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Nitrógeno

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Posición del nitrógeno en la tabla periódica; grupo 15, periodo 2
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Nombre, símbolo, Z: Nitrógeno, N, 7
Serie química: No metales
Grupo, periodo, bloque: 15, 2 , p
Configuración electrónica: [He] 2s2 2p3
Propiedades atómicas
Masa atómica: 14,0067 uma
Radio atómico: 56 pm
 - Medio 65 pm
 - Covalente 75 pm
 - De Van der Waals 155 pm
Nº de oxidación (óxido): ±3, 5, 4, 2 (ácido fuerte)
Electronegatividad: 3,04 (Pauling)
Potencial de ionización 1402,3 (kJ/mol):
 - 2.º = 2856
 - 3.º = 4578,1
 - 4.º = 7475
 - 5.º = 9444,9
 - 6.º = 53266,6
 - 7.º = 64360

† Calculado a partir de distintas longitudes de enlace covalente, metálico o iónico.

Propiedades físicas
Estado: Gas
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Incoloro
Densidad: 1,2506 kg/
Dureza (Mohs): Sin datos
Conductividad eléctrica: __ S/m
Conductividad térmica: 0,02598 W/(m·K)
Calor específico: 1040 J/(kg·K)
Punto de fusión: 63,14 K
Entalpía de fusión: 0,3604 kJ/mol
Punto de ebullición: 77,35 K
Entalpía de vaporización: 2,7928 kJ/mol
Presión de vapor: __ Pa
Velocidad del sonido: 334 m/s a 298,15 K
Isótopos más estables
iso. AN (%) Vida media MD ED (MeV) PD
13N Sintético 9,965 m ε 2,220 13C
14N 99,634 El N es estable con 7 neutrones
15N 0,366 El N es estable con 8 neutrones
Valores en el SI y en condiciones normales (0 ºC y 1 atm), salvo indicación en contra.

Elemento químico de número atómico 7, con símbolo N, también llamado ázoe —antiguamente se usó también Az como símbolo del nitrógeno— y que en condiciones normales forma un gas diatómico que constituye del orden del 78% del aire atmosférico.

Características principales

Es un gas inerte, no metal, incoloro, inodoro e insípido que constituye aproximadamente las cuatro quintas partes del aire atmosférico, si bien no interviene en la combustión ni en la respiración. Tiene una elevada electronegatividad (3 en la escala de Pauling) y 5 electrones en el nivel más externo comportándose como trivalente en la mayoría de los compuestos que forma. Condensa a 77 K y solidifica a 63 K empleándose comúnmente en aplicaciones criogénicas.

Aplicaciones

La más importante aplicación comercial del nitrógeno es la obtención de amoníaco por el proceso de Haber. El amoníaco se emplea con posterioridad en la fabricación de fertilizantes y ácido nítrico.

También se usa, por su baja reactividad, como atmósfera inerte en tanques de almacenamiento de líquidos explosivos, durante la fabricación de componentes electrónicos (transistores, diodos, circuitos integrados, etc.) y en la fabricación del acero inoxidable. El nitrógeno líquido, producido por destilación del aire líquido, se usa en criogenia, ya que a presión atmosférica condensa a -195,8 ºC; aplicación importante es también la de refrigerante, para la congelación y el transporte de comida y la conservación de cuerpos y células reproductivas (semen y óvulos) o cualesquiera otras muestras biológicas.

Las sales del ácido nítrico incluyen importantes compuestos como el nitrato de potasio (nitro o salitre empleado en la fabricación de pólvora) y el nitrato de amonio fertilizante.

Los compuestos orgánicos de nitrógeno como la nitroglicerina y el trinitrotolueno son a menudo explosivos. La hidracina y sus derivados se usan como combustible en cohetes.

Papel biológico

El nitrógeno es componente esencial de los aminoácidos y los ácidos nucleicos, vitales para la vida. Las legumbres son capaces de absorber el nitrógeno directamente del aire, siendo éste transformado en amoníaco y luego en nitrato por bacterias que viven en sombiosis con la planta en sus raíces. El nitrato es posteriormente utilizado por la planta para formar el grupo amino de los aminoácido de las proteínas que finalmente se incorporan a la cadena trófica (veáse ciclo del nitrógeno).

Historia

El nitrógeno (del latín nitrum y éste del griego νίτρον, nitro, y -geno, de la raíz griega γεν generar) se considera que fue descubierto formalmente por Daniel Rutherford en 1772 al dar a conocer algunas de sus propiedades, sin embargo, por la misma época también se dedicaron a su estudio Scheele que lo aisló, Cavendish, y Priestley. El nitrógeno es una gas tan inerte que Lavoisier se refería a él como azote (ázoe) que significa sin vida. Se clasificó entre los gases permanentes, sobre todo desde que Faraday no consiguiera verlo líquido a 50 atm y -110ºC, hasta los experimentos de Pictet y Cailletet que en 1877 consiguieron licuarlo.

Los compuestos de nitrógeno ya se conocían en la Edad Media; así, los alquimistas llamaban aqua fortis al ácido nítrico y aqua regia a la mezcla de ácido nítrico y clorhídrico, conocida por su capacidad de disolver el oro.

Símbolo del N usado por Dalton, un círculo con un trazo diafonal vertical Símbolo químico empleado por Dalton para el nitrógeno.

Abundancia y obtención

El nitrógeno es el componente principal de la atmósfera terrestre (78,1% en volumen) y se obtiene para usos industriales de la destilación del aire líquido. Está presente también en los restos de animales, por ejemplo el guano, usualmente en la forma de urea, ácido úrico y compuestos de ambos.

Se han observado compuestos que contienen nitrógeno en el espacio exterior y el isótopo Nitrógeno-14 se crea en los procesos de fusión nuclear de las estrellas.

Compuestos

Con el hidrógeno forma el amoníaco (NH3) y la hidracina (N2H4). El amoníaco líquido —anfótero como el agua— actúa como una base en una disolución acuosa formando iones amonio (NH4+) y se comporta como un ácido en ausencia de agua cediendo un protón a una base y dando lugar al anión amida (NH2-). También se conocen largas cadenas y compuestos cíclicos de nitrógeno, pero son muy inestables.

Con el oxígeno forma varios óxidos como el nitroso (N2O) o gas de la risa, el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2), estos dos últimos se conocen conjuntamente como NOx y son producto de procesos de combustión contribuyendo a la aparición de episodios contaminantes de smog fotoquímico. Otros óxidos son el trióxido de dinitrógeno (N2O3) y el pentóxido de dinitrógeno (N2O5), ambos muy inestables y explosivos y cuyos ácidos respectivos son el ácido nitroso (HNO2) y el ácido nítrico (HNO3) que forman, a su vez, nitritos y nitratos.

Isótopos

Existen dos isótopos estables del nitrógeno, N-14 y N-15, siendo el primero —que se produce en el ciclo carbono-nitrógeno de las estrellas— el más común sin lugar a dudas (99,634%). De los diez isótopos que se han sintetizado uno tiene una vida media de nueve minutos y el resto de segundos o menos.

Las reacciones biológicas de nitrificación y desnitrificación influyen de manera determinante en la dinámica del nitrógeno en el suelo, casi siempre produciendo un enriquecimiento en N-15 del sustrato.

Precauciones

Los fertilizantes nitrogenados son una importante fuente de contaminación del suelo y de las aguas. Los compuesto que contienen ión cianuro forman sales extremadamente tóxicas y son mortales para numerosos animales, entre ellos los mamíferos.

Referencias

H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba   Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra   Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh  
  La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr