El elemento nitrógeno
El nitrógeno es un elemento químico de la tabla periódica que tiene el símbolo N y el número atómico 7. Es un gas diatómico no metálico, normalmente incoloro, inodoro, insípido y mayormente inerte, el nitrógeno constituye el 78 por ciento de la atmósfera de la Tierra y es un constituyente de todos los tejidos vivos. El nitrógeno forma muchos compuestos importantes como el amoníaco, el ácido nítrico y los cánidos.
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Carbono – Nitrógeno – Oxígeno N
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| Generalidades | |
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| Nombre, Símbolo, Número | Nitrógeno, N, 7 | Serie química | No metales |
| Grupo, Período, Bloque | 15 (VA), 2 , p |
| 1.2506 kg/m3(273K), NA | Aspecto | Incoloro | Propiedades atómicas | Peso atómico | 14.0067 amu |
| Radio atómico (calc.) | 65 (56) pm | Radio covalente | 75 pm | Radio van der Waals | 155 pm | Configuración de electrones | 2s22p3 |
| e- por nivel de energía | 2, 5 |
| Estados de oxidación (Óxido) | ±3,5,4,2 (ácido fuerte) |
| Estructura cristalina | hexagonal |
| Propiedades físicas propiedades físicas | |
| Estado de la materia | gas (__) |
| Punto de fusión | 63.14 K (-345,75 °F) |
| Punto de ebullición | 77,35 K (-320.17 °F) |
| Volumen polar | 13,54 ×10-6 m3/mol |
| Calor de vaporización | 2,7928 kJ/mol |
| Calor de fusión | 0.3604 kJ/mol | Presión de vapor | ND Pa a __ K | Velocidad del sonido | 334 m/s a 298.15 K |
| Varios | |
| Electronegatividad | 3.04 (escala de Pauling) | Capacidad calorífica específica | 1040 J/(kg*K) | Conductividad eléctrica | ND 106/m ohm |
| Conductividad térmica | 0.02598 W/(m*K) |
| Potencial de ionización 1 | 1402.3 kJ/mol |
| 2° potencial de ionización | 2856 kJ/mol |
| 3° potencial de ionización | 4578,1 kJ/mol |
| 4° potencial de ionización | 7475.0 kJ/mol |
| 5º potencial de ionización | 9444,9 kJ/mol |
| 6º potencial de ionización | 53266.6 kJ/mol | 7º potencial de ionización | 64360 kJ/mol | Se utilizan unidades STP & excepto cuando se indica. |
Características notables
El nitrógeno es un no metal, con una electronegatividad de 3,0. Tiene cinco electrones en su capa exterior, por lo que es trivalente en la mayoría de los compuestos. El nitrógeno puro es un gas diatómico incoloro e irreactivo a temperatura ambiente, y constituye aproximadamente el 78% de la atmósfera terrestre. Se condensa a 77 K y se congela a 63 K. El nitrógeno líquido es un criógeno común.
Aplicaciones
El mayor uso comercial del nitrógeno es como componente en la fabricación de amoníaco mediante el proceso Haber. El amoníaco se utiliza posteriormente para la producción de fertilizantes y para producir ácido nítrico. El nitrógeno se utiliza como atmósfera inerte en tanques de líquidos explosivos, durante la producción de piezas electrónicas como transistores, diodos y circuitos integrados, y se emplea en la fabricación de acero inoxidable. El nitrógeno se utiliza como refrigerante tanto para la congelación por inmersión de productos alimenticios como para el transporte de alimentos, para la conservación de cuerpos y células reproductoras (esperma y óvulos), y para el almacenamiento estable de muestras biológicas en biología.
Las sales del ácido nítrico incluyen algunos compuestos importantes, por ejemplo el nitrato de potasio, o salitre, y el nitrato de amonio. El primer compuesto es un componente de la pólvora y el segundo es importante en los fertilizantes. Los compuestos orgánicos nitrados, como la nitroglicerina y el trinitrotolueno, suelen ser explosivos.
El ácido nítrico se utiliza como oxidante en los cohetes de combustible líquido. La hidracina y los derivados de la hidracina se utilizan como combustibles para cohetes.
El nitrógeno en estado líquido (a menudo denominado LN2) se utiliza a menudo en criogenia. El nitrógeno líquido se produce por destilación del aire líquido. A presión atmosférica, el nitrógeno se condensa a -195,8 grados Celsius (-320,4 grados Fahrenheit). Es el refrigerante líquido que se utiliza con frecuencia para las demostraciones en la enseñanza de las ciencias.
Historia
Se considera formalmente que el nitrógeno (latín nitrum, griego Nitron que significa «sosa nativa», «genes», «formando») fue descubierto por Daniel Rutherford en 1772, quien lo llamó aire nocivo o aire flogístico. El químico de finales del siglo XVIII ya sabía que había una fracción del aire que no soportaba la combustión. El nitrógeno también fue estudiado más o menos en la misma época por Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish y Joseph Priestley, que lo denominaron aire quemado o aire desflogisticado. El gas nitrógeno era lo suficientemente inerte como para que Antoine Lavoisier se refiriera a él como azote, que significa sin vida.
Los compuestos de nitrógeno se conocían en la Edad Media. Los alquimistas conocían el ácido nítrico como aqua fortis. La mezcla de los ácidos nítrico y clorhídrico se conocía como aqua regia, célebre por su capacidad para disolver el oro.
Ocurrencia
El nitrógeno es el mayor componente de la atmósfera terrestre (78,1% en volumen, 75,5% en peso) y se adquiere con fines industriales mediante la destilación fraccionada del aire líquido. Se han observado compuestos que contienen este elemento en el espacio exterior. El nitrógeno 14 se crea como parte de los procesos de fusión en las estrellas. El nitrógeno es un gran componente de los residuos animales (por ejemplo, el guano), normalmente en forma de urea, ácido úrico y compuestos de estos productos nitrogenados.
Se sabe que el nitrógeno molecular está presente en la atmósfera de Titán desde hace tiempo, y ahora ha sido detectado en el espacio interestelar por David Knauth y sus colaboradores utilizando el Explorador Espectroscópico del Ultravioleta Lejano.
Compuestos
El principal hidruro del nitrógeno es el amoníaco (NH3), aunque la hidracina (N2H4) también es bien conocida. El amoníaco es algo más básico que el agua, y en solución forma iones de amonio (NH4+). El amoníaco líquido es, de hecho, ligeramente anfiprótico y forma iones amonio y amida (NH2-); se conocen tanto las amidas como las sales de nitruro (N3-), pero se descomponen en el agua. Los compuestos de amoníaco simple y doblemente sustituidos se denominan aminas. También se conocen cadenas más grandes, anillos y estructuras de hidruros de nitógeno, pero son prácticamente inestables.
Otras clases de aniones de nitrógeno son las azidas (N3-), que son lineales e isoelectrónicas al dióxido de carbono. Otra molécula de la misma estructura es el monóxido de dinitrógeno (N2O), o gas de la risa. Este es uno de los diversos óxidos, entre los que destacan el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2), que contienen un electrón no apareado. Este último muestra cierta tendencia a dimerizarse y es un componente importante de la niebla tóxica.
Los óxidos más estándar, el trióxido de dinitrógeno (N2O3) y el pentóxido de dinitrógeno (N2O5), son en realidad bastante inestables y explosivos. Los ácidos correspondientes son el nitroso (HNO2) y el ácido nítrico (HNO3), con sus correspondientes sales llamadas nitritos y nitratos. El ácido nítrico es uno de los pocos ácidos más fuertes que el hidronio.
Función biológica
El nitrógeno es una parte esencial de los aminoácidos y ácidos nucleicos, lo que hace que el nitrógeno sea vital para toda la vida. Las leguminosas, como la planta de la soja, pueden recuperar el nitrógeno directamente de la atmósfera porque sus raíces tienen nódulos que albergan microbios que hacen la conversión real en amoníaco en un proceso conocido como fijación del nitrógeno. Posteriormente, la legumbre convierte el amoníaco en óxidos de nitrógeno y aminoácidos para formar proteínas.
Isótopos
Existen dos isótopos estables: N-14 y N-15. El más común, con diferencia, es el N-14 (99,634%), que se produce en el ciclo del CNO en las estrellas. El resto es N-15. De los diez isótopos producidos sintéticamente, uno tiene una vida media de nueve minutos y los restantes tienen vidas medias del orden de segundos o menos. Las reacciones mediadas biológicamente (por ejemplo, asimilación, nitrificación y desnitrificación) controlan en gran medida la dinámica del nitrógeno en el suelo. Estas reacciones casi siempre resultan en el enriquecimiento de N-15 del sustrato y en el agotamiento del producto. Aunque las precipitaciones a menudo contienen cantidades subiguales de amonio y nitrato, debido a que el amonio es preferentemente retenido por el dosel en relación con el nitrato atmosférico, la mayor parte del nitrógeno atmosférico que llega a la superficie del suelo es en forma de nitrato. El nitrato del suelo es asimilado preferentemente por las raíces de los árboles en relación con el amonio del suelo.
Precauciones
Los residuos de fertilizantes de nitrato son una fuente importante de contaminación de las aguas subterráneas y de los ríos. Los compuestos que contienen ciano (-CN) forman sales extremadamente venenosas y son mortales para muchos animales y todos los mamíferos.
Referencia
- Laboratorio Nacional de Los Álamos – Nitrógeno (http://periodic.lanl.gov/elements/7.html)
- WebElements.com – Nitrógeno (http://www.webelements.com/webelements/elements/text/N/index.html)
- EnvironmentalChemistry.com – Nitrógeno (http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/N.html)
- It’s Elemental – Nitrógeno (http://education.jlab.org/itselemental/ele007.html)
- Schenectady County Community College – Nitrógeno (http://www.sunysccc.edu/academic/mst/ptable/n.html)