Kvävets reaktioner och föreningar

Likt kol har kväve fyra valensbanor (en 2s och tre 2p), så det kan delta i högst fyra elektronparbindningar med hjälp av sp3-hybridbanor. Till skillnad från kol bildar kväve dock inte långa kedjor på grund av repulsiva interaktioner mellan ensamma elektronpar på intilliggande atomer. Dessa interaktioner blir viktiga vid de kortare interkärniga avstånden som man möter hos de mindre, andraperiodiska grundämnena i grupperna 15, 16 och 17. Stabila föreningar med N-N-bindningar är begränsade till kedjor med högst tre N-atomer, t.ex. azidjonen (N3-).

Väte är den enda pnicogen som normalt bildar flera bindningar med sig själv och andra andra andraperiodiska grundämnen, med hjälp av π-överlappning av intilliggande np-orbitaler. Den stabila formen av elementärt kväve är således N2, vars N≡N-bindning är så stark (DN≡N = 942 kJ/mol) jämfört med N-N- och N=N-bindningarna (DN-N = 167 kJ/mol; DN=N = 418 kJ/mol) att alla föreningar som innehåller N-N- och N=N-bindningar är termodynamiskt instabila med avseende på bildandet av N2. I själva verket är bildandet av N≡N-bindningen så termodynamiskt gynnat att praktiskt taget alla föreningar som innehåller N-N-bindningar är potentiellt explosiva.

Till skillnad från kol genomgår kväve endast två viktiga kemiska reaktioner vid rumstemperatur: det reagerar med metalliskt litium för att bilda litiumnitrid, och det reduceras till ammoniak av vissa mikroorganismer. Vid högre temperaturer reagerar dock N2 med mer elektropositiva grundämnen, t.ex. de i grupp 13, för att ge binära nitrider, som kan vara av allt från kovalent till jonisk karaktär. Liksom motsvarande kolföreningar är binära kväveföreningar med syre, väte eller andra icke-metaller vanligtvis kovalenta molekylära ämnen.

Få binära molekylära kväveföreningar bildas genom direkt reaktion av grundämnena. Vid förhöjda temperaturer reagerar N2 med H2 för att bilda ammoniak, med O2 för att bilda en blandning av NO och NO2 och med kol för att bilda cyanogen (N≡C-C≡N); grundämneskväve reagerar inte med halogenerna eller de andra kalcogenerna. Trots detta är alla binära kvävehalogenider (NX3) kända. Med undantag för NF3 är alla giftiga, termodynamiskt instabila och potentiellt explosiva, och alla framställs genom att halogenen reagerar med NH3 i stället för med N2. Både kvävemonoxid (NO) och kvävedioxid (NO2) är termodynamiskt instabila med positiva fria bildningsenergier. Till skillnad från NO reagerar NO2 lätt med ett överskott av vatten och bildar en 1:1-blandning av salpetersyra (HNO2) och salpetersyra (HNO3):

\

Väve bildar också N2O (dikväveoxid eller dikväveoxid), en linjär molekyl som är isoelektronisk med CO2 och som kan representeras som -N=N+=O. Liksom de två andra kväveoxiderna är dikväveoxid termodynamiskt instabil. Strukturerna för de tre vanliga kväveoxiderna är följande:

Få binära molekylära föreningar av kväve bildas genom direkt reaktion mellan grundämnena.

Vid förhöjda temperaturer reagerar kväve med starkt elektropositiva metaller för att bilda joniska nitrider, till exempel Li3N och Ca3N2. Dessa föreningar består av joniska gitter som bildas av Mn+- och N3-joner. Precis som bor bildar interstitiella borider och kol interstitiella karbider, bildar kväve med mindre elektropositiva metaller en rad interstitiella nitrider, där kväve upptar hål i en tätpackad metallisk struktur. Liksom de interstitiella karbiderna och boriderna är dessa ämnen vanligtvis mycket hårda, högsmältande material som har metallisk glans och ledningsförmåga.

Väte reagerar också med semimetaller vid mycket höga temperaturer för att bilda kovalenta nitrider, till exempel Si3N4 och BN, som är fasta ämnen med utsträckta kovalenta nätverksstrukturer som liknar dem i grafit eller diamant. Följaktligen är de vanligtvis högsmältande och kemiskt inerta material.

Ammoniak (NH3) är en av de få termodynamiskt stabila binära föreningarna av kväve med en icke-metall. Den är inte brandfarlig i luft, men den brinner i en O2-atmosfär:

\

Omkring 10 % av den ammoniak som produceras årligen används för att tillverka fibrer och plaster som innehåller amidbindningar, t.ex. nyloner och polyuretaner, medan 5 % används i sprängämnen, t.ex. ammoniumnitrat, TNT (trinitrotoluen) och nitroglycerin. Stora mängder vattenfri flytande ammoniak används som gödningsmedel.

Nitrogen bildar två andra viktiga binära föreningar med väte. Hydrazonsyra (HN3), även kallad väteazid, är ett färglöst, mycket giftigt och explosivt ämne. Hydrazin (N2H4) är också potentiellt explosivt; det används som raketdrivmedel och för att hämma korrosion i pannor.

B, C och N reagerar alla med övergångsmetaller för att bilda interstitiella föreningar som är hårda, högsmältande material.