El nitrógeno es un gas no reactivo, incoloro e inodoro que forma aproximadamente el 78% de la atmósfera terrestre. El nitrógeno en diversas formas químicas juega un papel importante en una gran cantidad de problemas ambientales.
Dos tercios del nitrógeno producido por la industria se vende como gas y el tercio restante como líquido. El amoníaco y los nitratos producidos sintéticamente son fertilizantes industriales clave, y los nitratos de fertilizantes son contaminantes clave en la eutrofización de los sistemas de agua. Además de su uso en fertilizantes y reservas de energía, el nitrógeno es un componente de compuestos orgánicos tan diversos como el Kevlar utilizado en tejidos de alta resistencia y el cianoacrilato utilizado en superglue.
El dinitrógeno forma aproximadamente el 78% de la atmósfera de la Tierra, lo que lo convierte en el elemento no combinado más abundante. El nitrógeno gaseoso es un gas industrial producido por destilación fraccionada de aire líquido o por medios mecánicos utilizando aire gaseoso (membrana de ósmosis inversa presurizada o adsorción por oscilación de presión).
Protones y neutrones en Nitrógeno
El nitrógeno es un elemento químico con número atómico 7, lo que significa que hay 7 protones en su núcleo. Número total de protones en el núcleo se llama el número atómico del átomo y se le da el símbolo Z . La carga eléctrica total del núcleo es, por tanto, + Ze, donde e (carga elemental) es igual a 1,602 x 10-19 culombios .
El número total de neutrones en el núcleo de un átomo se llama el número de neutrones del átomo y se le da el símbolo N . Número de neutrones más el número atómico es igual al número de masa atómica: N + Z = A . La diferencia entre el número de neutrones y el número atómico se conoce como exceso de neutrones : D = N – Z = A – 2Z.
Para los elementos estables, suele haber una variedad de isótopos estables. Los isótopos son nucleidos que tienen el mismo número atómico y, por lo tanto, son el mismo elemento, pero difieren en el número de neutrones. Los números de masa de isótopos típicos de nitrógeno son 14; 15.
Principales isótopos del Nitrógeno
El nitrógeno tiene dos isótopos estables: 14N y 14N. El primero es mucho más común, constituye el 99,634% del nitrógeno natural, y el segundo (que es un poco más pesado) constituye el 0,366% restante. Esto conduce a un peso atómico de alrededor de 14,007 u.
El nitrógeno 14 está compuesto por 7 protones, 7 neutrones y 7 electrones. El nitrógeno-14 es uno de los pocos nucleidos estables con un número impar de protones y neutrones (siete cada uno) y es el único que constituye la mayoría de su elemento.
El nitrógeno 15 está compuesto por 7 protones, 8 neutrones y 7 electrones. Dos fuentes de nitrógeno 15 son la emisión de positrones de oxígeno 15 y la desintegración beta del carbono 15. Nitrógeno-15 presenta una de las secciones transversales de captura de neutrones térmicos más bajas de todos los isótopos.
El nitrógeno 16 está compuesto por 7 protones, 9 neutrones y 7 electrones. En los reactores nucleares, el nitrógeno-16 se puede utilizar para detectar fugas de generadores de vapor. El nitrógeno 16 es un isótopo de nitrógeno generado por la activación neutrónica del oxígeno contenido en el agua. Tiene una vida media corta de 7,1 segundos y se desintegra a través de la desintegración beta . Esta descomposición va acompañada de la emisión de rayos gamma muy energéticos (6 MeV), que pueden penetrar fácilmente la pared de la tubería de alta presión y, por lo tanto, pueden medirse fácilmente mediante cámaras de iones ubicadas en la tubería de la pierna caliente de cada circuito de refrigerante.
Isótopos estables
| Isótopo | Abundancia | Número de neutrones |
| 14N | 99,6% | 7 |
| 15N | 0,4% | 8 |
Isótopos inestables típicos
| Isótopo | Media vida | Modo de decaimiento | Producto |
| 13N | 9,965 min | captura de electrones | 13C |
| 16N | 7,1 s | desintegración beta | 16O |
Electrones y configuración electrónica
El número de electrones en un átomo eléctricamente neutro es el mismo que el número de protones en el núcleo. Por lo tanto, el número de electrones en el átomo neutro de nitrógeno es 7. Cada electrón está influenciado por los campos eléctricos producidos por la carga nuclear positiva y los otros electrones negativos (Z – 1) en el átomo.
La configuración electrónica del nitrógeno es [He] 2s2 2p3 .
Los posibles estados de oxidación son + 1,2,3,4,5 / -1,2,3 .
Muchos compuestos de importancia industrial, como el amoníaco, el ácido nítrico, los nitratos orgánicos (propulsores y explosivos) y los cianuros, contienen nitrógeno. El triple enlace extremadamente fuerte en el nitrógeno elemental (N≡N), el segundo enlace más fuerte en cualquier molécula diatómica después del monóxido de carbono (CO), [3] domina la química del nitrógeno. Esto causa dificultades tanto para los organismos como para la industria a la hora de convertir N2 en compuestos útiles, pero al mismo tiempo significa que quemar, explotar o descomponer compuestos nitrogenados para formar gas nitrógeno libera grandes cantidades de energía a menudo útil.
Compuesto químico de Nitrógeno más común
El amoníaco es un compuesto de nitrógeno e hidrógeno con la fórmula NH3. Un hidruro binario estable, y el hidruro de pictógeno más simple, el amoníaco es un gas incoloro con un olor acre característico. Es un desecho nitrogenado común, particularmente entre los organismos acuáticos, y contribuye significativamente a las necesidades nutricionales de los organismos terrestres al servir como precursor de alimentos y fertilizantes.
Un protón es una de las partículas subatómicas que forman la materia. En el universo, los protones son abundantes y constituyen aproximadamente la mitad de toda la materia visible. Tiene una carga eléctrica positiva (+ 1e) y una masa en reposo igual a 1,67262 × 10 −27 kg ( 938,272 MeV / c 2 ), marginalmente más ligera que la del neutrón pero casi 1836 veces mayor que la del electrón. El protón tiene un radio cuadrático medio de aproximadamente 0,87 × 10 −15 m, o 0,87 fm, y es un fermión de espín ½.
Los protones existen en los núcleos de los átomos típicos, junto con sus contrapartes neutrales, los neutrones. Los neutrones y protones, comúnmente llamados nucleones , están unidos en el núcleo atómico, donde representan el 99,9 por ciento de la masa del átomo. La investigación en física de partículas de alta energía en el siglo XX reveló que ni el neutrón ni el protón no son los bloques de construcción más pequeños de la materia.
La tabla periódica es una representación tabular de los elementos químicos organizados sobre la base de sus números atómicos, configuraciones electrónicas y propiedades químicas. La configuración electrónica es la distribución de electrones de un átomo o molécula (u otra estructura física) en orbitales atómicos o moleculares. El conocimiento de la configuración electrónica de diferentes átomos es útil para comprender la estructura de la tabla periódica de elementos.
Todo sólido, líquido, gas y plasma está compuesto por átomos neutros o ionizados. Las propiedades químicas del átomo están determinadas por el número de protones, de hecho, por el número y la disposición de los electrones . La configuración de estos electrones se deriva de los principios de la mecánica cuántica. El número de electrones en las capas de electrones de cada elemento, particularmente la capa de valencia más externa, es el factor principal para determinar su comportamiento de enlace químico. En la tabla periódica, los elementos se enumeran en orden de número atómico creciente Z.
Es el principio de exclusión de Pauli que requiere que los electrones de un átomo ocupen diferentes niveles de energía en lugar de que todos se condensen en el estado fundamental. El orden de los electrones en el estado fundamental de los átomos multielectrones comienza con el estado de energía más bajo (estado fundamental) y se mueve progresivamente desde allí hacia arriba en la escala de energía hasta que a cada uno de los electrones del átomo se le ha asignado un conjunto único de números cuánticos. Este hecho tiene implicaciones clave para la construcción de la tabla periódica de elementos.
Las dos primeras columnas en el lado izquierdo de la tabla periódica son donde los s están siendo ocupados subniveles. Debido a esto, las dos primeras filas de la tabla periódica se denominan bloque s . De manera similar, el bloque p son las seis columnas más a la derecha de la tabla periódica, el bloque d son las 10 columnas centrales de la tabla periódica, mientras que el bloque f es la sección de 14 columnas que normalmente se representa separada del cuerpo principal. de la tabla periódica. Podría ser parte del cuerpo principal, pero la tabla periódica sería bastante larga y engorrosa.
En el caso de átomos con muchos electrones, esta notación puede ser larga, por lo que se utiliza una notación abreviada. La configuración electrónica se puede visualizar como los electrones del núcleo, equivalentes al gas noble del período anterior, y los electrones de valencia (por ejemplo, [Xe] 6s2 para el bario).
Estados de oxidación
Los estados de oxidación se representan típicamente por números enteros que pueden ser positivos, cero o negativos. La mayoría de los elementos tienen más de un posible estado de oxidación. Por ejemplo, el carbono tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4.
La definición actual del estado de oxidación del Libro de Oro de la IUPAC es:
«El estado de oxidación de un átomo es la carga de este átomo después de la aproximación iónica de sus enlaces heteronucleares …»
y el término número de oxidación es casi sinónimo. Un elemento que no se combina con ningún otro elemento diferente tiene un estado de oxidación de 0. El estado de oxidación 0 ocurre para todos los elementos – es simplemente el elemento en su forma elemental. Un átomo de un elemento en un compuesto tendrá un estado de oxidación positivo si se le han eliminado electrones. De manera similar, la adición de electrones da como resultado un estado de oxidación negativo. También hemos distinguido entre los estados de oxidación posibles y comunes de cada elemento. Por ejemplo, el silicio tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4, pero solo -4, 0 y +4 son estados de oxidación comunes.
Resumen
| Elemento | Nitrógeno |
| Numero de protones | 7 |
| Número de neutrones (isótopos típicos) | 14; 15 |
| Numero de electrones | 7 |
| Configuración electronica | [Él] 2s2 2p3 |
| Estados de oxidación | + 1,2,3,4,5 / -1,2,3 |
Fuente: www.luciteria.com
Otras propiedades del Nitrógeno
