El Tamiz

Ignora lo accesorio, atesora lo esencial

Conoce tus elementos - El nitrógeno

Continuamos descubriendo los elementos de la Tabla Periódica de El Tamiz en esta serie, Conoce tus elementos, con el átomo que tiene siete protones: el nitrógeno.

A pesar de ser un elemento muy común (en el Universo, es el séptimo más frecuente, y compone casi el 80% de la atmósfera terrestre), la humanidad descubrió la existencia del nitrógeno sólo hace unos trescientos años, en la vorágine de síntesis de elementos del siglo XVIII de la que hemos hablado ya varias veces en esta serie.

Eso sí, desde hacía siglos los alquimistas sabían que había algo en el aire (de hecho, la mayor parte del aire era ese “algo”) que se comportaba de forma peculiar. Por ejemplo, al cerrar un recipiente y prender una vela dentro, al cabo de un tiempo la vela dejaba de arder, y a partir de entonces era imposible prender fuego en el recipiente. Es más, los seres vivos eran incapaces de respirar en ese recipiente. ¿Por qué? ¿Cuál era la conexión entre la combustión de la vela y la respiración de los seres vivos? Los científicos no lo sabían, pero la existencia de esta fracción del aire era bien conocida por cualquier químico respetable del siglo XVIII.

De hecho, muchos de ellos trataron de descubrir si era un elemento o un compuesto, cuáles eran sus propiedades, etc. Ese gas misterioso recibió muchos nombres: Joseph Priestley lo denominó aire quemado o aire flogistizado (la teoría del flogisto sostenía que era un “quinto elemento” contenido en los cuerpos combustibles y que se liberaba en la combustión), es decir, aire que había perdido el flogisto, de modo que no podía arder más. Antoine Lavoisier lo denominó azote, del griego “sin vida”, pues los seres vivos morían en él al no poder respirar. El nombre del elemento en francés sigue siendo azote aún hoy, y en castellano también existe una forma no muy usada de nombrar el gas, ázoe.

Sin embargo, suele considerarse a Daniel Rutherford como el descubridor del nitrógeno (por cierto, no tiene nada que ver con Ernest Rutherford). Fue el primero en aislarlo, eliminando el resto de los componentes de la atmósfera, el primero en observar la falta de combustión y de respiración en él…Rutherford lo denominó aire fijado, aire flogistizado (como Priestley, Rutherford era un firme convencido de la teoría del flogisto) y también aire nocivo, en contraposición a lo que él llamaba aire vital (lo que hoy llamamos oxígeno).

¿Por qué tardamos tanto en darnos cuenta de la existencia de este elemento, cuando hay tal cantidad a nuestro alrededor, en el aire que respiramos y en nuestro propio cuerpo? La razón, como siempre, hay que buscarla en la estructura atómica de este elemento. Supongo que, si eres un fiel lector de el Tamiz, ya sabes de memoria que la primera capa electrónica puede contener sólo dos electrones (¿recuerdas el helio?), mientras que la segunda puede contener ocho electrones. Como el nitrógeno atómico tiene siete electrones, la primera capa está llena con dos, y sobran otros cinco, que están en la segunda capa.

De manera que, para ser estable, la opción más sencilla para el nitrógeno es conseguir tres electrones “extra”, de modo que la segunda capa esté llena. El ejemplo más conocido (al que dedicaremos su propia entrada algún día) es el amoníaco, NH3, en el que un átomo de nitrógeno se une a tres átomos de hidrógeno, compartiendo un electrón con cada uno - así obtiene los tres que le hacen falta.

Pero la forma más común en la que el nitrógeno reacciona es… con nitrógeno. Cuando dos átomos de nitrógeno están cerca uno del otro, pueden enlazarse y compartir no uno, sino tres electrones el uno con el otro. De este modo, lo que se tiene es una molécula de N2, o nitrógeno molecular, que es el que hay en la atmósfera y estás respirando ahora mismo (aunque luego vuelve a salir de tu cuerpo como entró). Este gas es incoloro e inodoro, de modo que es difícil de detectar para nosotros.

Fíjate en que esos dos átomos de nitrógeno no tienen un solo enlace entre ellos, ¡sino tres! Esto hace que estén muy, muy fuertemente unidos. Tan fuertemente que es dificilísimo separarlos: el nitrógeno molecular es muy inerte. Se comporta, de hecho, casi igual que un gas noble como el helio o el argón. Pero ahí no acaba la cosa.

Los alquimistas conocían muchos compuestos del nitrógeno. Los más conocidos eran el agua fuerte (que hoy llamamos ácido nítrico, HNO3) y la sal pétrea o sal de nitro, que hoy llamamos nitrato potásico, KNO3). Sin embargo, todos estos compuestos tomaban parte en muchas reacciones químicas, y la mayor parte de ellos eran fuertemente reactivos, de modo que ¿quién se iba a imaginar que tuvieran nada que ver con el gas nocivo que era totalmente inerte?

Por cierto, el nombre castellano (e inglés) del gas, nitrógeno, significa generador de nitro, pues es posible producir sal pétrea a partir de él, aunque hace falta en primer lugar romper la molécula de nitrógeno y esto, como hemos dicho, es bastante difícil.

De hecho, es un gas tan inerte que uno de sus usos principales es precisamente ése: evitar que las cosas reaccionen. Por ejemplo, cuando se transportan explosivos líquidos (como la nitroglicerina), en vez de envasarlos con aire se envasan cubiertos de nitrógeno molecular puro, de modo que no es posible la combustión (y por lo tanto la explosión).

Muchos alimentos se envasan en una atmósfera inerte de nitrógeno por la misma razón: las bacterias que realizan la fermentación aerobia de los alimentos para pudrirlos necesitan oxígeno y, al no haberlo, los alimentos se conservan mucho más tiempo.

Además, se usa mucho nitrógeno molecular en las bombillas incandescentes: el filamento de la bombilla se calienta tanto que, si hay oxígeno, se quema y se rompe. Pero, si dentro de la bombilla estuviera hecho el vacío, sería muy fácil que se rompiera por la diferencia de presión. ¿La solución? Se llenan de nitrógeno para que el filamento no pueda arder.

También habrás visto u oído hablar del nitrógeno líquido, que se usa mucho como refrigerante. No es el mejor que hay (por ejemplo, el hidrógeno líquido es capaz de enfriar mucho mejor), pero tiene dos cualidades fundamentales. La primera es que, al ser inerte, una vez se calienta y se evapora, ¿qué se tiene? Pues nitrógeno normal y corriente, el que respiramos todo el tiempo: casi ningún peligro (al final hablamos de eso). La segunda razón es lo barato que es: tenemos nitrógeno por todas partes, no hay más que coger aire y quitarle el resto de los gases y luego enfriarlo hasta que se condensa (a unos 190 grados bajo cero). El helio, por ejemplo, es mejor refrigerante, pero obtener helio es más caro, pues hay menos cantidad en la atmósfera.

Por supuesto, como hemos dicho, el nitrógeno es un componente fundamental de muchísimos compuestos orgánicos, y esencial para nuestra vida. Irónicamente, lo necesitamos para vivir y estamos sumergidos en un mar de nitrógeno, lo respiramos todo el tiempo…¡pero no podemos sacarlo de ahí! Como hemos dicho, es dificilísimo romper las moléculas de nitrógeno, y nosotros no tenemos ningún mecanismo biológico que pueda hacerlo.

¿Quién es capaz entonces de romper las moléculas de N2 del aire para poder usar el nitrógeno para la vida? Las bacterias. Existen bacterias especializadas, que poseen una enzima llamada nitrogenasa capaz de separar los átomos de nitrógeno y formar compuestos, como el ión amonio (NH4+) que los demás seres vivos sí podemos utilizar y convertir en otros.

Algunas de estas bacterias son libres, pero muchas de ellas están asociadas de forma simbiótica con plantas, como el trébol o los guisantes y las judías. La bacteria vive en las raíces de la planta y rompe el nitrógeno molecular, que puede entonces ser usado por la planta para construir moléculas orgánicas nitrogenadas. A cambio, la planta proporciona compuestos orgánicos (como azúcares) a la bacteria. Todo el nitrógeno que utilizamos nosotros, como los demás animales, lo sacamos en última instancia de las plantas y, por lo tanto, de estas bacterias.

¿Es el nitrógeno peligroso? Aunque parezca mentira, en cierto sentido sí. Desde luego, no es un veneno o estaríamos todos muertos. El problema, del que ya hablamos en la entrada sobre el helio, es que nuestro cuerpo es muy ineficaz en darse cuenta de que no tiene oxígeno (más bien suele darse cuenta de que tiene demasiado dióxido de carbono).

De modo que, si estás en un lugar en el que no hay oxígeno ni dióxido de carbono (por ejemplo, una atmósfera de nitrógeno), al principio no notas nada, respiras algo que tu cuerpo no es capaz de detectar que no es oxígeno…cuando notas la falta de oxígeno suele ser demasiado tarde. Por eso es importante señalar las áreas en las que, por ejemplo, en laboratorios, hay una atmósfera inerte de nitrógeno.

Esto no es sólo un “peligro teórico”: en 1981, dos técnicos de la NASA murieron al entrar en un módulo presurizado con nitrógeno puro, para evitar el peligro de incendio, en la primera misión de la lanzadera espacial. No se dieron cuenta de que estaban “respirando” nitrógeno hasta que empezaron a marearse y perdieron el conocimiento, y no fueron encontrados hasta demasiado tarde.

En la próxima entrada de la serie, el elemento de ocho protones: el “aire vital” de Rutherford…el oxígeno.

Ciencia, Conoce tus elementos, Química

23 comentarios

De: curzki
2007-07-14 12:12:06

¡Una cosa importante acerca del notrógeno líquito! Puede resultar MUY peligroso si el envase está cerrado por riego de explosión. Al calentarse el nitrógeno líquido, evapora y aumenta enormemente su volumen, si el recipiente que lo contiene está cerrado en algún momento... bumEnunas charlas que hacen en la facultad nos hicieron un experimento en este sentido y la botella de refresco no que do muy bien :S ¡Y eso que no la lleno mucho!

De: Mikel PC
2007-07-15 14:43:31

He de reconocer que soy un adicto a tu blog. Me gustan los temas de los que hablas y la forma en la que los comentas.Desde que era un estudiante de instituto me pregunto por qué el mercurio es líquido en condiciones normales siendo un átomo tan pesado. Como vamos por el Nitrógeno, entrada 7 de la serie que corresponde a su peso atómino y el Hg tiene peso atómico 80 no he podido resistirme a preguntarlo en esta entrada, no creo que pudiese esperar 73 entradas más. Al leer esta entrada se me a ocurrido que como yo pensaba tiene algo que ver con el modelo de los orbitales, de las capas de electrones, pero la verdad es que no consigo comprenderlo muy bien. ¿Por qué el nitrógeno que tiene mayor peso atómico que el boro es gaseoso y el boro sólido? Disfruta de tus vacaciones allá, al otro lado del charco.

De: iguazu
2007-07-15 16:35:43

Felicidades por el artículo. Y después de lo que ha dicho curzki me ha venido a la cabeza cuando de niño, preparababa "bombas de aguafuerte" con mis amigos. Supongo que ya lo sabéis: Se llena una botella con una parte de aguafuerte y se le añaden bolitas de papel de aluminio. Se cierra, se agita y termina reventando como consecuencia de la persión de los gases que se generan. Estaría bien saber cómo es la reacción que se produce.Un saludo

De: Pedro
2007-07-15 17:58:16

Mikel,

Me alegro de que seas adicto...sigue así ;)

Del mercurio no voy a hablar aún aunque quede mucho (justo lo de que es líquido es lo más interesante del futuro artículo), pero puedes encontrar la respuesta aquí:

http://antoine.frostburg.edu/chem/senese/101/periodic/faq/why-is-mercury-liquid.shtml
http://www.madsci.org/posts/archives/may97/862179191.Ch.r.html

Respecto al nitrógeno y el boro, el peso atómico no determina que algo sea sólido o gas: piensa que el litio es muy ligero y el xenón muy pesado y, sin embargo, el primero es sólido y el segundo gas a temperatura ambiente.

En general, los no metales suelen ser gases porque, como tienen tanta apetencia de electrones, en cuanto se encuentran con otro átomo del mismo elemento forman enlaces covalentes (uno o los que hagan falta, tres en el caso del nitrógeno) y por lo tanto son gases diatómicos.

El boro, por el contrario, es menos no metálico que el nitrógeno, de modo que no forma un gas de moléculas diatómicas, sino que suele formar enlaces simples: de ese modo hacen falta más átomos para completar la capa y se forman enlaces entre muchos, de modo que se tiene un sólido donde cada átomo está unido a varios otros que están unidos a varios, etc.

iguazu,

La reacción que dices ocurre con otros ácidos similares, como el sulfúrico, actuando sobre metales. Esos ácidos son oxidantes muy fuertes, y oxidan el metal muy rápido: se libera mucha energía (por eso se calienta), el metal desplaza al hidrógeno del ácido y se libera hidrógeno (que hace burbujas y aumenta el volumen del recipiente, a veces hasta que explota).

¡Gracias por los comentarios!


De: Mikel PC
2007-07-16 10:39:54

Gracias por la respuesta. Ahora me doy cuenta que sí que era una pregunta interesante lo del Hg. La verdad es que se lo pregunté a muchos amigos químicos y su respuesta era "por que es su característica" o algo así. La verdad es que todo puede tener explicación cuando le encontramos un modelo que se ajusta. Bueno hasta que llega un hecho experimental que desajusta nuestro modelo, verdad?Hasta la próxima entrada.

De: Pedro
2007-07-16 10:52:06

Mikel,Jeje...no se me olvidará nunca cuando le preguntaba a mi padre, de pequeño, por qué las tormentas giran en un sentido en el hemisferio norte y en el contrario en el sur, y me contestaba que "por el orden de la naturaleza". Con lo fácil que es decir "no lo sé" cuando no lo sabes...

De: Iñigo Martinez Lasal
2007-07-16 10:53:02

Una de las peculiaridades del nitrógeno es el comportamiento sobre el cuerpo humano y más concretamente sobre el torrente sanguineo y el cerebro a presiones superiores a 1 atm. Esto es un efecto muy común en el buceo, recreativo o profesional.
A partir de 1 atm, la presión parcial del nitrógeno sobre la membrana de los alveolos pulmonares es superior a 0.8 atm, lo que hace que empiece a entrar en el torrente sanguineo. Este nitrógeno, que en sí es inocuo, entra en forma de microburbujas. Estas microburbujas permanecen disueltas en la sangre, pero al volver a presiones estándar de superficie pueden unirse formando burbujas, las cuales pueden dar lugar a muchos tipos de enfermedades que se agrupan en lo que suele llamarse "enfermedad descompresiva" y que van desde el adormecimiento de algunos miembros hasta embolias y daños masivos en el cerebro.
De ahí que los buceadores suban despacio, realizando paradas intermedias cuando han permanecido mucho tiempo a profundidad (existe la creencia de que esto es normal en el buceo, y lo es en el profesional pero en el buceo deportivo es raro tener que hacer este tipo de paradas). De esta forma da tiempo a que la presión parcial de nitrógeno en sangre se iguale con la presión parcial externa (ahora ya inferior) y vaya poco a poco saliendo del torrente.Otro efecto del nitrógeno sobre el organismo es lo que se conoce como "borrachera de las profundidades". Es un fenómeno poco conocido y no se tiene todavía conocimiento exacto de cual es el detonante pues no se produce siempre y es muy variable, pero parece relacionado con que cuando microburbujas se insertan en los espacios neuronales pueden llevar a un funcionamiento anómalo de determinadas funciones, dando lugar a euforia, alucinaciones y otro tipo de síntomas similares a los de una borrachera con etanol. En cualquier caso es algo poco común que se de en buceo deportivo pero sucede de vez en cuando, y va muy ligado a la profundidad a la que se descienda. Por encima de los 20m de profundidad es muy raro que se dé.

De: Pedro
2007-07-16 12:01:46

Gracias mil, Íñigo. ¡Excelente información adicional! :)

De: Libardo
2007-12-07 16:34:03

Estimados amigos no saben donde puedo conseguir información acerca de las propiedades fisicas del nitrogeno, estoy haciendo un trabajo de medición de gases, y tengo algunas inconsistencias con las mediciones las cuales no se pueden deber a los equipos pues son nuevos y son de excelente marca y construcción. creo que se debe a la configuración creo que me faltan datos del comportamiento del gas. Agradezco su ayuda.

LM


De: Pedro
2007-12-07 16:45:59

Libardo,

El lugar más inmediato, desde luego, es la Wikipedia. Te doy los enlaces al español y al inglés (en inglés hay más información). Allí tienes cosas como calores de vaporización, calor específico, conductividad, electronegatividad, densidad, presiones de vapor, etc. Además hay enlaces a otras páginas de fuente.

En español: http://es.wikipedia.org/wiki/Nitrógeno

En inglés: http://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen


De: Gabriel
2008-04-21 18:40:56

Estimado Pedro

aqui sigo avanzando en la lectura de esta entrada, lectura que me resulta muy entretendia, a pesar de mis dificultades en esta materia

yo me estaba haciendo la misma pregunta que Mikel ¿qué determina que un elemento sea gaseoso y otro sólido?

a ver si logre captar la idea: el tema pasaría por los enlaces entre los átomos, si el enlace involucra pocos atomos el elemento es gaseosos, pero cuando involucra el elemento es sólido ¿es algo así? si no es abuso de tu paciencia, me gustaría algo mas de detalle en la explicación

otra cosa en tu respuesta a Mikel dice: "En general, los no metales no suelen ser gases porque ..." cuando entiendo debería decir "los no metales suelen ser gases"

saludos desde uruguay


De: Pedro
2008-04-21 19:05:40

Gabriel,

Cuando unos cuantos átomos se unen y no les "hace falta" nadie más, se suele tratar de un gas o, dependiendo de la presión y la temperatura, un líquido. Cuando cada átomo se encuentra unido a átomos que están unidos a más átomos que... , entonces suele tratarse de sólidos. Si no has llegado aún, creo que la entrada del carbono te mostrará un ejemplo de esto.

En la respuesta a Mikel tienes toda la razón, ese "no" sobra, lo acabo de corregir, ¡gracias! :)


De: Silicon
2010-01-11 12:56:06

Creo que el uso mas importante del nitrogeno es la síntesis del amoniaco, para realizar fertilizantes.

Seria interesante un articulo sobre el desarrollo de la sintesis del amoniaco, sun implicaciones en la revolucion verde.
La curiosa figura del inventor (premino novel, criminal de guerra, "amigo" de Einstein).

Vamos, una hitoria interesante y truculenta...


De: Paz
2010-01-29 09:55:08

"enfriarlo hasta que se congela (a unos 190 grados bajo cero)"
Creo que no es correcto que el nitrógeno se congele alrededor de los 190 grados bajo cero. A unos 190 grados bajo cero a una atmósfera de presión el nitrógeno pasa de líquido a gaseoso.
Adjunto la siguiente información de http://www.lenntech.es/periodica/elementos/n.htm
Punto de ebullición (ºC) -195,79 ºC
Punto de fusión (ºC) -218,8
El punto de congelación sería a casi 220 grados bajo cero.

(Me encanta esta página web y esta sección de la tábla periódica)


De: Pedro
2010-01-29 11:00:50

Paz, es que lo que quería decir es "condensa", pero así de burro es uno... gracias, ahora mismo lo corrijo :)


De: Emmeth
2010-10-19 12:58:03

Para aportar un poco en la aplicación, se usó nitrógeno líquido en 2 películas conocidas. Una, en Terminator 2 para congelar al T-1000, lo cual da una aproximación de lo que le podría pasar a nuestro cuerpo si entra en contacto con este líquido. Y dos, en Volver al Futuro, al De Lorean le pusieron nitrógeno líquido para dar esa sensación de "haber viajado en el tiempo".


De: Juan
2011-04-15 12:54:40

En el 5to parrafo:

"Fue el primero en sintetizarlo, eliminando el resto de los componentes de la atmósfera..."

Comentario en el elemento "Boro":

" Antonio | 20/07/2007 at 06:22 | Permalink
Otro apunte por mi parte: los elementos quimicos no se sintetizan, precísamente por ser elementos, sino que se aislan. Se sintetizan las moléculas."

Supongo que es lo que tiene el leerselos uno detras de otro, que te das cuenta de estas cosas :-P

Enhorabuena por "la pagina", llevo un vicio, ¡ha sido un gran descubrimiento!


De: Pedro
2011-04-15 13:23:38

Juan, gracias por la corrección, lo acabo de arreglar, y que leas a gusto, que tienes para rato :)


De: Joa
2011-10-29 17:27:48

Hola.
Acabo de descubrir tu blog y me he convertido en un ferviente admirador tuyo. ¡Enhorabuena!
Por cierto, ahora que ya conocemos al nitrógeno (y antes nos presentaste al carbono) podrías mencionar, aunque solo fuera de pasada, al ión cianuro, CN-, tan letal y mortífero que se usa en la fabricación de pesticidas y venenos, como el cianuro potásico, KCN. Aunque bueno, igual se sale de contexto por ser un compuesto y no un elemento en sí.


De: Fernando
2012-02-23 16:48:54

Hola, me surge una duda:
¿Por qué el hidrógeno y helio líquido son capaces de enfriar mejor que el nitrógeno líquido? ¿Tiene que ver con el número de átomos?


De: AntonioE
2012-02-23 19:49:08

@Fernando: Yo diría que es simplemente porque H y He líquidos están más fríos (o suelen estarlo) debido a que su temperatura de condensación es más baja (en condiciones de presión semejantes). A lo mejor te ayuda la serie de Termodinámica o el reciente artículo sobre Van der Waals.


De: Salvador
2014-10-15 10:57

Me parece que aun hay mucho mas que descubrir del Nitrogeno en relacion al cuerpo humano. Asi como se supone que microburbujas se pueden producir y llegar a afectar las neuronas, y que las bacterias en plantas si pueden producir las enzimas que desdoblan el Nitrogeno, me parece que si analizamos el proceso digestivo, la participacion de bacterias en la flora intestinal, y el procesamiento de las proteinas en su incesante desdoblamiento y vuelta a unir, no seria iluso el pensar que los aminoacidos de los carbohidratos podrian "atrapar" micro particulas de nitrogeno para formar proteinas. Es mi teoria y no soy quimico.

De: Lihiel
2015-08-23 09:24

En las plantas es innumerable la cantidad de elementos que entran en su composición. Unos más otros menos. Por ej. en la espinaca la cantidad de hierro es importante, pero en los helechos muy poco. Pero tres de ellos son comunes a casi todas las especies conocidas. El Carbono, desde ya. El Oxígeno igual. El tercero es el Nitrógeno. Sin éste elemento no se podrían formar las hojas. Compone la clorofila. Las plantas que no pueden sintetizar compuestos nitrogenados son parásitas pues deben quitarles a otras lo que no pueden producir.

En Argentina se vende un abono llamado triple 15. Es 15 % de Nitrógeno, 15% de Fóforo (P), para la floración y 15% de Potasio (K) para la formación de ramas etc. Es la versión local de un producto alemán llamado "Nitrofoska" osea: 15% de N,P,K.

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