Nitrogen
(84pm) dan karbon (76pm), tetapi lebih besar daripada oksigen (66pm) dan fluor (57pm). Anion nitrida, N3 jauh lebih besar, 146pm, serupa dengan anion oksida (O2: 140pm) dan fluorida (F: 133pm). Tiga energi ionisasi pertama nitrogen masing-masing 1.402; 2.856; dan 4.577MJmol-1, dan jumlah dari energi ionisasi keempat dan kelima
adalah 16.920MJmol-1. Nitrogen tidak memiliki kimia kation sederhana, karena angka yang sangat tinggi ini.
Kurangnya nodus radial di subkelopak 2p secara langsung bertanggung jawab atas banyak sifat anomali dari baris pertama blok-p, terutama pada nitrogen, oksigen, dan fluor. Subkelopak 2p sangat kecil dan memiliki radius yang sangat mirip dengan kelopak 2s, sehingga memfasilitasi hibridisasi orbital. Hal ini juga menghasilkan gaya tarik elektrostatik yang sangat besar antara inti dan elektron valensi pada kelopak
2s dan 2p, menghasilkan elektronegativitas yang sangat tinggi. Hipervalensi hampir tidak dikenal dalam unsur 2p dengan alasan yang sama, karena elektronegativitas yang tinggi menyulitkan atom nitrogen kecil untuk menjadi atom sentral pada ikatan empat elektron tiga pusat yang kaya elektron karena akan cenderung menarik elektron dengan kuat pada dirinya sendiri. Jadi, terlepas
dari posisi nitrogen di kepala golongan 15 tabel periodik, kimianya menunjukkan perbedaan yang sangat besar daripada kongenernya yang lebih berat fosforus, arsen, antimon, dan bismut.
Nitrogen dapat bermanfaat dibandingkan dengan tetangga horisontalnya karbon dan oksigen serta tetangga vertikalnya pada kolom pniktogen (fosforus, arsen, antimon, dan bismut). Meskipun masing-masing unsur periode 2 dari litium sampai nitrogen menunjukkan beberapa kemiripan dengan unsur periode 3 pada golongan berikutnya dari magnesium hingga belerang (dikenal sebagai hubungan diagonal), derajat mereka turun dengan tiba-tiba
melewati pasangan boron-silikon, sehingga kesamaan nitrogen dengan belerang sebagian besar terbatas pada senyawa cincin nitrida belerang ketika dari kedua unsur tersebut hanya satu yang ada. Nitrogen jauh lebih menyerupai oksigen daripada karbon dengan elektronegativitas tinggi seiring dengan kemampuannya untuk berikatan hidrogen sekaligus membentuk kompleks koordinasi dengan menyumbangkan
pasangan elektron sunyinya. Ini tidak berbagi kecenderungan karbon untuk katenasi, dengan rantai nitrogen terpanjang yang belum ditemukan hanya terdiri dari delapan atom nitrogen (PhN=N-N (Ph)-N=N-N (Ph)-N=NPh). Satu sifat nitrogen yang dibagi dengan kedua tetangga horisontalnya adalah ciri khasnya membentuk beberapa ikatan, biasanya dengan atom karbon, nitrogen, atau
oksigen, melalui interaksi p-p; dengan demikian, misalnya, nitrogen terjadi sebagai molekul diatomik dan karenanya memiliki titik leleh (210 °C) dan didih (196 °C) yang jauh lebih rendah daripada unsur lainnya yang segolongan, karena molekul N2 hanya disatukan oleh interaksi van Der Waals yang lemah dan hanya ada sedikit elektron yang tersedia untuk
seketika menciptakan dipol yang signifikan. Sifat ini tidak mungkin bagi tetangga vertikalnya; dengan demikian, senyawa nitrogen oksida, nitrit, nitrat, nitro-, nitroso-, azo-, dan diazo-, azida, sianat, tiosianat, dan turunan imino tidak menggema ke fosforus, arsen, antimon, atau bismut. Namun, dengan cara yang sama, kompleksitas asam okso fosforus tidak menggema dengan nitrogen.
Nitrogen memiliki dua isotop stabil: 14N dan 15N. Isotop pertama jauh lebih umum, menyusun 99.634% nitrogen alami, dan yang kedua (yang sedikit lebih berat) sisanya 0.366%. Hal ini menyebabkan berat atomnya menjadi sekitar 14.007u. Kedua isotop stabil ini diproduksi melalui siklus CNO dalam bintang, namun 14N lebih umum terjadi karena tangkapan neutronnya adalah langkah pembatas laju.14N
adalah salah satu dari lima nuklida ganjil-ganjil yang stabil (suatu nuklida yang memiliki jumlah proton dan neutron ganjil); empat lainnya adalah 2H, 6Li, 10B, dan 180mTa.
Kelimpahan relatif 14N dan 15N hampir konstan di atmosfer tetapi dapat bervariasi di tempat lain, karena fraksinasi isotop alami dari reaksi redoks biologis dan penguapan amonia atau asam nitrat alami. Reaksi yang dimediasi secara biologis (misalnya, asimilasi, nitrifikasi, dan denitrifikasi) sangat mengendalikan dinamika nitrogen di dalam tanah. Reaksi ini biasanya menghasilkan pengayaan 15N dari substrat dan penipisan produk.
Isotop berat 15N pertama kali ditemukan oleh S.M. Naudé pada tahun 1929, tidak lama setelah ditemukan isotop berat unsur tetangganya, oksigen dan karbon. Ini menyajikan salah satu tangkapan neutron termal terendah dari semua isotop. 15N sering digunakan dalam spektroskopi resonansi magnet inti (NMR) untuk menentukan struktur molekul yang mengandung nitrogen, karena spin inti fraksionalnya
adalah satu setengah, yang menawarkan keuntungan untuk NMR seperti lebar garis yang lebih sempit. 14N, meskipun secara teoretis juga dapat digunakan, memiliki spin nuklir bulat dan dengan demikian memiliki momen quadrupol yang mengarah pada spektrum yang lebih luas dan kurang bermanfaat. NMR 15N tetap memiliki komplikasi yang tidak ditemui pada spektroskopi NMR yang lebih
tinggi, 1H dan 13C. Kelimpahan alami 15N yang rendah (0.36%) secara signifikan mengurangi sensitivitas, masalah yang hanya diperparah oleh rasio giromagnetik yang rendah, (hanya 10.14% dari 1H). Alhasil, signal-to-noise ratio untuk 1H sekitar 300 kali lipat lebih besar daripada 15N pada kekuatan medan magnet yang sama. Hal ini dapat agak dikurangi dengan pengayaan isotop 15N melalui
pertukaran kimia atau distilasi fraksional. Senyawa yang diperkaya 15N memiliki keuntungan bahwa dalam kondisi standar, mereka tidak mengalami pertukaran kimiawi atom nitrogen mereka dengan nitrogen di atmosfer, tidak seperti senyawa dengan isotop hidrogen, karbon, dan oksigen berlabel yang harus dijauhkan dari atmosfer. Rasio 15N:14N umum digunakan dalam analisis isotop stabil di bidang geokimia, hidrologi, paleoklimatologi dan paleoseanografi, yang disebut 15N.
Dari sepuluh isotop lain yang dihasilkan secara sintetis, mulai dari 12N sampai 23N, 13N memiliki waktu paruh sepuluh menit dan isotop sisanya memiliki waktu paruh dalam kisaran detik (16N dan 17N) atau bahkan milidetik. Tidak ada isotop nitrogen lain yang mungkin terjadi karena mereka akan berada di luar garis tetesan nuklir, yang mengeluarkan proton atau neutron. Mengingat selisih
waktu paruhnya, 13N adalah radioisotop nitrogen yang paling penting, umurnya cukup panjang untuk digunakan dalam tomografi emisi positron (positron emission tomography, PET), meskipun waktu paruhnya masih pendek maka harus dibuat di lokasi PET, misalnya dalam siklotron dengan cara 16O dibombardir dengan proton yang menghasilkan 13N dan partikel alfa.
Radioisotop 16N adalah radionuklida yang dominan di dalam pendingin reaktor air bertekanan atau reaktor air didih selama operasi normal, dan dengan demikian ini adalah indikator kebocoran yang sensitif dan cepat dari sistem pendingin utama ke siklus uap sekunder, dan merupakan alat pendeteksi utama kebocoran tersebut. 16N dihasilkan dari 16O (dalam air) melalui reaksi (n,p) dimana atom 16O menangkap
sebuah neutron dan melepas sebuah proton. Ini memiliki waktu paruh pendek sekitar 7.1 detik, tetapi selama peluruhannya kembali ke 16O menghasilkan radiasi gamma berenergi tinggi (5 sampai 7 MeV). Oleh karena itu, akses ke pipa pendingin primer dalam reaktor air bertekanan harus dibatasi selama reaktor pembangkit beroperasi.
Nitrogen atom, juga dikenal sebagai nitrogen aktif, sangat reaktif, berbentuk triradikal dengan tiga elektron yang tidak berpasangan. Atom nitrogen bebas mudah bereaksi dengan sebagian besar unsur untuk membentuk nitrida, dan bahkan ketika dua atom nitrogen-bebas bertumbukan untuk menghasilkan molekul N2 yang tereksitasi, mereka dapat melepaskan begitu banyak energi pada tumbukan dengan molekul stabil semacam karbon