Nitrógeno
Gas incoloro e inodoro que constituye el 78% del aire atmosférico.
Propiedades rápidas
Qué es el nitrógeno
El nitrógeno (N) es el elemento número 7 y el gas más abundante del aire: el 78 % de la atmósfera es nitrógeno (N₂). Es bastante inerte porque sus dos átomos están unidos por un fuerte triple enlace. Es imprescindible para la vida —forma parte de las proteínas y del ADN—, pero las plantas no pueden tomarlo del aire directamente: de ahí la importancia de los abonos nitrogenados y del proceso Haber-Bosch.
Para qué sirve el nitrógeno
Fertilizantes agrícolas
El nitrógeno es clave en la producción de fertilizantes como el nitrato de amonio, que incrementan la productividad agrícola al proporcionar nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas.
Conservación de alimentos
Se utiliza en la industria alimentaria para envasar alimentos, desplazando el oxígeno y evitando la oxidación y el crecimiento de bacterias, prolongando así la vida útil de los productos.
Criogenia
El nitrógeno líquido, a temperaturas extremadamente bajas, se emplea en la criogenia para la conservación de células, tejidos y otros materiales biológicos.
Producción de amoníaco
Es esencial en la síntesis de amoníaco mediante el proceso Haber-Bosch, un componente vital en la industria química para fabricar productos como plásticos y explosivos.
Neumáticos y aviación
Se utiliza para inflar neumáticos de aviones y vehículos de alto rendimiento debido a su estabilidad y baja reactividad, mejorando la seguridad y el rendimiento.
Datos del nitrógeno
- Número atómico (Z)
- 7
- Masa atómica
- 14,007 u
- Punto de fusión
- -210 °C
- Punto de ebullición
- -195,795 °C
- Densidad
- 1,251 g/L (gas, 0 °C, 1 atm); 0,808 g/cm³ (líquido)
- Electronegatividad (Pauling)
- 3,04
- Radio atómico
- 56 pm
- Energía de 1ª ionización
- 1402,3 kJ/mol
- Afinidad electrónica
- -6,8 kJ/mol
- Estructura cristalina
- hexagonal (α-N₂ sólido)
- Color / aspecto
- incoloro, inodoro, insípido
- Origen del nombre
- del griego «nitron» (sosa, salitre) + «genes» (engendrador); se aisló analizando el aire residual al quitar el oxígeno
- Descubrimiento
- 1772 · Daniel Rutherford (Escocia)
Propiedades del nitrógeno
Propiedades físicas
El nitrógeno es un gas incoloro e inodoro a temperatura ambiente, con una densidad de aproximadamente 1.25 g/L. Tiene un punto de ebullición de -195.8 °C y un punto de fusión de -210 °C. Es un mal conductor de calor y electricidad, lo que lo hace útil en aplicaciones de aislamiento térmico.
Propiedades químicas
Químicamente, el nitrógeno es bastante inerte debido a su fuerte enlace triple N≡N en la molécula diatómica. Sin embargo, puede reaccionar con metales y no metales bajo condiciones específicas. Sus estados de oxidación más comunes son -3, 0, +3 y +5. No es inflamable y no soporta la combustión.
Configuración electrónica
La configuración electrónica abreviada del nitrógeno es:
[He] 2s² 2p³
En notación desarrollada completa:
1s² 2s² 2p³
El nitrógeno distribuye sus 7 electrones siguiendo las reglas de Aufbau, Hund y el principio de exclusión de Pauli. Los electrones del último nivel energético (los electrones de valencia) son los responsables de las propiedades químicas del elemento.
Estados de oxidación y valencias del nitrógeno
| Estado | Ejemplo(s) | Frecuencia |
|---|---|---|
| −3 | NH₃ (amoníaco), NH₄⁺, nitruros (Li₃N, Mg₃N₂) | común |
| −2 | N₂H₄ (hidracina) | secundario |
| −1 | NH₂OH (hidroxilamina), NH₂Cl | secundario |
| 0 | N₂ (dinitrógeno) | elemental |
| +1 | N₂O (óxido nitroso, gas de la risa) | común |
| +2 | NO (óxido nítrico) | común |
| +3 | HNO₂ (ácido nitroso), NO₂⁻ (nitrito) | común |
| +4 | NO₂ (dióxido), N₂O₄ | común |
| +5 | HNO₃ (ácido nítrico), NO₃⁻ (nitrato), N₂O₅ | principal (oxoácidos) |
Si lo que necesitas es formular, en la página de las valencias del nitrógeno está cada estado de oxidación con su ejemplo resuelto , la nomenclatura de cada uno y de dónde sale a partir de la configuración electrónica.
Historia del nitrógeno
El nitrógeno fue identificado por primera vez en 1772 por el químico escocés Daniel Rutherford, quien lo llamó 'aire nocivo' al descubrir que no soportaba la vida ni la combustión. Sin embargo, fue Antoine Lavoisier quien lo nombró 'azote', que significa 'sin vida' en griego, debido a sus propiedades inertes. Su nombre actual, nitrógeno, proviene del griego 'nitron' y 'genes', que significa 'formador de nitratos'.
Cómo se obtiene el nitrógeno
El nitrógeno se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido (proceso Linde-Hampson). El aire se comprime, se enfría hasta licuarse (~−195 °C) y se destila aprovechando que el N₂ tiene punto de ebullición más bajo (−196 °C) que el O₂ (−183 °C). Se obtiene N₂ líquido al 99,999 % de pureza. En laboratorio se prepara por descomposición térmica del nitrito de amonio: NH₄NO₂ → N₂ + 2 H₂O. Producción mundial: ~150 Mt/año, principalmente para la síntesis del amoníaco en el proceso Haber-Bosch.
Compuestos habituales
| Fórmula | Nombre | Descripción |
|---|---|---|
| NH3 | Amoníaco | Un gas incoloro con un olor característico, utilizado ampliamente en la producción de fertilizantes. |
| HNO3 | Ácido nítrico | Un ácido fuerte utilizado en la fabricación de fertilizantes y explosivos. |
| N2O | Óxido nitroso | Conocido como gas de la risa, se usa como anestésico y en la industria alimentaria para espumar cremas. |
| NO2 | Dióxido de nitrógeno | Un gas tóxico de color marrón rojizo, importante en la formación de smog y lluvia ácida. |
| NaNO3 | Nitrato de sodio | Un compuesto utilizado como conservante en alimentos y en la fabricación de vidrio. |
Dónde se encuentra el nitrógeno
El nitrógeno es el componente más abundante de la atmósfera terrestre, constituyendo el 78% de su volumen. No se encuentra en forma libre en la corteza terrestre, pero es un componente esencial de todos los seres vivos, formando parte de proteínas y ácidos nucleicos. También se encuentra en depósitos de minerales como nitratos y nitritos.
Isótopos del nitrógeno
| Isótopo | Masa | Abundancia | Vida media |
|---|---|---|---|
| N-14 | 14,00307 u | 99,636 % | estable |
| N-15 | 15,00011 u | 0,364 % | estable |
| N-13 | 13,00574 u | — | 9,965 min |
Curiosidades sobre el nitrógeno
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El nitrógeno líquido es tan frío que puede congelar instantáneamente objetos al contacto, lo que lo hace útil en efectos especiales de películas.
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A pesar de su abundancia en la atmósfera, el nitrógeno debe ser fijado por bacterias en el suelo para ser utilizado por las plantas.
-
El nitrógeno es un componente esencial del ADN, lo que lo convierte en un elemento fundamental para la vida tal como la conocemos.
El nitrógeno en la tabla periódica
- Tipo: no metal.
- Grupo: grupo 15 (no metales).
- Periodo: 2.
- Bloque: P (el último electrón se aloja en un orbital de tipo p).
- Valencia principal: -3.
Compara con el resto de no metales o con los elementos del periodo 2.
Diferencias entre nitrógeno y oxígeno
Nitrógeno y oxígeno son los dos gases mayoritarios de la atmósfera. Ambos son no metales del periodo 2 que existen como moléculas diatómicas, pero su reactividad es opuesta: el N₂ es extraordinariamente inerte por su triple enlace N≡N (945 kJ/mol, uno de los más fuertes de la química), mientras que el O₂ es muy reactivo. Esa estabilidad del N₂ es la razón por la que la fijación biológica del nitrógeno (N₂ → NH₃) requiere catálisis específica de bacterias o el proceso industrial Haber-Bosch a 450 °C y 200 atm. En el cuerpo humano: el N constituye el ~3 % en masa (proteínas, ADN) y el O el ~65 %.
Consulta también la ficha completa del oxígeno (O).
Otros elementos del grupo 15 (no metales)
Otros elementos del periodo 2
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Errores frecuentes en exámenes (EBAU / ESO)
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⚠Confundir N₂ molecular con N atómico.
El nitrógeno en estado elemental es siempre N₂ (dinitrógeno), no átomos sueltos. Su masa molar es 28 g/mol, no 14. La reacción Haber-Bosch se escribe N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃, nunca N + 3 H → NH₃.
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⚠Pensar que el nitrógeno tiene solo valencia −3 o +5.
El nitrógeno presenta todos los estados de oxidación de −3 a +5, lo que lo hace excepcional. En formulación inorgánica son clave: −3 (NH₃, nitruros), +1 (N₂O), +2 (NO), +3 (HNO₂), +4 (NO₂) y +5 (HNO₃). Cada estado corresponde a un óxido y un oxoácido distintos.
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⚠Confundir nitrógeno (N₂, gas inerte) con nitratos (NO₃⁻, oxidantes fuertes).
El N₂ atmosférico es químicamente inerte en condiciones normales. Los nitratos (NO₃⁻), en cambio, son oxidantes potentes usados en explosivos (TNT, nitroglicerina, ANFO), fertilizantes y pirotecnia. El N pasa de valencia 0 (en N₂) a +5 (en NO₃⁻).
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⚠Asumir que el N₂ es tóxico porque «se respira y mata».
El N₂ es biológicamente inerte y no tóxico; respiramos 78 % de N₂ sin daño. Lo que mata en atmósferas ricas en N₂ (accidentes en espacios confinados) es la asfixia por falta de O₂, no la toxicidad del nitrógeno.