิแอร์ หลุยส์ ดูลองซึ่งสูญเสียสามนิ้วและตาข้างหนึ่งไปเนื่องจากคุณสมบัติการระเบิดของมัน ในรูปของก๊าซเจือจาง มันอันตรายน้อยกว่าและจึงถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมเพื่อฟอกขาวและฆ่าเชื้อแป้งไนโตรเจนไตรโบรไมด์₍ NBr₃ ) ซึ่งถูกเตรียมขึ้นครั้งแรกในปี 1975 เป็นของแข็งสีแดงเข้ม ไวต่ออุณหภูมิ ระเหยง่าย และระเบิดได้แม้ที่อุณหภูมิ −100 °C ไนโตรเจนไตรไอโอไดด์ (NI₃ ₎มีความไม่เสถียรยิ่งกว่าและถูกเตรียมขึ้นในปี 1990 เท่านั้น สารประกอบของมันกับแอมโมเนีย ซึ่งเป็นที่รู้จักกันมาก่อนหน้านี้ มีความไวต่อแรงกระแทกมาก สามารถจุดติดได้เพียงแค่สัมผัสขนนก กระแสลมที่เปลี่ยนแปลง หรือแม้แต่รังสีอัลฟา^{[ 9 ] [ 10 ]}ด้วยเหตุนี้ จึงมีการสังเคราะห์ไนโตรเจนไตรไอโอไดด์ในปริมาณเล็กน้อยเพื่อสาธิตให้กับนักเรียนเคมีระดับมัธยมปลาย หรือเพื่อเป็นการแสดง "มายากลเคมี" ^{[ 11 ]}คลอรีนอะไซด์ (ClN ₃ ) และโบรมีนอะไซด์ (BrN ₃ ) มีความไวต่อการระเบิดสูงมาก^{[ 12 ] [ 13 ]}

ไนโตรเจนออกโซเฮไลด์สองชุดที่เป็นที่รู้จัก ได้แก่ ไนโตรซิลเฮไลด์ (XNO) และไนทริลเฮไลด์ (XNO₂ ₎ชุดแรกเป็นก๊าซที่มีปฏิกิริยาสูงมาก ซึ่งสามารถผลิตได้โดยการเติมฮาโลเจนลงในไนตรัสออกไซด์โดยตรงไนโตรซิลฟลูออไรด์ (NOF) ไม่มีสีและเป็นสารฟลูออริเนตที่มีฤทธิ์แรง ไนโตรซิลฟลูออไรด์สามารถทำปฏิกิริยากับฟลูออรีนต่อไปเพื่อสร้างไนโตรเจนออกไซด์ไตรฟลูออไรด์^{[ 14 ]}ซึ่งเป็นสารฟลูออริเนตที่มีฤทธิ์แรงเช่น กัน ไนโตรซิลคลอไรด์ (NOCl) มีพฤติกรรมในลักษณะเดียวกันและมักใช้เป็นตัวทำละลายไอออนไนซ์ ไนโตรซิลโบรไมด์ (NOBr) มีสีแดง ปฏิกิริยาของไนทริลเฮไลด์ส่วนใหญ่คล้ายคลึงกัน ได้แก่ไนทริลฟลูออไรด์ (FNO₂ ₎และไนทริลคลอไรด์ (ClNO₂ ₎ซึ่งเป็นก๊าซที่มีปฏิกิริยาสูงและเป็นสารฮาโลเจนที่มีฤทธิ์แรงเช่นกัน^{[ 9 ]}

ไนโตรเจนสร้างออกไซด์โมเลกุลได้เก้าชนิด ซึ่งบางชนิดเป็นก๊าซกลุ่มแรกที่ถูกระบุ ได้แก่ N₂O ₍ไน_ตรัสออกไซด์ ), NO ( ไนตริกออกไซด์ ), N₂O₃ ₍ได_{ไนโตรเจน}ไตรออกไซด์ ), NO₂ ₍ไนโตรเจนไดออกไซด์₎ , _N₂O₄ ( ไดไนโตรเจนเตตรอก ไซด์ ), N₂O₅ ( ไดไนโตรเจนเพนทอกไซด์ ), N₄O ₍ไน โตร ซิ_ลอะไซด์ ) ^{[ 15 ]}และ N(NO₂ ₎ ₃ ₍ไตรไนตราไมด์ ) [ ^{16 ] ออกไซด์}ทั้งหมดไม่เสถียรต่อความร้อนและสลายตัวเป็นธาตุต่างๆ ออกไซด์อีกชนิดหนึ่งที่ยังไม่ได้รับการสังเคราะห์คือออกซาเตตราโซล (N₄O ₎ซึ่งเป็นวงแหวนอะโรมาติก^{[ 15 ]}

ไนตรัสออกไซด์ (N₂O ₎หรือที่รู้จักกันดีในชื่อก๊าซหัวเราะ ผลิตได้จากการสลายตัวด้วยความร้อนของแอมโมเนียมไนเตรต หลอมเหลว ที่อุณหภูมิ 250 องศาเซลเซียส นี่เป็นปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน ดังนั้นจึงมีไนตริกออกไซด์และไนโตรเจนเป็นผลพลอยได้ โดยส่วนใหญ่ใช้เป็นสารขับดันและสารเติมอากาศสำหรับวิปครีมกระป๋องแบบสเปรย์และในอดีตเคยใช้เป็นยาสลบ ถึงแม้จะดูคล้ายกัน แต่ก็ไม่สามารถถือได้ว่าเป็นแอนไฮไดรด์ของกรดไฮโปไนตรัส (H₂N₂O₂ ₎เพราะกรด_{นั้นไม่}ได้เกิดขึ้นจากการละลายของไนตรัสออกไซด์ในน้ำ มันค่อนข้างไม่ทำปฏิกิริยา (ไม่ทำปฏิกิริยากับฮาโลเจน โลหะอัลคาไล หรือโอโซนที่อุณหภูมิห้อง แม้ว่าปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้นเมื่อได้รับความร้อน) และมีโครงสร้างที่ไม่สมมาตร N–N–O (N≡N ⁺ O ⁻ ↔ ⁻ N=N ⁺ =O): เหนือ 600 °C มันจะแตกตัวโดยการแตกพันธะ N–O ที่อ่อนกว่า^{[ 15 ]} ไนตริกออกไซด์ (NO) เป็นโมเลกุลที่เสถียรที่ง่ายที่สุดที่มีอิเล็กตรอนจำนวนคี่ ในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม รวมถึงมนุษย์ มันเป็นโมเลกุลส่งสัญญาณ เซลล์ที่สำคัญ ที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางสรีรวิทยาและพยาธิวิทยาหลายอย่าง^{[ 17 ]}มันเกิดขึ้นจากการออกซิเดชันแบบเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนีย มันเป็นก๊าซพาราแมกเนติกที่ไม่มีสี ซึ่งไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์ จึงสลายตัวเป็นก๊าซไนโตรเจนและออกซิเจนที่ 1100–1200 °C พันธะของมันคล้ายกับพันธะในไนโตรเจน แต่มีอิเล็กตรอนเพิ่มอีกหนึ่งตัวเข้าไปใน ออร์บิทัลแอนติบอนดิง π * ดังนั้นอันดับพันธะจึงลดลงเหลือประมาณ 2.5 ดังนั้นการเกิดไดเมอร์เป็น O=N–N=O จึงไม่เป็นที่พึงประสงค์ ยกเว้นที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือด (ซึ่งไอโซเมอร์ซิสจะมีเสถียรภาพมากกว่า) เพราะมันไม่ได้เพิ่มอันดับพันธะโดยรวม และเนื่องจากอิเล็กตรอนที่ไม่มีคู่จะกระจายตัวไปทั่วโมเลกุล NO ทำให้มีเสถียรภาพ นอกจากนี้ยังมีหลักฐานสำหรับไดเมอร์สีแดงแบบไม่สมมาตร O=N–O=N เมื่อไนตริกออกไซด์ควบแน่นกับโมเลกุลที่มีขั้ว มันทำปฏิกิริยากับออกซิเจนเพื่อให้ได้ไนโตรเจนไดออกไซด์สีน้ำตาล และกับฮาโลเจนเพื่อให้ได้ไนโตรซิลเฮไลด์ นอกจากนี้ยังทำปฏิกิริยากับสารประกอบโลหะทรานซิชันเพื่อให้ได้ไนโตรซิลคอมเพล็กซ์ ซึ่งส่วนใหญ่มีสีเข้ม^{[ 15 ]}

ไดไนโตรเจนไตรออกไซด์สีน้ำเงิน (N₂O₃ _{) มีอยู่เฉพาะในรูปของแข็งเท่านั้น เนื่องจากมันจะสลาย ตัวอย่าง}รวดเร็วเหนือจุดหลอมเหลว ทำให้เกิดไนตริกออกไซด์ ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO₂ ) _และไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์ (N₂O₄ ) _{สารประกอบสอง}ชนิดหลังนี้ค่อนข้างยากที่จะศึกษาแยกกัน เนื่องจากสมดุลระหว่างกัน แม้ว่าบางครั้งไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์สามารถทำปฏิกิริยาโดยการแตกตัวแบบเฮเทอโรไลติกเพื่อสร้างไนโตรโซเนียมและไนเตรตในตัวกลางที่มีค่าคงที่ไดอิเล็กตริกสูง ไนโตรเจนไดออกไซด์เป็นก๊าซสีน้ำตาลที่มีกลิ่นฉุนและกัดกร่อน สารประกอบทั้งสองชนิดสามารถเตรียมได้ง่ายโดยการสลายตัวของโลหะไนเตรตแห้ง ทั้งสองชนิดทำปฏิกิริยากับน้ำเพื่อสร้างกรดไนตริก ไดไนโตรเจนเตตรอกไซด์มีประโยชน์มากสำหรับการเตรียมโลหะไนเตรตปราศจากน้ำและสารประกอบไนเตรตเชิงซ้อน และกลายเป็นสารออกซิไดเซอร์ที่เก็บรักษาได้ซึ่งเป็นที่นิยมสำหรับจรวดหลายชนิดทั้งในสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียตในช่วงปลายทศวรรษ 1950 เนื่องจากเป็นเชื้อเพลิงไฮเปอร์โกไลต์ที่ใช้ร่วมกับเชื้อเพลิงจรวด ที่มี ไฮดราซีนเป็น ส่วนประกอบ และสามารถจัดเก็บได้ง่ายเพราะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง^{[ 15 ]}

ไดไนโตรเจนเพนทอกไซด์ (N₂O₅) ที่ไม่เสถียรต่อความร้อนและมีปฏิกิริยาสูงมาก_{เป็นแอ}นไฮไดรด์ของกรดไนตริกและสามารถสร้างขึ้นได้จากการกำจัดน้ำด้วยฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์เป็นที่น่าสนใจสำหรับการเตรียมวัตถุระเบิด^{[ 18 ]}เป็น ของแข็งผลึก ใสไม่มีสีที่ดูดความชื้นและไวต่อแสง ในสถานะของแข็งเป็นไอออนิกที่มีโครงสร้าง [NO₂ _] ⁺ ^[ NO₃ _] ⁻ ^;ในสถานะแก๊สและในสารละลายเป็นโมเลกุล O₂N _– O–NO₂ _การเติมน้ำเพื่อสร้างกรดไนตริกเกิดขึ้นได้ง่าย เช่นเดียวกับปฏิกิริยาที่คล้ายกันกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ให้กรดเปอร์ออกซิไนตริก (HOONO₂ ₎เป็นสารออกซิไดซ์ที่รุนแรง ไดไนโตรเจนเพนทอกไซด์ในสถานะแก๊สสลายตัวดังนี้: ^{[ 15 ]}

N ₂ O ₅ ⇌ ไม่₂ + ไม่₃ → ไม่₂ + O ₂ + ไม่

N₂O₅ + _NO ⇌ _{3 NO₂}

กรดออกโซไนโตรเจนหลายชนิดเป็นที่รู้จัก แม้ว่าส่วนใหญ่จะไม่เสถียรในรูปสารประกอบบริสุทธิ์และรู้จักกันเฉพาะในรูปสารละลายในน้ำหรือเกลือเท่านั้นกรดไฮโปไนตรัส (H₂N₂O₂ ₎เป็น_{กรดได}โปรติกอ่อนที่มีโครงสร้าง HON=NOH (pKa₁ 6.9 _, pKa₂ 11.6 ₎สารละลายที่เป็นกรดค่อนข้างเสถียร แต่เหนือ pH 4 จะเกิดการสลายตัวโดยเบสเร่งปฏิกิริยาผ่าน [HONNO] ^⁻ไปเป็นไนตรัสออกไซด์และแอนไอออนไฮดรอกไซด์ ไฮโปไนไตรต์(เกี่ยวข้องกับN)₂โอ²⁻ ₂แอนไอออน) มีเสถียรภาพต่อสารลดแรงตึงผิวและโดยทั่วไปมักทำหน้าที่เป็นสารลดแรงตึงผิวเอง พวกมันเป็นขั้นตอนกลางในการออกซิเดชันของแอมโมเนียเป็นไนไตรต์ ซึ่งเกิดขึ้นในวัฏจักรไนโตรเจน ไฮโปไนไตรต์สามารถทำหน้าที่เป็นลิแกนด์ไบเดนเตตแบบเชื่อมโยงหรือคีเลตได้^{[ 19 ]}

กรดไนตรัส (HNO₂ ₎ไม่เป็นที่รู้จักในรูปสารประกอบบริสุทธิ์ แต่เป็นส่วนประกอบทั่วไปในสมดุลของก๊าซและเป็นรีเอเจนต์ในน้ำที่สำคัญ: สารละลายในน้ำของกรดไนตรัสสามารถเตรียมได้จากการเติมกรดลงในสารละลายไนไตรต์ ( NO₂) ที่เย็นแล้ว⁻ ₂สารละลาย (ที่โค้งงอ) แม้ว่าจะอยู่ในอุณหภูมิห้องแล้วก็ตาม การเกิดปฏิกิริยาไม่สมดุลเป็นไนเตรตและไนตริกออกไซด์ยังคงมีนัยสำคัญ เป็นกรดอ่อนที่มีค่า pKa 3.35 _ที่ 18 °C สามารถวิเคราะห์ได้โดยการ ไทเทรตโดยการออกซิเดชันเป็นไนเตรตด้วยเปอร์ แมงกาเนตสามารถรีดิวซ์เป็นไนตรัสออกไซด์และไนตริกออกไซด์ได้ง่ายด้วยซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นกรดไฮโปไนตรัสด้วยดีบุก (II) และเป็นแอมโมเนียด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์เกลือของ ไฮดรา ซิเนียมN₂ชม⁺ ₅ทำปฏิกิริยากับกรดไนตรัสเพื่อผลิตอะไซด์ซึ่งทำปฏิกิริยาต่อไปเพื่อให้ได้ไนตรัสออกไซด์และไนโตรเจน โซเดียมไนไตรต์เป็นพิษเล็กน้อยที่ความเข้มข้นสูงกว่า 100 มก./กก. แต่มักใช้ในปริมาณเล็กน้อยเพื่อถนอมเนื้อสัตว์และเป็นสารกันบูดเพื่อป้องกันการเน่าเสียจากแบคทีเรีย นอกจากนี้ยังใช้ในการสังเคราะห์ไฮดรอกซีลามีนและไดอะโซไทเซชันอะมีนอะโรมาติกปฐมภูมิ ดังนี้: ^{[ 19 ]}

ArNH ₂ + HNO ₂ → [ArNN]Cl + 2 H ₂ O

ไนไตรต์เป็นลิแกนด์ทั่วไปที่สามารถประสานงานได้ห้าวิธี วิธีที่พบมากที่สุดคือไนโตร (พันธะจากไนโตรเจน) และไนไตรโต (พันธะจากออกซิเจน) ไอโซเมอริซึมไนโตร-ไนไตรโตพบได้ทั่วไป โดยรูปแบบไนไตรโตมักจะมีเสถียรภาพน้อยกว่า^{[ 19 ]}

กรดไนตริก (HNO₃ ₎เป็นกรดออกโซไนโตรเจนที่สำคัญที่สุดและเสถียรที่สุด เป็นหนึ่งในสามกรดที่ใช้มากที่สุด (อีกสองกรดคือกรดซัลฟิวริกและกรดไฮโดรคลอริก ) และถูกค้นพบครั้งแรกโดยนักเล่นแร่แปรธาตุในศตวรรษที่ 13 กรดไนตริกผลิตได้โดยการออกซิเดชันแบบเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนียเป็นไนตริกออกไซด์ ซึ่งถูกออกซิไดซ์เป็นไนโตรเจนไดออกไซด์ แล้วละลายในน้ำเพื่อให้ได้กรดไนตริกเข้มข้น ในสหรัฐอเมริกามีการผลิตกรดไนตริกมากกว่าเจ็ดล้านตันต่อปี ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตไนเตรตสำหรับปุ๋ยและวัตถุระเบิด รวมถึงการใช้งานอื่นๆ กรดไนตริกปราศจากน้ำสามารถผลิตได้โดยการกลั่นกรดไนตริกเข้มข้นกับฟอสฟอรัสเพนทอกไซด์ที่ความดันต่ำในอุปกรณ์แก้วในที่มืด สามารถสร้างได้เฉพาะในสถานะของแข็งเท่านั้น เพราะเมื่อหลอมเหลวจะสลายตัวเป็นไนโตรเจนไดออกไซด์โดยธรรมชาติ และกรดไนตริกเหลวจะเกิดการแตกตัวเป็นไอออนเองในระดับที่มากกว่าของเหลวโคเวเลนต์อื่น ๆ ดังต่อไปนี้: ^{[ 19 ]}

2 HNO ₃ ⇌ H₂เลขที่⁺ ₃+ ไม่⁻ ₃⇌ H ₂ O + [NO ₂ ] ⁺ + [NO ₃ ] ⁻

ไฮเดรตสองชนิด ที่ทราบกันดีว่าสามารถตกผลึกได้คือHNO ₃ ·H ₂ O และ HNO ₃ ·3H _{2 O กรดชนิดนี้เป็นกรดแก่ และสารละลายเข้มข้นเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง แม้ว่า} ทองคำแพลทินัมโรเดียมและอิริเดียมจะไม่ถูกโจมตีก็ตาม สารละลายผสมกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นและกรดไนตริกในอัตราส่วน 3:1 ที่เรียกว่า อควาเรเจียมีความแรงกว่าและสามารถละลายทองคำและแพลทินัมได้สำเร็จ เนื่องจากมีการสร้างคลอรีนอิสระและไนโตรซิลคลอไรด์ และไอออนคลอไรด์สามารถสร้างสารเชิงซ้อนที่แข็งแรงได้ ในกรดซัลฟิวริกเข้มข้น กรดไนตริกจะถูกโปรตอนเพื่อสร้างไนโตรเนียมซึ่งสามารถทำหน้าที่เป็นอิเล็กโทรไฟล์สำหรับการไนเตรชั่นของอะโรมาติกได้: ^{[ 19 ]}

HNO₃ + 2 _{H₂SO₄ ⇌} NO_​​⁺ ₂+ H ₃ O ⁺ + 2 HSO⁻ ₄

เสถียรภาพทางความร้อนของไนเตรต (ซึ่งเกี่ยวข้องกับ NOที่เป็นระนาบสามเหลี่ยม )⁻ ₃แอนไอออน) ขึ้นอยู่กับความเป็นเบสของโลหะ และผลิตภัณฑ์ของการสลายตัว (เทอร์โมไลซิส) ก็เช่นกัน ซึ่งอาจแตกต่างกันไประหว่างไนไตรต์ (เช่น โซเดียม) ออกไซด์ (โพแทสเซียมและตะกั่ว ) หรือแม้แต่โลหะเอง ( เงิน ) ขึ้นอยู่กับความเสถียรสัมพัทธ์ของพวกมัน ไนเตรตยังเป็นลิแกนด์ทั่วไปที่มีโหมดการประสานงานหลายแบบ^{[ 19 ]}

สุดท้ายนี้ แม้ว่ากรดออร์โธไนตริก ( _{H₃NO₄ )}ซึ่งคล้ายคลึงกับกรดออร์โธฟอสฟอริก จะ ไม่มีอยู่จริง แต่ไอออนออร์โธไนเตรต แบบทรงสี่หน้า NO₃⁻ ก็มี อยู่จริง³⁻ ₄เป็นที่รู้จักในเกลือโซเดียมและโพแทสเซียม: ^{[ 19 ]}

${\displaystyle {\ce {NaNO3{}+Na2O->[{\ce {Ag~crucible}}][{\ce {300^{\circ }C~for~7days}}]Na3NO4}}}$

เกลือผลึกสีขาวเหล่านี้ไวต่อไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศมาก: ^{[ 19 ]}

นา₃ NO ₄ + H ₂ O + CO ₂ → NaNO ₃ + NaOH + NaHCO ₃

แม้ว่าจะมีเคมีที่จำกัด แต่ไอออนออร์โธไนเตรตก็มีความน่าสนใจจากมุมมองโครงสร้างเนื่องจากรูปร่างทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าปกติและความยาวพันธะ N–O ที่สั้น ซึ่งบ่งชี้ถึงลักษณะขั้วที่สำคัญของพันธะ^{[ 19 ]}

ไนโตรเจนเป็นหนึ่งในธาตุที่สำคัญที่สุดในเคมีอินทรีย์ หมู่ฟังก์ชันอินทรีย์หลายชนิดมีพันธะคาร์บอน-ไนโตรเจนเช่นเอไมด์ (RCONR ₂ ), เอมีน (R ₃ N), อิมิน (RC(=NR)R), อิมิด ((RCO) ₂ NR), อะไซด์ (RN ₃ ), สารประกอบเอโซ (RN ₂ R) , ไซยาเนตและไอโซไซยาเนต (ROCN หรือ RCNO), ไนเตรต (RONO ₂ ), ไนไตรล์และไอโซไนไตรล์ (RCN หรือ RNC), ไนไตรต์ (RONO), สารประกอบไนโตร (RNO ₂ ), สารประกอบไนโตรโซ (RNO), ออกซิม (RCR=NOH) และ อนุพันธ์ของ ไพริดีนพันธะ C–N มีขั้วสูงไปทางไนโตรเจน ในสารประกอบเหล่านี้ ไนโตรเจนมักจะเป็นไตรวาเลนต์ (แม้ว่าจะเป็นเตตระวาเลนต์ในเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารี R ₄ N ⁺ก็ตาม) โดยมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวที่สามารถทำให้สารประกอบมีฤทธิ์เป็นเบสได้โดยการประสานกับโปรตอน ปัจจัยอื่นๆ อาจหักล้างกันได้ เช่น เอไมด์ไม่มีฤทธิ์เป็นเบสเพราะอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวถูกกระจายไปยังพันธะคู่ (แม้ว่าอาจมีฤทธิ์เป็นกรดที่ค่า pH ต่ำมาก เนื่องจากมีโปรตอนที่ออกซิเจน) และไพร์โรลไม่มีฤทธิ์เป็นเบสเพราะอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวถูกกระจายเป็นส่วนหนึ่งของวงแหวนอะโรมาติก^{[ 20 ]}ปริมาณไนโตรเจนในสารเคมีสามารถกำหนดได้โดยวิธีKjeldahl ^{[ 21 ]}โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ไนโตรเจนเป็นองค์ประกอบสำคัญของกรดนิวคลีอิกกรดอะมิโนและโปรตีนรวมถึงโมเลกุลที่นำพาพลังงานอย่างอะดีโนซีนไตรฟอสเฟตดังนั้นจึงมีความสำคัญต่อสิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลก^{[ 20 ]}

• สารประกอบโบรอน
• ไนเตรต
• สารประกอบคาร์บอน