Nitrógeno – Propiedades, Ocurrencia, Usos, Efectos

El nitrógeno es un elemento químico con el símbolo N y el número atómico 7. En 1772, un médico escocés llamado Daniel Rutherford fue el primero en descubrirlo y aislarlo.

El nitrógeno es el elemento más ligero del grupo 15, a menudo conocido como pnictógenos. 

Es un elemento común en el universo, con una abundancia total estimada de alrededor de ocho en la Vía Láctea y el Sistema Solar. El elemento no combinado más común es el dinitrógeno, que representa el 78% de la atmósfera terrestre. El nitrógeno se encuentra en todas las especies, especialmente en los aminoácidos (y por lo tanto en las proteínas), los ácidos nucleicos (ADN y ARN) y el trifosfato de adenosina, una molécula de transferencia de energía. Después del oxígeno, el carbono y el hidrógeno, el nitrógeno es el cuarto elemento más frecuente en el cuerpo humano y representa alrededor del 3% de su masa. El ciclo del nitrógeno describe cómo el nitrógeno se mueve de la atmósfera a la biosfera y las moléculas orgánicas antes de regresar a la atmósfera.

Propiedades del Nitrógeno 

1. El nitrógeno es un gas incoloro e iNodero que también se puede utilizar en forma líquida.
2. El elemento se encuentra en forma de N ₂ .
3. Debido a su alta energía de enlace, la energía de activación del nitrógeno molecular para la reacción suele ser muy alta, lo que lo hace relativamente inerte para la mayoría de los reactivos en condiciones normales.
4. Además, la extraordinaria estabilidad termodinámica de la molécula de nitrógeno contribuye en gran medida a la inestabilidad termodinámica de muchos compuestos de nitrógeno, cuyos enlaces, aunque fuertes, son significativamente más débiles que los del nitrógeno molecular. Las moléculas de nitrógeno pueden actuar como ligandos en compuestos de coordinación complicados.
5. La estructura eléctrica de un átomo de nitrógeno viene dada por 1s ² 2s ² 2p ³ .
6. La carga nuclear está mal apantallada por los cinco electrones de la capa externa, lo que da como resultado una carga nuclear efectiva relativamente grande que se siente a la distancia del radio covalente. Como resultado, los átomos de nitrógeno son de tamaño pequeño y tienen una alta electronegatividad, por lo que se encuentran entre el carbono y el oxígeno en términos de ambas características.

Ocurrencia de nitrógeno 

El elemento puro más frecuente en el planeta es el nitrógeno. A pesar de esto, no es frecuente en la corteza terrestre, representando solo 19 ppm. La atmósfera y los seres vivos intercambian constantemente moléculas de nitrógeno. Fijar el nitrógeno en una forma utilizable por las plantas, por lo general, el amoníaco es el paso inicial. Parte de la fijación de nitrógeno se logra mediante rayos que producen rusts de nitrógeno, pero la mayoría se logra mediante bacterias diazotróficas que utilizan enzimas nitrogenasas. Las plantas usan amoníaco para producir proteínas cuando lo absorben. Las moléculas de nitrógeno en estas plantas luego son digeridas por animales, quienes las utilizan para crear proteínas y excretar heces que contienen nitrógeno. Finalmente, estos organismos mueren y se degradan, exponiendo el dinitrógeno libre a la atmósfera a través de la oxidación y desnitrificación bacteriana y ambiental.

Aunque el exceso de desechos que contienen nitrógeno, cuando se filtra, provoca la eutrofización del agua dulce y el establecimiento de zonas marinas muertas, ya que el crecimiento bacteriano impulsado por el nitrógeno agota el oxígeno del agua hasta el punto de que todas las criaturas superiores mueren, el proceso Haber generalmente se utiliza como fertilizante. Además, el rust nitroso producido durante la desnitrificación agota la capa de ozono en la atmósfera.

Para protegerse de los severos efectos osmóticos de su entorno, muchos peces de agua salada producen enormes niveles de rust de trimetilamina; la conversión de este químico a dimetilamina es lo que causa el hedor temprano en los peces de agua salada. La rápida interacción del rust nítrico con el agua en los mamíferos produce el metabolito nitrito. El metabolismo del nitrógeno animal en las proteínas da como resultado la excreción de urea, mientras que el metabolismo del ácido nucleico animal da como resultado la excreción de urea y ácido úrico. La formación de aminas nitrogenadas de string larga, como la putrescina y la cadaverina, que son productos de descomposición de los aminoácidos ornitina y lisina, respectivamente, en las proteínas en descomposición, provoca el olor inconfundible de la carne animal en descomposición.

Usos del Nitrógeno 

• Se usa para hacer amoníaco, luego para hacer ácido nítrico, que luego se utiliza como fertilizante.
• El nitrato de potasio, el nitrato de amonio y el ácido nítrico son ejemplos de sales de ácido nítrico. La nitroglicerina y otros compuestos orgánicos nitrados son explosivos comunes.
• El nitrógeno líquido se utiliza como refrigerante en el transporte y congelación de alimentos. El nitrógeno líquido también se utiliza para preservar los cuerpos y las células reproductivas, así como para mantener estables las muestras biológicas. Un líquido criogénico es un nitrógeno líquido. Puede transportarse y almacenarse con una mínima pérdida por evaporación cuando está debidamente aislado en contenedores como frascos dewar.
• Algunos equipos de construcción utilizan gas nitrógeno comprimido para ayudar al sistema hidráulico a proporcionar más potencia a dispositivos como martillos hidráulicos. La descomposición de la azida de sodio produce gas nitrógeno, que se utiliza para inflar las bolsas de aire.
• El suelo contiene muchas moléculas de nitrógeno. El nitrógeno se puede encontrar en forma de nitratos y nitritos tanto en el agua como en el suelo. Todas estas moléculas forman parte del ciclo del nitrógeno, que está vinculado al ciclo del carbono.
• Para la asfixia con gas inerte, el gas nitrógeno se ha convertido en el gas inerte preferido.
• Cuando el oxígeno en el aire podría causar un incendio, una explosión o un riesgo de oxidación, el gas se emplea como una atmósfera inerte.

nitrógeno en el medio ambiente

Las moléculas de nitrógeno se encuentran principalmente en el aire. El nitrógeno se encuentra en forma de nitratos y nitritos en el agua y el suelo. El ciclo del nitrógeno abarca todos estos elementos y todos están interrelacionados. Los seres humanos han alterado drásticamente las proporciones naturales de nitrato y nitrito, debido principalmente al uso de estiércol que contiene nitrato. 

Las empresas industriales producen mucho nitrógeno, lo que conduce a un aumento de los suministros de nitrato y nitrito en el suelo y el agua como resultado de las reacciones del ciclo del nitrógeno. Como resultado, las concentraciones de nitrato en el agua potable se dispararán.

Efectos ambientales del nitrógeno

Los seres humanos han alterado drásticamente el nitrato natural y las fuentes de nitrato. El uso generalizado de fertilizantes es la principal fuente de nitratos y nitritos. Debido a la liberación de rusts de nitrógeno, que pueden convertirse en nitratos y nitritos en el medio ambiente, las operaciones de combustión también pueden mejorar los suministros de nitrato y nitrito. 

Los nitratos y nitritos también se producen durante la fabricación de productos químicos y se utilizan como conservantes de alimentos. Como resultado, la concentración de nitrógeno en las aguas subterráneas y superficiales, así como el nitrógeno en los alimentos, aumenta drásticamente. Debido a la susceptibilidad de organismos específicos a los efectos de los compuestos de nitrógeno, la adición de enlaces de nitrógeno al medio ambiente podría modificar la composición de las especies.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: ¿Dónde se encuentra el nitrógeno?

Responder:

Es el quinto elemento más abundante del universo, representa alrededor del 78 por ciento de la atmósfera terrestre y contiene aproximadamente 4.000 billones de toneladas de gas. La destilación fraccionada es un método para extraer nitrógeno del aire licuado.

Pregunta 2: ¿Para qué se utilizan los tanques de nitrógeno?

Responder:

El nitrógeno se utiliza para evitar la oxidación y crear un ambiente seguro e inerte que elimine los gases generados por el horno. Esto también se puede utilizar como vapor auxiliar de corte por láser para facilitar el corte por plasma. El nitrógeno se emplea en una amplia gama de aplicaciones eléctricas upstream y midstream.

Pregunta 3: ¿Qué pasaría si no existieran las bacterias fijadoras de nitrógeno?

Responder:

Las bacterias convierten el nitrógeno y el dirust de carbono del aire en componentes útiles que las plantas y los animales pueden usar como componentes básicos. Para los seres vivos, la pérdida de todos los microorganismos sería una noticia devastadora, ya que ya no serían capaces de crear u obtener los nutrientes necesarios por sí mismos.

Pregunta 4: ¿Cómo se fija el nitrógeno?

Responder:

En el suelo, un grupo diverso de microorganismos conocidos como diazótrofos, incluidas bacterias como Azotobacter y Archaea, fijan nitrógeno de forma natural. Ciertas familias de plantas tienen relaciones simbióticas con bacterias fijadoras de nitrógeno, en particular las leguminosas.

Pregunta 5: ¿Cómo se produce el nitrógeno en el medio ambiente?

Responder:

La mayoría de las moléculas de nitrógeno están presentes en la atmósfera. En el agua y el suelo, el nitrógeno se encuentra en forma de nitratos y nitritos.