Nitrogen

Sifat utama

Nitrogen ialah bukan logam, dengan keelektronegatifan 3.0.  Ia mempunyai 5 elektron pada petala luarnya, maka adalah trivalen pada kebanyakan sebatian. Nitrogen tulen adalah gas dwiatom tak berwarna dan tak reaktif pada suhu bilik, dan merangkumi 78.08% kandungan atmosfera Bumi. Ia meluwap pada 77 K pada tekanan atmosfera dan membeku pada 63 K. Cecair nitrogen merupakan kriogen biasa.

Sebatian nitrogen

Nitrogen molekul dalam atmosfera adalah secara relatifnya tak reaktif, tetapi dalam alam semulajadi ia dengan perlahan ditukar menjadi sebatian berguna dalam biologi (dan industri) oleh sesetengah organisma, lebih jelas pada sesetengah bakteria (lihat peranan biologi di bawah). Kebolehan untuk menggabungkan atau mengikat nitrogen adalah merupakan ciri utama kimia perindustrian moden, di mana nitrogen dan gas asli ditukar menjadi ammonia melalui Proses Haber. Ammonia pula boleh digunakan secara terus (terutamanya sebagai baja), atau sebagai bahan mentah kepada kebanyakan hasil seperti bahan letupan, kebanyakannya melalui penghasilan asid nitrik dalam proses Ostwald. 
Garam-garam asid nitrik termasuklah sebatian penting seperti kalium nitrat dan ammonium nitrat, sejenis baja penting. Pelbagai jenis sebatian organik bernitrat lain, seperti nitrogliserin dan trinitrotoluena, digunakan sebagai bahan letupan. Asid nitrik digunakan sebagai bahan pengoksida dalam roket bahan api cecair. Hidrazina dan terbitan hidrazina digunakan sebagai bahan api roket.

Sejarah

Nitrogen (Latin nitrum, Bahasa Yunani Nitron bermaksud "soda asli", "gen", "pembentukan") secara rasminya dianggap dijumpai oleh Daniel Rutherford pada 1772, yang memanggilnya udara beracun atau udara tetap. Pengetahuan bahawa terdapat pecahan udara yang tidak membantu dalam pembakaran telah diketahui oleh ahli kimia semenjak akhir kurun ke-18 lagi. Nitrogen juga dikaji pada masa yang lebih kurang sama oleh Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish, dan Joseph Priestley, yang menggelarnya sebagai udara terbakar atau udara telah flogistat. Gas nitrogen adalah cukup lengai sehingga dinamakan oleh Antoine Lavoisier sebagai azote, daripada perkataan Yunani αζωτος yang bermaksud "tak bernyawa".  Istilah tersebut telah menjadi nama kepada nitrogen dalam perkataan Perancis dan kemudiannya merebak ke bahasa-bahasa lain.
Sebatian nitrogen diketahui semenjak Zaman Pertengahan Eropah. Ahli alkimia mengetahui asid nitrik sebagai aqua fortis. Campuran asid hidroklorik dan asid nitrik dinamakan akua regia, yang disanjung kerana kebolehannya untuk melarutkan emas. Kegunaan sebatian nitrogen dalam bidang pertanian dan perusahaan yang terawal ialah dalam bentuk kalium nitrat,terutamanya dalam penghasilan serbuk peledak (garam mesiu), dan kemudiannya, sebagai baja dan juga stok makanan ternakan kimia.

Ragam kewujudan

Nitrogen ialah satu-satunya juzuk terbanyak dalam atmosfera (78.084% secara isipadu, 75.5% secara berat) 
dan diperoleh untuk kegunaan perindustrian daripada penyulingan berperingkat udara cecair atau melalui cara mekanikal gas udara (iaitu membran osmosis songsang bertekanan atau penjerapan buaian tekanan).
Sebatian yang mengandungi unsur ini telah dikesan dalam ruang angkasa lepas. ¹⁴Nitrogen dihasilkan sebagai sebahagian daripada proses pelakuran pada bintang-bintang. Nitrogen merupakan komponen dalam buangan haiwan ternakan (sebagai contoh, guano), biasanya dalam bentuk urea, asid urik, dan sebatian-sebatian produk bernitrogen lain.
Molekul nitrogen merupakan juzuk atmosfera Titan dan juga dikesan dalam ruang angkasa antara najam oleh David Knauth dan pekerja sejawatnya menggunakan Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer.

Sebatian

Hidrida utama nitrogen ialah ammonia (NH₃) walaupun hidrazina (N₂H₄) juga diketahui ramai.  Ammonia ialah lebih bes daripada air, dan dalam larutan membentuk ion ammonium (NH₄⁺).  Cecair ammonia sebenarnya sedikit amfiprotik dan membentuk ion ammonium dan amida (NH₂⁻); kedua-dua garam amida dan nitrida (N³⁻) diketahui, tetapi mengurai dalam air. 
Sebatian penggantian tunggal atau kembar ammonia dipanggil amina. Rantai, cincin atau struktur hidrida nitrogen yang lebih besar juga diketahui tetapi adalah tak stabil. 
Lain-lain kelas anion nitrogen ialah azida (N₃⁻), yang merupakan linear dan isoelektronik kepada karbon dioksida. Molekul lain dengan struktur yang sama ialah dinitrogen monoksida (N₂O), atau gas ketawa.  Ini merupakan salah satu daripada bermacam jenis oksida, yang paling utama ialah nitrogen monoksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO₂), di mana kedua-dua mengandungi elektron tak berpasangan.  Nitrogen dioksida menunjukkan kecenderungan untuk membentuk dimer dan merupakan juzuk penting dalam asbut.
Oksida yang lebih standard, dinitrogen triosida (N₂O₃) dan dinitrogen pentoksida (N₂O₅), adalah agak kurang stabil dan mudah meletup.  Asid-asid yang berpadanan adalah asid nitrus (HNO₂) dan asid nitrik (HNO₃), dan garam yang berpadanan adalah nitrit dan nitrat. Asid nitrik adalah salah satu daripada asid-asid yang lebih kuat daripada hidronium.

Peranan biologi

Nitrogen merupakan juzuk penting dalam asid amino dan asid nukleik, dan ini menjadikan nitrogen penting bagi semua hidupan. Kekacang seperti kacang soya, boleh mendapat semula nitrogen secara terus daripada atmosfera keran akarnya mempunyai nodul yang menyimpan mikrob yang melakukan penukaran kepada ammonia dalam proses yang dinamakan pengikatan nitrogen. Kekacang seterusnya akan menukarkan ammonia menjadi oksida-oksida nitrogen dan asid amino untuk menghasilkan protein.

Isotop

Tredapat dua isotop stabil: ¹⁴N dan ¹⁵N. Isotop yang paling banyak ialah ¹⁴N (99.634%), yang dihasilkan dalam kitar CNO dalam bintang-bintang dan yang selebihnya itu ialah ¹⁵N. Di antara sepuluh isotop yang dihasilkan secara sintetik, ¹³N mempunyai separuh hayat selama 9 minit dan yang selebihnya adalah pada tertib saat atau lebih kecil daripada itu.
Tindak balas perantaraan biologi (contoh asimilasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi) mengawal atur ketat dinamik nitrogen di dalam tanah. Tindakbalas-tindakbalas ini sering mengakibatkan pengayaan ¹⁵N substrat and penyusutan produk tersebut. Walaupun pemendakan sering kali mengandungi kandungan ammonium and nitrat, tetapi oleh kerana ammonium lebih digemari untuk dikekalkan pada kanopi berbanding dengan nitrat atmosfera, kebanyakan nitrogen atmosfera yang sampai ke permukaan tanah adalah dalam bentuk nitrat. Nitrat tanah adalah lebih digemari untuk diasimilasikan oleh akar pokok berbanding dengan ammonium tanah.

Langkah berhati-hati

Kumbahan baja nitrat merupakan punca utama pencemaran air sungai dan air bawah tanah. Sebatian yang mengandungi siano (-CN) menghasilkan garam yang sangat beracun dan boleh membawa maut kepada hampir semua mamalia dan hidupan akuatik.