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Educacional: Nitrogênio

 

    Nas condições ambientes (25 °C e 1 atm) o nitrogênio é encontrado no estado gasoso, obrigatoriamente em sua forma molecular biatômica (N2), formando cerca de 78% do ar atmosférico.

    Além do nome nitrogênio, é chamado ainda de azoto em países que seguem o português europeu. É um elemento químico com símbolo N, número atômico 7 e número de massa 14 (7 prótons e 7 nêutrons ), representado no grupo (ou família) 15 (antigo 5A) da tabela periódica.

Carbono - Nitrogênio - Oxigênio


N
P

 


 

       

História

    Considera-se que foi descoberto formalmente por Daniel Rutherford em 1772 ao determinar algumas de suas propriedades. Entretanto, pela mesma época, também se dedicaram ao seu estudo Scheele que o isolou, Cavendish, e Priestley. O nitrogênio é um gás tão inerte que Lavoisier se referia a ele como azote (ázoe), que é uma palavra francesa que significa "impróprio para manter a vida". Alguns anos depois, em 1790, foi chamado de nitrogênio, por Chatpal.

    Foi classificado entre os gases permanentes desde que Faraday não conseguiu torná-lo líquido a 50 atm e -110 ºC. Mais tarde, em 1877, Pictet e Cailletet conseguiram liquefazê-lo.

    Alguns compostos de nitrogênio já eram conhecidos na Idade Média: os alquimistas chamavam de

 aqua fortis o ácido nítrico e aqua regia a mistura de ácido nítrico e clorídrico, conhecida pela sua capacidade de dissolver o ouro.

 

 

                                                                            Características principais

Molécula de nitrogênio (N2)

    Como elemento (N) tem uma elevada eletronegatividade ( 3 na escala de Pauling ) e 5 elétrons no nível mais externo (camada de valência), comportando-se como íon trivalente na maioria dos compostos que forma. Condensa a aproximadamente 77 K (-196 ºC) e solidifica a aproximadamente 63 K (-210 ºC).

    Ocorre como um gás inerte (N2), não-metal, incolor, inodoro e insípido, constituindo cerca de 4/5 da composição do ar atmosférico, não participando da combustão e nem da respiração.

 

 

Características gerais

Nome, símbolo, número

Nitrogênio (Azoto), N, 7

Classe, série química

Não-metal , representativo

(família do nitrogênio)

Grupo, período, bloco

15 ( VA ), 2, p

Densidade, dureza

1,2506 kg/m3 (273K), (ND)

Aparência e cor

Incolor

Propriedades atômicas

Raio atômico

65 pm

Raio covalente

75 pm

Raio de van der Waals

155 pm

Estado de oxidação (óxido)

±3,5,4,2 (fortemente ácido)

Estrutura cristalina

hexagonal

Massa atômica

14,0067(2) u

Configuração eletrônica

[He]2s22p3

Elétrons por nível de energia

2, 5

Propriedades físicas

Volume molar

13,54×10-6 m3/mol

Ponto de fusão

63,15 K (-210,15 ºC)

Ponto de ebulição

77,35 K (-196,15 ºC)

Entalpia de vaporização

2,7928 kJ/mol

Estado da matéria

gasoso

Entalpia de fusão

0,3604 kJ/mol

Velocidade do som

334 m/s (298,15 K ou 0 ºC)

Pressão de vapor

não definida

Características diversas

1ª Potencial de ionização

1402,3 kJ/mol

2ª Potencial de ionização

2856 kJ/mol

3ª Potencial de ionização

4578,1 kJ/mol

4ª Potencial de ionização

7475 kJ/mol

5ª Potencial de ionização

9444,9 kJ/mol

6ª Potencial de ionização

53266,6 kJ/mol

7ª Potencial de ionização

64360 kJ/mol

Condutividade elétrica

não definida

Condutividade térmica

0,02598 W/m*K

Eletronegatividade

3,04 (escala de Pauling)

Calor específico

1040 J/kg*K

Isótopos mais estáveis

iso

AN

meia-vida

MD

ED (MeV)

PD

13N

sintético

9,965 minutos

ε

2 200

13C

14N

99,634%

estável

15N

0,366%

estável

Unidades SI e CNPT, exceto onde indicado o contrário

 

Abundância e obtenção

    O nitrogênio é o componente principal da atmosfera terrestre ( 78,1% em volume ). É obtido, para usos industriais, pela destilação do ar líquido. O elemento está presente na composição de substâncias excretadas pelos animais, usualmente na forma de uréia e ácido úrico.

    Tem-se observado compostos que contêm nitrogênio no espaço exterior. O isótopo 14N se cria nos processos de fusão nuclear das estrelas.

 

Aplicações

    A mais importante aplicação comercial do nitrogênio é na obtenção do gás amoníaco pelo processo Haber. O amoníaco é usado, posteriormente, para a fabricação de fertilizantes e ácido nítrico. É usado, devido a sua baixa reatividade, como atmosfera inerte em tanques de armazenamento de líquidos explosivos, durante a fabricação de componentes eletrônicos (transistores, diodos, circuitos integrados, etc.) e na fabricação do aço inoxidável. O nitrogênio líquido, obtido pela destilação do ar líquido, se usa em criogenia, já que na pressão atmosférica condensa a -196 ºC. Outra aplicação importante é o seu uso como fator refrigerante, para o congelamento e transporte de alimentos, conservação de corpos e células reprodutivas sexuais e femininos ou quaisquer outras amostras biológicas.

    Entre os sais do ácido nítrico estão incluídos importantes compostos como o nitrato de potássio (nitro ou salitre empregado na fabricação de pólvora) e o nitrato de amônio como fertilizante.

    Os compostos orgânicos de nitrogênio como a nitroglicerina e o Trinitrotolueno (TNT) são muito explosivos. A hidrazina e seus derivados são usados como combustível em foguetes.

    Na medicina nuclear, o 13N (lê-se nitrogênio 13), radioativo com emissão de positron, é usado no exame PET.

 

Compostos

    Com o hidrogênio forma o amoníaco ( NH3 ) e a hidrazina ( N2H4 ). O amoníaco líquido —anfótero como a água — atua como uma base em solução aquosa formando íons amônio (NH4+). O mesmo amoníaco comporta-se como um ácido em ausência de água, cedendo um próton a uma base, dando lugar ao ânion amida ( NH2- ). Também se conhece largas cadeias e compostos cíclicos de nitrogênio, porém. são muito instáveis.

    Com o oxigênio forma vários óxidos como o óxido nitroso ( N2O ) ou gás hilariante, o óxido nítrico (NO) e o dióxido de nitrogênio ( NO2 ), estes dois últimos são representados genericamente por NOx e são produtos de processos de combustão, contribuindo para o aparecimento de contaminantes ( smog fotoquímico ). Outros óxidos são o trióxido de dinitrogênio ( N2O3 ) e o pentóxido de dinitrogênio (N2O5), ambos muito instáveis e explosivos, cujos respectivos ácidos são o ácido nitroso ( HNO2 ) e o ácido nítrico ( HNO3 ) que, por sua vez, formam os sais nitritos e nitratos.

 

Ações biológicas

    O azoto é o componente essencial dos aminoácidos e dos ácidos nucléicos, vitais para os seres vivos. As leguminosas são capazes de desenvolver simbiose com certas bactérias do solo chamadas de Rizóbios. Estas bactérias absorvem o azoto diretamente do ar, sendo este transformado em amoníaco que logo é absorvido pela planta. Na planta o amoníaco é reduzido a nitrito pela enzima nitrito redutase e logo em seguida é reduzido a nitrato pela enzima nitrato redutase. O nitrato é posteriormente utilizado pela planta para formar o grupo amino dos aminoácidos das proteínas que, finalmente, se incorporam à cadeia trófica. Um bom exemplo deste processo é observado na soja, sendo esta uma cultura que dispensa adubação nitrogenada.

 

Isótopos

   

    Dos dez isótopos artificiais do nitrogênio (sintetizados em laboratório), o 13N tem uma vida média de nove minutos enquanto que os demais isótopos, da ordem de segundos ou menos.

    As reações biológicas de nitrificação e desnitrificação contribuem, de maneira determinante, na dinâmica do azoto no solo, quase sempre produzindo um enriquecimento em 15N do substrato.

    Há dois isótopos estáveis do azoto: 14N e 15N. O mais comum é o 14N, com uma abundância relativa de 99,634%, sendo o restante preenchido pelo 15N. No universo, o 14N é produzida pelo ciclo carbono-azoto das estrelas.

   

Precauções

    Os fertilizantes azotados são uma poderosa fonte de contaminação do solo e das águas. Os compostos que contêm íons cianeto formam sais extremadamente tóxicos e são mortais para numerosos animais, entre os quais os mamíferos.

 

 

 

Utilizando nitrogênio para retirar umidade de ar condicionado automotivo

 

Carro com suspensão ativa a nitrogênio

 

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