Nitróxeno

O nitróxeno, tamén chamado de xeito popular azote, é un elemento químico de número atómico 7, con símbolo N e de masa atómica 14,00674 u. En condicións normais forma un gas diatómico, incoloro, inodoro, insípido e principalmente inerte, que constitúe o 78,08% do ar atmosférico. Pertence á familia das pnicóxenos. O nitróxeno foi descuberto polo médico escocés Daniel Rutherford no ano 1772, como compoñente separable do ar.

Nitróxeno
-     7 N                                                                                                                                                                                                                                           N P Carbono ← Nitróxeno → osíxeno Táboa periódica dos elementos
[[Ficheiro:{{{espectro}}}|300px|center]]
Liñas espectrais do Nitróxeno
Información xeral
Nome, símbolo, número	Nitróxeno, N, 7
Serie química	Non metais
Grupo, período, bloque	15, 2, p
Densidade	1,2506 kg/m3
Dureza	{{{dureza}}}
Aparencia	Incoloro
N° CAS	7727-37-9
N° EINECS	{{{EINECS}}}
Propiedades atómicas
Masa atómica	14,00643 – 14,00728 u
Raio medio	65 pm
Raio atómico (calc)	56 pm
Raio covalente	75 pm
Raio de van der Waals	155 pm
Configuración electrónica	[He] 2s2 2p3
Electróns por nivel de enerxía	2, 5
Estado(s) de oxidación	±3, 5, 4, 2, 1 (ácido forte)
Óxido	{{{óxido}}}
Estrutura cristalina	hexagonal
Propiedades físicas
Estado ordinario	Gas
Punto de fusión	63,14 K
Punto de ebulición	77,35 K
Punto de inflamabilidade	{{{P_inflamabilidade}}} K
Entalpía de vaporización	5,57 kJ/mol
Entalpía de fusión	0,3604 kJ/mol
Presión de vapor
Temperatura crítica	126,19 K
Presión crítica	3.39 M Pa
Volume molar	m3/mol
Velocidade do son	334 m/s a 293.15 K (20 °C)
Varios
Electronegatividade (Pauling)	3,04
Calor específica	1040 J/(K·kg)
Condutividade eléctrica	__ 106 S/m
Condutividade térmica	0,02598 W/(K·m)
1.ª Enerxía de ionización	1402,3 kJ/mol
2.ª Enerxía de ionización	2856 kJ/mol
3.ª Enerxía de ionización	4578,1 kJ/mol
4.ª Enerxía de ionización	7475 kJ/mol
5.ª Enerxía de ionización	9444,9 kJ/mol
6.ª Enerxía de ionización	53266,6 kJ/mol
7.ª Enerxía de ionización	64360 kJ/mol
8.ª enerxía de ionización	{{{E_ionización8}}} kJ/mol
9.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización9}}} kJ/mol
10.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización10}}} kJ/mol
Isótopos máis estables
iso AN Período MD Ed PD MeV 13N Sintético 9,965 min ε 2,220 13C 14N 99,634 estable con 7 neutróns 15N 0,366 estable con 8 neutróns
Unidades segundo o SI e en condicións normais de presión e temperatura, salvo indicación contraria.

O nitróxeno é un elemento común no Universo. Estímase que é o sétimo elemento máis abundante na Vía Láctea e no Sistema Solar. É sintetizado pola fusión de carbono e hidróxeno nas supernovas. Debido á volatilidade do nitróxeno elemental e dos seus compostos máis habituais, o nitróxeno é moito menos común nos planetas rochosos do sistema solar interior, ademais de ser un elemento relativamente raro na Terra en xeral. Con todo, do mesmo xeito que na Terra, o nitróxeno e os compostos do nitróxeno teñen unha gran presenza na atmosfera dos planetas e satélites que o teñen.

Moitos compostos de importancia industrial, como o amoníaco, o ácido nítrico, os nitratos orgánicos (propelentes e explosivos) así como os cianuros, conteñen nitróxeno. O enlace extremadamente forte do nitróxeno elemental domina a química do nitróxeno, facendo que resulte difícil tanto para os organismos como para a industria transformar o N₂ en compostos útiles, liberando grandes cantidades de enerxía cando estes compostos se quéiman ou se degradan en gas nitróxeno. O amoníaco e os nitratos producidos sintéticamente son importantes fertilizantes industriais. Os nitratos fertilizantes son contaminantes que teñen un papel clave na eutrofización dos sistemas acuáticos.

Separadamente dos seus usos principais como fertilizantes e stocks de enerxía, o nitróxeno forma compostos orgánicos versátiles. O nitróxeno forma parte de materiais tan diversos como o kevlar e a supercola de cianoacrilato. O nitróxeno é parte integral das moléculas de todas as grandes clases de medicamento, incluíndo os antibióticos. Moitos medicamentos imitan ou son profármacos de moléculas de señalización que conteñen nitróxeno. Por exemplo, a nitroglicerina e o nitroprusiato, ambos nitratos orgánicos, controlan a presión sanguínea o metabolizarse en óxido nítrico natural. Os alcaloides vexetais (que a miúdo son substancias de defensa) conteñen nitróxeno por definición. Así pois, moitos fármacos importantes que conteñen nitróxeno, como a cafeína e a morfina, son ou ben alcaloides ou mímicos sintéticos que actúan (do mesmo xeito que moitos alcaloides vexetais) sobre os receptores dos neurotransmisores dos animais (por exemplo, as anfetaminas sintéticas).

O nitróxeno está presente en todos os seres vivos. É un elemento constituente dos aminoácidos, e xa que logo das proteínas, así como dos ácidos nucleicos (o ADN e a ARN). O corpo humano contén aproximadamente o 3% de nitróxeno do seu peso. Trátase do cuarto elemento máis abundante no corpo despois do osíxeno, o carbono e o hidróxeno. O ciclo do nitróxeno describe o movemento deste elemento desde a atmosfera cara á biosfera e os compostos orgánicos e a volta de novo cara á atmosfera.

Etimoloxía

Considérase que o nitróxeno (do latín nitrum -i, á súa vez do grego νίτρον, "nitro" -nome que historicamente se usou en forma vaga para referirse a diversos compostos de sodio e de potasio que conteñen nitróxeno-, e -geno, da raíz grega γεν-, "xerar"; é dicir, "que xera salitre") foi descuberto formalmente por Daniel Rutherford en 1772, ao dar a coñecer algunhas das súas propiedades (chamouno "aire floxisticado", en función do que observou no seu experimento dese ano. Con todo, pola mesma época tamén se dedicaron ao seu estudo Carl Wilhelm Scheele (quen o illou), Henry Cavendish e Joseph Priestley.

O nitróxeno é un gas tan inerte que Antoine Lavoisier referíase a el co nome azote (do grego ázoe, que significa "sen vida". Clasificouse entre os gases permanentes, sobre todo desde que Michael Faraday non conseguiu velo líquido a 50 atmosferas (atm) e –110 °C ata os experimentos de Raoul Pictet e Louis Paul Cailletet, quen en 1877 conseguiron licualo.

Os compostos de nitróxeno xa se coñecían na Idade Media; así, os alquimistas chamaban aqua fortis ao ácido nítrico e aqua rexia (auga rexia) á mestura de ácido nítrico e ácido clorhídrico, mestura coñecida pola súa capacidade para disolver o ouro e o platino.

Características principais

O nitróxeno é un gas inerte, non metal, incoloro, inodoro e insípido que constitúe aproximadamente as catro quintas partes do aire atmosférico, se ben non intervén na combustión nin na respiración. Ten unha elevada electronegatividade (3 na escala de Pauling) e 5 electróns no nivel máis externo comportándose como trivalente na maioría dos compostos que forma. Condensa a 77 K e solidifica a 63 K empregándose comunmente en aplicacións crioxénicas (nitróxeno líquido).

O ciclo deste elemento é bastante máis complexo que o do carbono, dado que está presente na atmosfera non só como N₂ (78 %) senón tamén nunha grande diversidade de compostos. Pódese atopar principalmente como N₂O, NO e NO₂, os chamados NO_x. Tamén forma outras combinacións con osíxeno tales como N₂O₃ e N₂O₅ (anhídridos), "precursores" dos ácidos nitroso e nítrico. Con hidróxeno forma amoníaco (NH₃), composto gaseoso en condicións normais.

Abundancia e obtención

O nitróxeno é a compoñente principal da atmosfera terrestre (78,1%) e obtense para usos industriais da destilación do ar líquido. Está presente tamén nos restos de animais, por exemplo no guano, usualmente na forma de urea, ácido úrico e compostos de ambos.

Observaronse compostos que conteñen nitróxeno no espazo exterior e o isótopo Nitróxeno-14 crease nos procesos de fusión nuclear das estrelas.

Produción

Tubo de descarga cheo de nitróxeno puro.

O nitróxeno gas é un gas industrial producido mediante a destilación fraccional de aire líquido ou mediante un método mecánico que utiliza aire gaseoso (por exemplo, unha membrana osmótica inversa presurizada ou adsorción por oscilación de presión). O nitróxeno que se vende comercialmente é a miúdo un produto secundario do tratamento de aire para a concentración industrial de osíxeno para a siderurxia e outros fins. O nitróxeno provisto en forma comprimida a miúdo é coñecido como «NSO» (nitróxeno sen osíxeno).

Nun laboratorio químico, pódese elaborar tratando unha solución acuosa de cloruro de amonio con nitrito de sodio.

NH₄Cl(aq) + NaNO₂(aq) → N₂(g) + NaCl(aq) + 2 H₂O (l)

A reacción tamén produce pequenas cantidades de NO e HNO₃. Estas impurezas pódense eliminar facendo pasar o gas por ácido sulfúrico acuoso que conteña dicromato de potasio. Pódese preparar nitróxeno puro mediante a descomposición de azida de bario ou azida de sodio.

2 NaN₃ → 2 Na + 3 N₂

Aplicacións

A máis importante aplicación comercial do nitróxeno é a obtención de amoníaco polo proceso de Haber. O amoníaco emprégase na fabricación de fertilizantes e ácido nítrico. Os sales do ácido nítrico inclúen importantes compostos coma o nitrato de potasio (empregado na fabricación da pólvora) e o nitrato de amonio fertilizante.

Os compostos orgánicos de nitróxeno como a nitroglicerina e o trinitrotolueno (TNT) son a miúdo explosivos. A hidracina e os seus derivados empréganse coma combustíbel en foguetes.

Tamén se usa, pola súa baixa reactividade, como atmosfera inerte en tanques de almacenamento de líquidos explosivos, durante a fabricación de compoñentes electrónicos (transistores, díodos, circuítos integrados etc.) e na fabricación do aceiro inoxidábel. O nitróxeno líquido, producido por destilación do ar líquido, úsase en crioxenia, xa que a presión atmosférica condensa a -195,8 °C; aplicación importante é tamén a de refrixerante, para a conxelación, o transporte de comida e a conservación de corpos e células reprodutivas (seme e óvulos) ou calquera outra mostras biolóxica.

Historia

O nitróxeno (do latín nitrogenium e este do grego nitrum (νίτρον) (nome que historicamente foi usado ás veces para referirse a diversos compostos de sodio e de potasio que conteñen nitróxeno) e -xeno, da raíz grega γεν xerar) considérase que foi descuberto formalmente por Daniel Rutherford en 1772, quen o chamou "aire nocivo" ou "aire fixo", ó dar este a coñecer algunhas das súas propiedades, aínda que, pola mesma época tamén se dedicaron ao seu estudo Scheele o cal consegue illalo, Cavendish, e Priestley.

O nitróxeno é un gas tan inerte que Lavoisier denominou azote (ázoe) que significa sen vida (ou talvez o chamou así por non ser apto para respirar).). Clasificouse entre os gases permanentes, sobre todo desde que Faraday non conseguira velo líquido a 50 atm e -110 °C, ata os experimentos de Pictet e Cailletet que en 1877 coneguiron licualo.

Os compostos de nitróxeno xa se coñecían na Idade Media; así, os alquimistas chamaban aqua fortis ó ácido nítrico e aqua regia á mestura de ácido nítrico e clorhídrico, coñecida pola súa capacidade de disolver o ouro.

Precaucións

Os fertilizantes nitroxenados son unha importante fonte de contaminación do solo e das augas. Os compostos que conteñen ión cianuro forman sales extremadamente tóxicos e son mortais para numerosos animais, entre eles os mamíferos.

Véxase tamén

Bibliografía

• "Táboa periódica dos elementos" (PDF). Consello da Cultura Galega, Xunta de Galicia, Real Academia Galega de Ciencias, Real Academia Galega e Ciencia Nosa. 2019. 
• Bermejo, M. R.; González, A.; Vázquez, M. (2006). O nome e o símbolo dos elementos químicos (PDF). Xunta, Secretaría Xeral de Política Lingüística e CRPIH. ISBN 978-84-453-4325-8. 
• Bermejo, M. R.; González, A.; Maneiro, M. (2018). Guía dos elementos químicos. Historia, propiedades e aplicacións. Xunta de Galicia e CRPIH. ISBN 978-84-453-5297-7. 
• Garrett, Reginald H.; Grisham, Charles M. (1999). Biochemistry (2ª ed.). Fort Worth: Saunders College Publ. ISBN 0030223180. 
• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon Press. ISBN 0080220576. 

Outros artigos

• Ciclo do nitróxeno

Ligazóns externas

• Periodic Table of Elements: Element Nitrogen - N (en inglés)