Lämmastiku rühm

Perioodilisussüsteemi 15. rühm — lämmastik, fosfor, arseen, antimon ja vismut — näitab sama ülevalt-alla nihet mittemetallilisest metalliliseks iseloomuks, mida näeb paljudes rühmades, kuid teel ebatavaliselt dramaatilise keemilise käitumise vahemikuga. Lämmastik ülal on tugevalt elektronegatiivne, gaasiline mittemetall; fosfor ja arseen on mittemetallid või metalloidid, mis esinevad tahkete ainetena mitme struktuurse vormiga; antimon ja vismut all näitavad üha metallilisemaid omadusi, sealhulgas metallist läiget ja elektrijuhtivust.

Lämmastiku keemia väärib erilist tähelepanu, kuna see on keskne nii tööstuslikus keemias kui bioloogias, ja kuna see näitab ebatavaliselt laia oksüdatsiooniastmete vahemikku — sisuliselt iga täisarvu -3-st kuni +5-ni. Ammoniaagis (NH3) on lämmastik oksüdatsiooniastmel -3, olles saanud elektrontihedust kolmelt vesinikuaatomilt igas kovalentses sidemes; lämmastikhappes (HNO3) on lämmastik +5 juures, tema elektrontihedus on tugevalt kolme hapnikuaatomi poole tõmmatud. Nende äärmuste vahel moodustab lämmastik ühendeid sisuliselt igal vaheoksüdatsiooniastmel, sealhulgas dilämmastikoksiid (N2O, +1), lämmastikoksiid (NO, +2) ja lämmastikdioksiid (NO2, +4), teiste hulgas — vahemik, millele vastavad väga vähesed teised elemendid, ja mis on keskne lämmastikuringes keskkonnas, tööstuslikus väetisetootmises ja atmosfäärikeemias.

Elementaarne lämmastikgaas, N2, on silmatorkav erand lämmastiku üldisest reaktiivsusest: kuigi lämmastikuaatomid on individuaalselt tugevalt elektronegatiivsed viie sideme moodustamiseks innuka valentselektroniga, ühendab N2-s kahte lämmastikuaatomit erakordselt tugev kolmikside, üks tugevamaid üksikuid teadaolevaid keemilisi sidemeid. Selle sideme lõhkumine nõuab suurt energiasisendit, mistõttu lämmastikgaas, hoolimata sellest, et moodustab umbes 78% atmosfäärist ja on termodünaamiliselt võimeline paljudeks eksotermilisteks reaktsioonideks, jääb tavatemperatuuridel kineetiliselt peaaegu inertseks — tööstuslik lämmastikufiksatsioon (Haberi protsess, mis muudab N2 ja H2 ammoniaagiks) nõuab kõrget temperatuuri, kõrget rõhku ja katalüsaatorit spetsiaalselt selle kineetilise barjääri ületamiseks.