Typen reaktiot ja yhdisteet

Hiilen tavoin typellä on neljä valenssiorbitaalia (yksi 2s ja kolme 2p), joten se voi osallistua korkeintaan neljään elektroniparisidokseen sp3-hybridiorbitaalien avulla. Toisin kuin hiili, typpi ei kuitenkaan muodosta pitkiä ketjuja, koska vierekkäisten atomien yksinäisten elektroniparien välillä on hylkiviä vuorovaikutuksia. Nämä vuorovaikutukset tulevat tärkeiksi lyhyemmillä ydinsisäisillä etäisyyksillä, joita esiintyy ryhmien 15, 16 ja 17 pienemmillä, toisen jakson alkuaineilla. N-N-sidoksia sisältävät stabiilit yhdisteet rajoittuvat enintään kolmen N-atomin ketjuihin, kuten atsidi-ioni (N3-).

Typpi on ainoa pnikogeeni, joka normaalisti muodostaa moninkertaisia sidoksia itsensä ja muiden toisen jakson alkuaineiden kanssa käyttämällä vierekkäisten np-orbitaalien π-ylitystä. Siten alkuainetypen stabiili muoto on N2, jonka N≡N-sidos on niin vahva (DN≡N = 942 kJ/mol) verrattuna N-N- ja N=N-sidoksiin (DN-N = 167 kJ/mol; DN=N = 418 kJ/mol), että kaikki yhdisteet, jotka sisältävät N-N- ja N=N-sidoksia, ovat termodynaamisesti epästabiileja N2:n muodostumisen suhteen. Itse asiassa N≡N-sidoksen muodostuminen on termodynaamisesti niin suotuisaa, että käytännössä kaikki N-N-sidoksia sisältävät yhdisteet ovat räjähdysvaarallisia.

Hiilestä poiketen typpi käy huoneenlämmössä läpi vain kaksi merkittävää kemiallista reaktiota: se reagoi metallisen litiumin kanssa muodostaen litiumnitridiä ja tietyt mikro-organismit pelkistävät sitä ammoniakiksi. Korkeammissa lämpötiloissa N2 reagoi kuitenkin sähköpositiivisempien alkuaineiden, kuten ryhmän 13 alkuaineiden, kanssa muodostaen binäärisiä nitridejä, joiden luonne vaihtelee kovalenttisesta ioniseen. Hiilen vastaavien yhdisteiden tapaan typen binääriyhdisteet hapen, vedyn tai muiden epämetallien kanssa ovat yleensä kovalenttisia molekyyliyhdisteitä.

Typen binäärisiä molekyyliyhdisteitä muodostuu vähän alkuaineiden suorassa reaktiossa. Korotetuissa lämpötiloissa N2 reagoi H2:n kanssa muodostaen ammoniakkia, O2:n kanssa muodostaen NO:n ja NO2:n seoksen ja hiilen kanssa muodostaen syanogeenia (N≡C-C≡N); alkuaineena oleva typpi ei reagoi halogeenien tai muiden kalkogeenien kanssa. Kaikki binääriset typpihalogenidit (NX3) tunnetaan kuitenkin. NF3:a lukuun ottamatta kaikki ovat myrkyllisiä, termodynaamisesti epävakaita ja räjähdysvaarallisia, ja kaikki valmistetaan reagoimalla halogeeni NH3:n eikä N2:n kanssa. Sekä typpimonoksidi (NO) että typpidioksidi (NO2) ovat termodynaamisesti epävakaita, ja niiden muodostumisen vapaa energia on positiivinen. Toisin kuin NO, NO2 reagoi helposti ylimääräisen veden kanssa muodostaen typpihapon (HNO2) ja typpihapon (HNO3) 1:1 seoksen:

\

Typpi muodostaa myös N2O:ta (dinitrogeenimonoksidi eli dityppioksidi), lineaarista molekyyliä, joka on isoelektroninen hiilidioksidin (CO2:n) kanssa, ja se voidaan esittää muotona -N=N+=O. Typpioksidi on kahden muun typen oksidin tavoin termodynaamisesti epävakaa. Kolmen yleisen typen oksidin rakenteet ovat seuraavat:

Typen binäärisiä molekyyliyhdisteitä muodostuu vain vähän alkuaineiden suorassa reaktiossa.

Korotetuissa lämpötiloissa typpi reagoi voimakkaasti sähköpositiivisten metallien kanssa muodostaen ionisia nitridejä, kuten Li3N ja Ca3N2. Nämä yhdisteet koostuvat Mn+- ja N3-ionien muodostamista ioniverkoista. Aivan kuten boori muodostaa interstitiaalisia borideja ja hiili interstitiaalisia karbideja, typpi muodostaa vähemmän sähköpositiivisten metallien kanssa erilaisia interstitiaalisia nitridejä, joissa typpi miehittää reikiä tiiviisti pakatussa metallirakenteessa. Interstitiaalisten karbidien ja boridien tavoin nämä aineet ovat tyypillisesti hyvin kovia, korkeasti sulavia materiaaleja, joilla on metallinen kiilto ja johtavuus.

Typpi reagoi myös semimetallien kanssa hyvin korkeissa lämpötiloissa muodostaen kovalenttisia nitridejä, kuten Si3N4:ää ja BN:ää, jotka ovat kiinteitä aineita, joilla on laajoja kovalenttisia verkostorakenteita, jotka muistuttavat grafiitin tai timantin rakenteita. Näin ollen ne ovat yleensä korkeasulavia ja kemiallisesti inerttejä materiaaleja.

Ammoniakki (NH3) on yksi harvoista termodynaamisesti stabiileista binääriyhdisteistä, joissa typpi ja epämetalli ovat yhdessä. Se ei ole syttyvää ilmassa, mutta se palaa O2-ilmakehässä:

\

Vuosittain tuotetusta ammoniakista noin 10 % käytetään amidisidoksia sisältävien kuitujen ja muovien, kuten nailonien ja polyuretaanien, valmistukseen ja 5 % räjähdysaineisiin, kuten ammoniumnitraattiin, TNT:hen (trinitrotolueeniin) ja nitroglyseriiniin. Suuria määriä vedetöntä nestemäistä ammoniakkia käytetään lannoitteena.

Typpi muodostaa vedyn kanssa kaksi muuta tärkeää binääriyhdistettä. Hydrosoehappo (HN3), jota kutsutaan myös vetyatsidiksi, on väritön, erittäin myrkyllinen ja räjähtävä aine. Hydratsiini (N2H4) on myös räjähdysvaarallinen; sitä käytetään rakettien polttoaineena ja estämään korroosiota kattiloissa.

B, C ja N reagoivat kaikki siirtymämetallien kanssa muodostaen väliyhdisteitä, jotka ovat kovia, hyvin sulavia aineita.