L’elemento azoto — Atomo di azoto

Caratteristiche notevoli

L’azoto è un non-metallo, con una elettronegatività di 3,0. Ha cinque elettroni nel suo guscio esterno, quindi è trivalente nella maggior parte dei composti. L’azoto puro è un gas biatomico incolore non reattivo a temperatura ambiente, e comprende circa il 78% dell’atmosfera terrestre. Condensa a 77 K e congela a 63 K. L’azoto liquido è un comune criogeno.

Applicazioni

Il più grande uso commerciale dell’azoto è come componente nella produzione di ammoniaca attraverso il processo Haber. L’ammoniaca è successivamente usata per la produzione di fertilizzanti e per produrre acido nitrico. L’azoto è usato come atmosfera inerte nei serbatoi di liquidi esplosivi, durante la produzione di parti elettroniche come transistor, diodi e circuiti integrati, ed è usato nella produzione di acciaio inossidabile. L’azoto è usato come refrigerante sia per il congelamento per immersione di prodotti alimentari che per il trasporto di alimenti, per la conservazione di corpi e cellule riproduttive (sperma e uova), e per lo stoccaggio stabile di campioni biologici in biologia.

I sali dell’acido nitrico includono alcuni importanti composti, per esempio il nitrato di potassio, o salnitro, e il nitrato di ammonio. Il primo composto è un componente della polvere da sparo, il secondo è importante nei fertilizzanti. I composti organici nitrati, come la nitroglicerina e il trinitrotoluene, sono spesso esplosivi.

L’acido nitrico è usato come ossidante nei razzi a combustibile liquido. L’idrazina e i derivati dell’idrazina sono usati come combustibili per razzi.

L’azoto allo stato liquido (spesso indicato come LN2) è spesso usato in criogenia. L’azoto liquido è prodotto per distillazione dall’aria liquida. A pressione atmosferica, l’azoto condensa a -195,8 gradi Celsius. (-320,4 gradi Fahrenheit). È il liquido refrigerante frequentemente usato per le dimostrazioni nell’educazione scientifica.

Storia

L’azoto (latino nitrum, greco Nitron che significa “soda nativa”, “geni”, “formare”) è formalmente considerato scoperto da Daniel Rutherford nel 1772, che lo chiamò aria nociva o aria flogistica. Che ci fosse una frazione di aria che non supportava la combustione era ben noto al chimico della fine del XVIII secolo. L’azoto fu studiato più o meno nello stesso periodo da Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish e Joseph Priestley, che lo chiamarono aria bruciata o aria deflogistica. L’azoto gassoso era abbastanza inerte che Antoine Lavoisier si riferiva ad esso come azoto, che sta per senza vita.

I composti dell’azoto erano conosciuti nel Medioevo. Gli alchimisti conoscevano l’acido nitrico come aqua fortis. La miscela di acido nitrico e cloridrico era conosciuta come aqua regia, celebrata per la sua capacità di dissolvere l’oro.

Eccursione

L’azoto è il più grande componente singolo dell’atmosfera terrestre (78,1% in volume, 75,5% in peso) e viene acquisito per scopi industriali dalla distillazione frazionata dell’aria liquida. Composti che contengono questo elemento sono stati osservati nello spazio esterno. L’azoto-14 viene creato come parte dei processi di fusione nelle stelle. L’azoto è un grande componente dei rifiuti animali (per esempio, il guano), di solito sotto forma di urea, acido urico, e composti di questi prodotti azotati.

L’azoto molecolare è noto da tempo nell’atmosfera di Titano, ed è stato ora rilevato nello spazio interstellare da David Knauth e collaboratori usando il Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer.

Composti

Il principale idruro di azoto è l’ammoniaca (NH3), anche se è ben nota anche l’idrazina (N2H4). L’ammoniaca è un po’ più basica dell’acqua, e in soluzione forma ioni ammonio (NH4+). L’ammoniaca liquida è infatti leggermente anfiprotica e forma ioni ammonio e ammide (NH2-); sono noti sia ammidi che sali di nitruro (N3-), ma si decompongono in acqua. I composti singolarmente e doppiamente sostituiti dell’ammoniaca sono chiamati ammine. Catene più grandi, anelli e strutture di idruri di nitrogeno sono anche noti, ma praticamente instabili.

Altre classi di anioni di azoto sono gli azidi (N3-), che sono lineari e isoelettronici al diossido di carbonio. Un’altra molecola della stessa struttura è il monossido di dinitrogeno (N2O), o gas esilarante. Questo è uno di una varietà di ossidi, i più importanti dei quali sono il monossido di azoto (NO) e il diossido di azoto (NO2), che contengono entrambi un elettrone spaiato. Quest’ultimo mostra una certa tendenza a dimerizzare ed è un importante componente dello smog.

Gli ossidi più standard, il triossido di dinitrogeno (N2O3) e il pentossido di dinitrogeno (N2O5), sono in realtà abbastanza instabili ed esplosivi. Gli acidi corrispondenti sono il nitroso (HNO2) e l’acido nitrico (HNO3), con i sali corrispondenti chiamati nitriti e nitrati. L’acido nitrico è uno dei pochi acidi più forti dell’idronio.

Ruolo biologico

L’azoto è una parte essenziale degli amminoacidi e degli acidi nucleici, il che lo rende vitale per tutta la vita. I legumi, come la soia, possono recuperare l’azoto direttamente dall’atmosfera perché le loro radici hanno noduli che ospitano microbi che fanno la conversione effettiva in ammoniaca in un processo noto come fissazione dell’azoto. Il legume converte successivamente l’ammoniaca in ossidi di azoto e amminoacidi per formare le proteine.

Isotopi

Ci sono due isotopi stabili: N-14 e N-15. Di gran lunga il più comune è N-14 (99,634%), che è prodotto nel ciclo CNO nelle stelle. Il resto è N-15. Dei dieci isotopi prodotti sinteticamente, uno ha un’emivita di nove minuti e i restanti isotopi hanno emivite dell’ordine dei secondi o meno. Le reazioni biologicamente mediate (per esempio, assimilazione, nitrificazione e denitrificazione) controllano fortemente la dinamica dell’azoto nel suolo. Queste reazioni risultano quasi sempre in un arricchimento di N-15 del substrato e in un impoverimento del prodotto. Anche se le precipitazioni contengono spesso quantità subequivalenti di ammonio e nitrato, poiché l’ammonio è trattenuto preferenzialmente dalla chioma rispetto al nitrato atmosferico, la maggior parte dell’azoto atmosferico che raggiunge la superficie del suolo è sotto forma di nitrato. Il nitrato del suolo è assimilato di preferenza dalle radici degli alberi rispetto all’ammonio del suolo.

Precauzioni

Il dilavamento dei fertilizzanti nitrati è una fonte importante di inquinamento delle acque sotterranee e dei fiumi. I composti contenenti ciano (-CN) formano sali estremamente velenosi e sono mortali per molti animali e tutti i mammiferi.

Riferimenti

• Los Alamos National Laboratory – Azoto (http://periodic.lanl.gov/elements/7.html)

• WebElements.com – Azoto (http://www.webelements.com/webelements/elements/text/N/index.html)
• EnvironmentalChemistry.com – Nitrogen (http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/N.html)
• It’s Elemental – Nitrogen (http://education.jlab.org/itselemental/ele007.html)
• Schenectady County Community College – Nitrogen (http://www.sunysccc.edu/academic/mst/ptable/n.html)