Azot (N, łac. nitrogenium), jest niemetalicznym pierwiastkiem chemicznym należącym do grupy VA. Zawiera w jądrze 7 protonów, a jego masa atomowa wynosi 14,01. Azot występuje w stanie gazowym, tworząc dwuatomowe cząsteczki N2 związane wiązaniem potrójnym. Jest bezbarwną, bezwonną substancją, wrzącą w temperaturze 77,35 K (-195,8°C) i krzepnącą w temperaturze 63,14 K (-210,01°C), o gęstości 1,2506 g/dm3.

W przyrodzie azot występuje głównie w atmosferze, a także w niektórych minerałach. Najbardziej rozpowszechnionym z nich jest azotan sodowy, tzw. saletra chilijska. Azot z atmosfery, pod wpływem promieniowania kosmicznego, rozpada się na promieniotwórczy izotop węgla 14C, który jest stosowany do określania wieku skał (datowania). Azot występuje również w związkach organicznych, takich jak aminokwasybiałka.

Dla celów technicznych azot pozyskuje się przez destylację frakcjonowaną ciekłego powietrza lub przez spalanie metanu w powietrzu, natomiast dla celów laboratoryjnych przez rozkład azotynu amonowego lub azydku sodowego.

Azot jest pierwiastkiem mało reaktywnym, dopiero w wysokich temperaturach może reagować np. z niektórymi metalami: glinem (AlN), magnezem (Mg3N2), litem (Li3N) itp. Produkty tych reakcji nazywamy azotkami. Podczas reakcji azotu z wodorem powstaje amoniak (NH4). Azot najczęściej występuje na +5 stopniu utlenienia, ale może przyjmować również -3, +1, +2 oraz +4 stopień utlenienia.

Bardziej reaktywna forma azotu, tzw. azot aktywny, powstaje podczas wyładowań elektrycznych w azocie. Azot aktywny łatwo reaguje z siarką, jodem, fosforem, arsenem, węglowodorami i wieloma metalami.

W reakcjach z tlenem azot tworzy pięć rodzajów tlenków:

  • podtlenek azotu, N2O - bezbarwny, obojętny gaz, katalizujący spalanie;
  • tlenek azotu, NO - paramagnetyczny gaz, bardzo reaktywny;
  • trójtlenek dwuazotu, N2O3 - niebieska ciecz, trwała poniżej -10°C;
  • dwutlenek azotu, NO2 - czerwonobrunatny gaz, silnie trujący;
  • czterotlenek dwuazotu, N2O4 - bezbarwny gaz, dimer NO2;
  • pięciotlenek dwuazotu, N2O5 - krystaliczne ciało stałe, bezwodnik kwasu octowego;

Azot tworzy również inne ważne związki, takie jak azotany, azotyny, azydki, chlorek amonowy, hydrazyna, hydroksyloamina, karbamid, siarczan i węglan amonowy itp.

Azot jest stosowany głównie w syntezie amoniaku i kwasu azotowego, wykorzystywanych w nawozach sztucznych. Ze względu na małą reaktywność jest stosowany jako gaz ochronny w laboratoriach i zakładach przemysłowych. Jest także wykorzystywany do wypełniania żarówek oraz w kriogenice (ciekły azot).

Siarka (S, łac. sulphur), jest pierwiastkiem niemetalicznym, należącym do grupy VIA w układzie okresowym pierwiastków.. Zawiera 16 protonów w jądrze, a jego masa atomowa wynosi 32,07. Obecnie znanych jest 19 izotopów tego pierwiastka, z których 4 są trwałe. Występuje głównie w stanie stałym, temperatura topnienia wynosi 115,21°C a gęstość 2,07 g/cm3

Siarka jest dość rozpowszechniona w przyrodzie, jej głównym źródłem są złoża tzw. siarki rodzimej. Ponadto występuje w gazach wulkanicznych oraz w postaci minerałów, np. galeny PbS, blendy cynkowej ZnS, pirytu FeS2, pirytu miedzionośnego Cu2S´Fe2S3, gipsu CaSO4´2H2O czy anhydrytu CaSO4. Siarka jest też składnikiem wielu związków organicznych, np. cysteiny i metioniny, wielu peptydów, białek, witamin i innych.

Siarka naturalnie występuje w postaci kilku odmian. Najważniejsze z nich to siarka rombowa a (Sa, żółte, krystaliczne ciało stałe o strukturze rombowej, zbudowane z pierścieni ośmioatomowych - oktasiarki; temperatura topnienia dobrze rozpuszcza się w CS2), siarka jednoskośna b (Sb, jasnożółte, krystaliczne ciało stałe o strukturze jednoskośnej, zbudowane z oktasiarki, temperatura przejścia Sa Sb wynosi 95,5°C; dobrze rozpuszczalne w CS2), siarka żółta (bardzo ruchliwa ciecz, trwała w temperaturze 119 - 160°C, zbudowana z oktasiarki i ośmioatomowych łańcuchów), katena - polisiarka (Sm, ciekła, czerwonobrunatna i bardzo lepka substancja, składająca się ze spiralnych łańcuchów siarki; maksymalna lepkość w temperaturze około 200°C), siarka plastyczna (przechłodzona polisiarka, bardzo elastyczna) oraz siarka bezpostaciowa (tzw. kwiat siarczany, amorficzny, jasnożółty proszek powstały na drodze kondensacji par siarki; trudno rozpuszczalny w zw. organicznych).

Siarka w związkach występuje na -1, -2, +2, +4 lub +5 stopniu utlenienia. Jest reaktywnym pierwiastkiem, w temperaturze pokojowej łączy się z fluorem dając SF6, w wysokich temperaturach w reakcji z tlenem daje SO2, z chlorem - SCl2 oraz SCl4, z kwasem azotowym - H2SO4. Przy silnym ogrzewaniu reaguje z wodorem i parą wodną tworząc odpowiednio H2S oraz SO2 lub H2SO4. Siarka reaguje również z metalami (Na, Hg, Fe, Cu itp.) oraz niemetalami (P, C), tworząc siarczki (np. Na2S, HgS, FeS, CuS, P4S5, CS2), a także z niektórymi związkami organicznymi. W roztworach zawierających aniony S2- tworzy polianiony. Inne ważne związki siarki to S2O, SO3, kwasy siarkowe i ich sole, SOCl2, SO2Cl3 itd.

Głównym źródłem siarki stosowanej przemysłowo są złoża rodzime. Roczna światowa produkcja tego pierwiastka w 1994 roku wynosiła 49 mln. ton, z czego 19,1% należało do USA, 14,6% do Kanady, 10% do Chin a 6% do Polski. Pod względem zasobów siarki rodzimej Polska jest w czołówce światowej - złoża w naszym kraju są szacowane na około 747 mln. ton ogółem (dane z 1994 roku). Największe zasoby znajdują się w okolicach Tarnobrzega, Jeziórka i Grzybowa. Nasz kraj jest również największym producentem siarki rodzimej - 35% światowej produkcji, m.in. przed USA (28,1%).

Siarka jest stosowana przy wytwarzaniu kwasu siarkowego i celulozy, w procesach wulkanizacji. Jest także wykorzystywana do produkcji barwników, tworzyw sztucznych, pestycydów, leków i środków grzybobójczych.

Krzem (S, łac. silicium), to pierwiastek należący do czwartej grupy głównej układu okresowego, zaliczany do półmetali. Zawiera 14 protonów w jądrze, jego masa atomowa wynosi 28,09. Znanych jest 16 jego izotopów, z których trwałe są tylko trzy. Jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków w przyrodzie, nie występuje jednak w postaci czystej a jedynie w licznych związkach. Czysty krzem, w postaci twardego, kruchego ciała stałego o strukturze diamentu, otrzymuje się redukując krzemionkę magnezem lub glinem lub wyprażając węgiel, krzemionkę i żelazo. Krzem topi się w temperaturze 1417°C, a jego gęstość wynosi 2,33 g/cm3.

Najważniejsze związki krzemu to krzemionka SiO2 (dwutlenek krzemu), krzemiany i glinokrzemiany (kwasy krzemowe i ich sole), silany (o wzorze ogólnym SinH2n+2), siloksany (związki z wodorem i tlenem), krzemki (związki z metalami), związki fluorokrzemowe oraz karborund (SiC).

Krzem jest bardzo szeroko stosowany w przemyśle, głównie do wytwarzania układów elektronicznych, do produkcji szkieł i ceramiki, materiałów budowlanych, w detergentach (porowate glinokrzemiany), smarach silikonowych itd. Związki krzemu są również stosowane jako katalizatory w wielu ważnych procesach przemysłowych.

Węgiel (C, łac. carboneum), należący do czwartej grupy głównej układu okresowego, jest niemetalicznym pierwiastkiem o liczbie atomowej 6 i masie atomowej 12. Występuje w 12 postaciach izotopowych, z których 2 są trwałe (12C oraz 13C). W naturze występuje zarówno w stanie wolnym w postaci odmian alotropowych: diamentu, grafitu oraz węgla bezpostaciowego, jak i w licznych związkach. Główne jego źródła to węgle kopalne, ropa naftowa i gaz ziemny, a także w liczne minerały. Najpóźniej odkrytą odmianą alotropową węgla są fullereny, nie występujące w naturze. Węgiel jest pierwiastkiem bardzo ważnym biologicznie, na jego związkach opiera się cała chemia organiczna, występuje w żywych organizmach roślinnych i zwierzęcych. Węgiel charakteryzuje się wysoką temperaturą topnienia (powyżej 3550°C).

Węgiel nie jest pierwiastkiem bardzo reaktywnym, w związkach występuje na -4, +2 lub +4 stopniu utlenienia. Jedną z najważniejszych reakcji jest utlenianie węgla do CO2 w wysokich temperaturach. Węgiel reaguje także z siarką, tworząc CS2, oraz wodorem, parą wodną i metalami. W temperaturze pokojowej łączy się z fluorem, dając CF4.

Zdecydowanie najważniejszymi związkami węgla są węglowodory oraz ich pochodne. Inne ważne związki tego pierwiastka to czterochlorek węgla, freony, fosgen, dwusiarczek węgla, dwutlenek i tlenek węgla, woda sodowa, wodorotlenek oraz węglan sodu oraz cyjanki.

Węgiel ma podstawowe znaczenie przemysłowe, jest najważniejszym źródłem energii (w postaci paliw ropopochodnych, gazu ziemnego i węgla kamiennego). Jest także stosowany jako reduktor do otrzymywania niektórych metali. Nietrwały izotop węgla 14C znalazł zastosowanie jako wskaźnik promieniotwórczy. Ważne zastosowania mają również inne pochodne węglowodorów, na przykład polimery.