Nitrógeno

Nitrógeno

Qué es el Nitrógeno?

El nitrógeno es un elemento químico en la tabla periódica que tiene el símbolo N y el número atómico 7. El nitrógeno, es un gas no metálico diatómico, normalmente incoloro, inodoro, insípido y en su mayor parte inerte, que constituye el 78 por ciento de la atmósfera terrestre y es un componente de todos los tejidos vivos. El nitrógeno forma muchos compuestos importantes como el amoníaco, el ácido nítrico y los cianuros.

Características Notables

  • El nitrógeno no es un 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 no reactivo a temperatura ambiente, y comprende alrededor del 78% de la atmósfera de la Tierra.
  • Se condensa a 77 K y se congela a 63 K.
  • El nitrógeno líquido es un criogénico común.

Aplicaciones

  • El mayor uso comercial del nitrógeno es como componente en la fabricación de amoníaco mediante el proceso de Haber.
  • El amoníaco se utiliza posteriormente para la producción de fertilizantes y para producir ácido nítrico.
  • El nitrógeno se utiliza como atmósfera inerte en los tanques de almacenamiento de líquidos explosivos, durante la producción de piezas electrónicas como transistores, diodos y circuitos integrados, y se utiliza 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 reproductivas (esperma y óvulos) y para el almacenamiento estable de muestras biológicas en biología.

Las sales del ácido nítrico incluyen algunos compuestos importantes, por ejemplo nitrato de potasio, o salitre, y nitrato de amonio. El primer compuesto es un componente de la pólvora, el segundo es importante en los fertilizantes. Los compuestos orgánicos nitrados, como la nitroglicerina y el trinitrotolueno, suelen ser explosivos.

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El ácido nítrico se utiliza como oxidante en cohetes de combustible líquido. La hidracina y sus derivados se utilizan como combustible 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).

Historia

El nitrógeno (nitrum en latino) se considera formalmente que fue descubierto por Daniel Rutherford en 1772, quien lo llamó aire nocivo.  Era bien conocido por los químicos de finales del siglo XVIII que había una fracción de aire que no soportaba la combustión. El nitrógeno también fue estudiado casi al mismo tiempo por Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish y Joseph Priestley, quienes se refirieron a él como 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 ácidos nítrico e hidroclórico era conocida como aqua regia, famosa por su capacidad de disolver el oro.

Ocurrencia

El nitrógeno es el mayor componente de la atmósfera terrestre (78,1% en volumen) y se adquiere con fines industriales mediante la destilación fraccionada de aire líquido… Los compuestos que contienen este elemento han sido observados en el espacio exterior. El nitrógeno-14 se crea como parte de los procesos de fusión en las estrellas. El nitrógeno es un componente importante de los desechos animales (por ejemplo, el guano), generalmente en forma de urea, ácido úrico y compuestos de estos productos nitrogenados.

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Compuestos

El principal hidruro de nitrógeno es el amoníaco (NH3), aunque la hidracina (N2H4) también es bien conocida. El amoníaco es algo más básico que el agua, y en forma de solución forma iones de amonio (NH4+). De hecho, el amoníaco líquido es 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 llaman aminas. También se conocen cadenas, anillos y estructuras más grandes de hidruros de nitrógeno, 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 hilarante. Este es uno de una variedad de óxidos, de los cuales los más prominentes son el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2), los cuales contienen un electrón no emparejado. Este último muestra cierta tendencia a la dimerización y es un componente importante del smog.

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 las sales correspondientes llamadas nitritos y nitratos. El ácido nítrico es uno de los pocos ácidos más fuertes que el hidronio.

Papel biológico

El nitrógeno es una parte esencial de los aminoácidos y ácidos nucleicos que hace que el nitrógeno sea vital para toda la vida. Las legumbres como la planta de soja, pueden recuperar nitrógeno directamente de la atmósfera porque sus raíces tienen nódulos que albergan microbios que hacen la conversión real al amoníaco en un proceso conocido como fijación de nitrógeno. Posteriormente, la leguminosa convierte el amoníaco en óxidos de nitrógeno y aminoácidos para formar proteínas.

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Isótopos

Hay dos isótopos estables: N-14 y N-15. El más común es, con mucho, el N-14 (99,634%), que se produce en el ciclo CNO en estrellas. El resto es N-15. De los diez isótopos producidos sintéticamente, uno tiene una vida media de nueve minutos y los isótopos restantes tienen vidas medias del orden de segundos o menos.

Las reacciones biológicas (por ejemplo, asimilación, nitrificación y desnitrificación) controlan fuertemente 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 la precipitación a menudo contiene cantidades subiguales de amonio y nitrato, debido a que el amonio es retenido preferentemente 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 fertilizantes de nitrato son una fuente importante de contaminación del agua subterránea y de los ríos. Los compuestos que contienen ciano (-CNN) forman sales extremadamente venenosas y son mortales para muchos animales y todos los mamíferos.

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