El nitrógeno es el elemento que encabeza el grupo en el que figuran también fósforo, arsénico, antimonio y bismuto

GRUPO 15

Características generales

     El nitrógeno es el elemento que encabeza el grupo en el que figuran también fósforo, arsénico, antimonio y bismuto. La tendencia al aumento del carácter metálico con el aumento del número atómico está particularmente destacada en este grupo.

Propiedades períodicas:

      Las primeras energías de ionización disminuyen desde los valores típicos de un no metal (Nitrógeno) hasta las características de un metal (Bismuto).

    Configuración electrónica: cada uno de los átomos posee 5 electrones de valencia (ns2 np3) en su capa más externa. El hecho de compartir electrones con los átomos más electronegativos corresponde a un estado de oxidación máximo de +5; al compartirlos con átomos menos electronegativos  el estado de oxidación mínimo es de -3.

        Además, el estado de oxidación +3 corresponde a no compartir el par s de electrones y es común para todos los elementos.

     El N y el P son especiales porque muestran todos los estados de oxidación desde -3 hasta +5. El N y el P no forman cationes simples.

     Los óxidos del grupo se hacen menos ácidos a medida que aumenta el carácter metálico de los elementos. También hay un aumento en la estabilidad del estado inferior de oxidación con el aumento de Z, así el Bi2O5 es el más difícil de preparar y el menos estable de los pentóxidos.

Nitrógeno:

Propiedades físicas: es un gas incoloro, no arde y tampoco mantiene la combustión; en una atmósfera de nitrógeno la mayor parte de las combustiones se paralizan.

Estado Natural: se lo puede encontrar en estado libre, en la atmósfera, como nitrógeno molecular (N2), donde ocupa un 79% del volumen del aire ó combinado: en numerosos compuestos inorgánicos (nitritos, nitratos, amoníaco, etc) y orgánicos (aminoácidos, proteínas, piridina, etc).

Propiedades químicas: el nitrógeno es un elemento muy inerte. La causa de su inercia debe deducirse del hecho de que la disociación de las moléculas de nitrógeno en átomos, de los que depende la capacidad de reacción, sólo es posible empleando una energía relativamente elevada. A pesar de ello se conoce una gran cantidad de compuestos de N, como por ejemplo, el amoníaco.

Métodos de obtención

a) Industrial

Por destilación fraccionada de aire líquido

     Una vez licuado, el aire, se destila, siendo las primeras fracciones del destilado ricas en nitrógeno, ya que su PE (-195,8oC) es menor que el del oxígeno(-183oC)

b) de Laboratorio

Por calentamiento de sales nitrogenadas

                  NH4NO2                N2  +  2 H2O[pic 1]

              (NH4)2 Cr2O7                N2  +  Cr2O3  +  4 H2O  [pic 2]

Compuestos más importantes

Estado de oxidación -3

Nitruros

Compuestos binarios de nitrógeno y otro elemento. Se clasifican en:

a) Iónicos: se forman entre el nitrógeno y metales  del grupo IIA, (Cd, Zn y Li). Tienen alto punto de fusión y contienen el ión N3-. Ej.: NLi3, N2Mg3

b) Covalentes: se forman entre nitrógeno y no metales . Ejemplo: NH3,Cl3N.

c) Intersticiales: se forman entre el nitrógeno y ciertos metales de transición. No responden a una composición estequiométrica definida, deberán considerarse compuestos de inclusión.

AMONIACO (NH3): un nitruro covalente.

Propiedades

      Es un gas incoloro y picante con PE de -33.35o C y punto de congelación de -77,7oC. Posee un gran calor de evaporación, por lo que es de fácil manejo en el equipo usual de laboratorio.

     El NH3  es sumamente soluble en H2O, debido a que su molécula como la del agua es polar.

        Aunque es común referirse a las soluciones acuosas de amoníaco como soluciones de base débil NH4OH, llamada "hidróxido de amonio", esta costumbre  se debe desalentar, ya que no hay evidencia alguna de la existencia del NH4OH no disociado, y sí hay razones para creer que  hay disociación.

     La mejor manera para describir las soluciones de amoníaco es como NH3(ac), con el equilibrio escrito como:                    

          NH3(ac) + H2O                 NH4+ + OH-[pic 3][pic 4]

           K298 = [NH4+] [OH-] = 1.8x10-5       (pKb = 4.75)[pic 5]

                            [NH3]                      

     Una solución 1M de NH3 es sólo 0.0042M NH4+ y OH-, por lo que se trata de una base débil.

     Comercialmente, el NH3 se presenta en soluciones concentradas: 32% P/P de título en NH3 puro y δ= 0.88 g/ml.

...