El nitrógeno

1. Nitrogeno

Introducción

El nitrógeno fue descubierto por el botánico escocés Daniel Rutherford en 1772. Este científico observo que cuando encerraba u ratón en un frasco sellado, el animal consumía rápidamente el oxígeno y moría. Cuando se eliminaba el aire fijo (CO2) del recipiente quedaba un aire nocivo, el nitrógeno.

El nitrógeno constituye el 78% en volumen de la atmósfera terrestre donde esta presente en forma de moléculas de N2. Aunque es un elemento clave en los organismos vivos los compuestos de nitrógeno no abundan en la corteza terrestre, los depósitos naturales de nitrógeno son los de KNO3 en la India y NaNO3 en Chile y otras regiones desérticas de América.

Propiedades

Gas incoloro, inodoro, insípido compuesto por moléculas de N2

Punto de fusión es de –210ºC

Punto de ebullición normal es de –196ºC

La molécula es muy poco reactiva a causa del fuerte enlace triple entre los átomos de nitrógeno

Cuando las sustancias arden en el aire normalmente reaccionan con el O2 pero no con el N2. Sin embargo cuando el Magnesio arde en el aire, también ocurre la reacción con el N2 para formar nitruro de magnesio (Mg3N2)

El elemento exhibe todos los estadios de oxidación desde +5 hasta –3, los estados +5, 0 y –3 son los mas comunes (HNO3, N2 y HN3 resp.) y estables.

Química: Nitrogeno

Preparación y usos del nitrógeno

El nitrógeno elemental se obtiene en cantidades comerciales por destilación fraccionada de aire liquido. A causa de su baja reactividad se usan grandes cantidades de N2 para excluir el O2 durante el almacenamiento y empaque de alimentos, en la manufactura de productos químicos, fabricación de metales, etc. En forma liquida se lo utiliza como medio de enfriamiento para congelar alimentos con rapidez.

El mayor uso esta destinado en la manufactura en la manufactura de fertilizantes nitrogenados los cuales proporcionan un a fuente de nitrógeno fijado.

Compuestos hidrogenados de nitrógeno

El amoníaco (NH3) es uno de los compuestos mas importantes de nitrógeno. Es un gas tóxico incoloro que tiene un olor irritante característico. En el laboratorio se puede preparar por la acción del NaOH con una sal de amonio (NH4). El ion NH4+ que es el ácido conjugado del amoniaco (NH3) transfiere un protón al OH-. El NH3 resultante es volátil y se expulsa de la solución por calentamiento moderado:

NH4Cl (ac) + NaOH (ac) NH3 (g) + H2O (l) + NaCl (ac)

La producción comercial de NH3 se lleva a cabo por el proceso Haber:

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

Oxidos y oxiácidos de nitrógeno

El nitrógeno forma tres óxidos comunes:

Oxido nitroso (N2O): se conoce también como gas hilarante, gas incoloro, fue la primera sustancia utilizada como anestésico general. Se emplea como gas comprimido en varios aerosoles y espumas. Se lo puede preparar en el laboratorio por calentamiento de amonio (NH4NO3) a 200°.

NH4NO3 (s) N2O (g) + 2 H2O (g)

Oxido nítrico (NO): gas incoloro pero a diferencia del oxido nitroso, es ligeramente tóxico. Se lo puede preparar en el laboratorio por reducción del ácido nítrico usando cobre o hierro como agente reductor.

3 Cu (s) + 2 NO3-(ac) + 8 H+ (ac) 3 Cu+2 (ac) + 2 NO (g) + 4 H2O (l)

Dióxido de nitrógeno (NO2): gas de color amarillento constituyente importante del smog, venenoso y de olor asfixiante.

Los dos oxiácidos comunes del nitrógeno son:

Acido nítrico (NO3): liquido corrosivo incoloro, las soluciones suelen tomar un color ligeramente amarillento como resultado de la formación de pequeñas cantidades de NO2. por descomposición fotoquimica. Es un ácido fuerte y poderoso agente oxidante, ataca casi todos los metales excepto el oro (Au) y platino (Pt)

4 NH3 (ac) 4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2O (l)

Acido nitroso (HNO2): menos estable que el ácido nítrico, se produce normalmente por la acción de un ácido fuerte como el ácido sulfúrico (H2SO4) sobre una solución fría de una sal de nitrito como en nitrito de sodio (NaNO2).

Aunque el nitrógeno molecular es un componente principal del la atmósfera terrestre no es fuente apropiada de nitrógeno para la mayoría de los organismos debido a que la molécula de este elemento es químicamente inerte. Desde el punto de vista nutritivo, casi todos los animales, plantas superiores y microorganismos dependen del nitrógeno combinado. Este, en forma de amoniaco, nitrato y compuestos orgánicos, es relativamente escaso en los suelos y en las aguas y con frecuencia su concentración es el factor limitaste para el crecimiento de los organismos vivos. Las transformaciones cíclicas de las sustancias nitrogenadas incluida la mineralizaron de los compuestos orgánicos de nitrógeno tienen por lo tanto una importancia extraordinaria en el recambio total de este elemento en la biosfera..

Asimilación

Predominantemente las plantas verdes asimilan nitrógeno como nitrato, si bien el amoniaco puede también servir como fuente de nitrógeno. El nitrógeno que se asimila bajo la forma de nitrato tiene que ser reducido en la célula a amoniaco para que pueda incorporarse como grupo amino a dos aminoácidos: el ácido glutamico y ácido apartijo. Estos dos aminoácidos son los precursores de todos los compuestos nitrogenados de la materia viva. Las proteínas y ácidos nucleicos son los principales componentes nitrogenados del material celular.

Transformaciones del nitrógeno orgánico y formación de amoniaco

Los compuestos orgánicos nitrogenados que sintetizan las plantas son utilizados como fuentes de nitrógeno por todo el reino animal. Cuando los animales asimilan materias vegetales, hidrolizan en mayor o menor grado los complejos compuestos nitrogenados pero el nitrógeno queda en su mayor parte en forma orgánica reducida.

La excreción del nitrógeno varia según los grupos: los invertebrados excretan predominantemente amoniaco, en tanto que los vertebrados eliminan además productos orgánicos. El ser humano (como los animales) eliminan el nitrógeno en forma de urea. La urea que desechan los animales es rápidamente mineralizada por microorganismos

...