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.