Nitrogeno

Nitrogenoa
7 Karbonoa ← Nitrogenoa → Oxigenoa
7 N                                                                                                                                                                                                                                           Taula periodikoa
Ezaugarri orokorrak
Izena, ikurra, zenbakia	Nitrogenoa, N, 7
Serie kimikoa	ez-metalak
Taldea, periodoa, orbitala	15, 2, p
Masa atomikoa	14,007(2) g/mol
Konfigurazio elektronikoa	1s2 2s2 2p3
Elektroiak orbitaleko	2, 5
Propietate fisikoak
Egoera	gasa
Dentsitatea	(0 °C, 101,325 kPa) 1,251 g/L
Urtze-puntua	63,15 K (-210,00 °C, -346,00 °F)
Irakite-puntua	77,36 K (-195,79 °C, -320,42 °F)
Urtze-entalpia	(N2) 0,360 kJ·mol−1
Irakite-entalpia	(N2) 5,56 kJ·mol−1
Bero espezifikoa	(25 °C) 29,124 J·mol−1·K−1
Lurrun-presioa P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k T/K 37 41 46 53 62 77
Propietate atomikoak
Kristal-egitura	hexagonala
Oxidazio-zenbakia(k)	5, 4, 3, 2, 1, -1, -3 (oxido azido sendoa)
Elektronegatibotasuna	3,04 (Paulingen eskala)
Ionizazio-potentziala	1.a: 1.402,3 kJ/mol 2.a: 2.856 kJ/mol 3.a: 4.578.1 kJ/mol
Erradio atomikoa (batezbestekoa)	65 pm
Erradio atomikoa (kalkulatua)	56 pm
Erradio kobalentea	75 pm
Van der Waalsen erradioa	155 pm
Datu gehiago
Eroankortasun termikoa	(300 K) 25,83x10-3
Soinuaren abiadura	353 m/s
Isotopo egonkorrenak
Nitrogenoaren isotopoak iso UN Sd-P D DE (MeV) DP 13N sintetikoa 9,965 m ε 2,220 13C 14N %99,634 N egonkorra da 7 neutroirekin 15N %0,366 N egonkorra da 8 neutroirekin

Nitrogenoa elementu kimiko bat da, N ikurra eta 7 zenbaki atomikoa dituena. Daniel Rutherford fisikari eskoziarrak aurkitu eta isolatu zuen 1772an. Nitrogenoa aurkitu zenean, azido nitriko eta nitrato bezala aurkeztu zen. Egoera normaletan gas diatomiko bezala agertzen da (N₂). Atomoa nahiz molekula izendatzeko erabiltzen da nitrogeno izena, oxigenoarekin gertatu bezala.

Nitrogenoa 15. taldeko (nitrogenoaren talde edo pniktogenoen talde bezala ezaguna) elementu arinena da. Ez-metala da eta erreaktibitate gutxikoa; beraz, ez da sukoia. Nitrogenoa unibertsoko elementu ugari bat da, Esne Bideko eta Eguzki-sistemako zazpigarren elementurik ugariena. Tenperatura eta presio estandarretan, elementuaren bi atomo lotzen dira dinitrogenoa (N₂) sortuz. Hau, kolorgea eta usainik ez duen gasa da. Dinitrogenoa planetako atmosferaren %78a da.

Nitrogenoa, organismo guztietan dagoen elementua da, hain zuzen ere, aminoazidoetan, RNA , DNAn (azido nukleikoetan) eta ATPan (adenosina trifosfatoan). Aminoazido eta proteinen kasuan lurzoruan bakterioek finkatzen duten nitrogenoa oinarritzat erabiliz sintetizatzen dira, landareek eta animaliek ezin baitute zuzenean hartu eguratseko nitrogenoa. Gizakion gorputzaren %3a nitrogenoa da, hau oxigeno, karbono eta hidrogenoaren ostean gorputzean daukagun laugarren elementu ugariena da. Industrietan erabiltzen diren konposatu askok nitrogenoa dute: amonioa, azido nitrikoa, nitrato organikoak eta zianuroak. Nitrogenoa oso egonkorra da, nitrogeno elementalean, nitrogeno-nitrogeno lotura hirukoitza delako. Izan ere, bigarren loturarik sendoena da CO molekularen ondoren. Lurrazalean beste elementu batzuekin konbinaturik ageri den nitrogenorik gehiena gai organikoetan dago; bere mineral bakarra sodio nitratoa da (NaNO₃).

Nitrogenoaren konposatuek hainbat erabilera dute, hala nola, ongarri gisa, energia-biltegi moduan, edota erresistentzia handiko konposatuetarako, Kevlar eta zianokrilatoak (supergluan erabiltzen den konposatua) esaterako, eta antibiotikoetan ere aurki dezakegu.

Ezaugarri nagusiak

1.irudia: Nitrogenoaren Bohr diagrama

Propietate atomikoei dagokienez, nitrogeno atomoak zazpi elektroi ditu (1s² 2s² 2p³) eta horietatik bost azken geruzako orbitalean (2s² eta 2p³), non horietako hiru p-elektroi desparekatuak diren.

Pauling eskalaren arabera, elektronegatibitate altuko elementua da (3.04), kloro, oxigeno eta fluorraren atzetik. Ionizazio energia balio altuak direla eta, nitrogenoak ez dauka kimika kationiko sinplea. Erradio kobalentea eta Van der Waals erradioari dagokienez, 71±1 pm-koa eta 155 pm-koak dira hurrenez hurren. Hona hemen, nitrogenoaren espektroaren bandak.  

2.Irudia: Nitrogenoaren espektroaren bandak

Nitrogenoaren propietateak taldekideekin konparatuz (fosforoa, antimonioa eta bismutoa) oso ezaugarri desberdinak ditu. Izan ere, nodo erradialen galera 2p orbitalean,  nitrogenoaren propietate berezi ugarien arrazoi nagusia da. 2p eta 2s orbitalen tamaina txikia dela eta, hibridazio fenomenoa eragiten du. Nukleoaren eta balentzia elektroien arteko erakarpen elektrostatiko handiaren ondorioz, elektronegatibitate altuko elementua da. Nitrogenoak hidrogenoarekin lotura sendoak era ditzake baita elektroi pareen elkartrukaketaren eraginez koordinazio konplexuak sortu ere.

Arestian aipatutako ezaugarriez gain, nitrogeno solidoa kristal egitura hexagonala duen elementua da, eta diamagnetikoa. Gainera, p_π – p_π  elkarrekintzen bidez lotura anitzak sortzeko joerak ditu oxigeno edo beste nitrogeno atomoekin. Nitrogeno gasaren molekula diatomikoaren fusio tenperatura (−210°C) eta irakite tenperatura (-196ºC) talde bereko gainontzeko elementuekin konparatuta askoz baxuagoak dira. Arrazoi nagusia da Van der Waals lotura ahulez osatutako substantzia dela. Gainera, oso elektroi gutxi ditu momentuan dipoloak sortu ahal izateko. Bestetik, hainbat konposatu ezberdin sortzeko ahalmena dauka: oxidoak, nitratoak, nitritoak, nitro-, nitroso-, azo- edota diazo konposatuak, azidak, zianatoak, tiozianatoak edota iminen deribatuak. Berotan oso erraz erreakzionatzen du hidrogenoarekin, eta amoniakoa eratzen du, eta tenperatura nahiko altuetan litio, kaltzio, magnesio, burdina, aluminio eta gisako metalekin, nitruroak eratzen ditu.

Isotopoak

Nitrogenoak 2 isotopo egonkor ditu: ¹⁴N and ¹⁵N. Lehenengo isotopoa oso ohikoa da, %99.634 ingurukoa izanik eta bestea soilik %0.366ari dagokio. Bi isotopo hauek karbono-nitrogeno izarren zikloan dute sorrera .

Nitrogenoaren kimika eta konposatuak

Nitrogeno atomikoa, nitrogeno aktibo gisa ere ezagutzen da oso erreaktiboa delako eta 3 elektroi desparekatu ditu. Nitrogeno atomoak libreki erreakzionatzen dute elementu gehienekin nitruroak eratuz. Baina, Nitrogeno elementala dinitrogeno bezala agertzen da, N₂. Baldintza normaletan koloregabea, usaingabea eta zaporegabea den gas diamagnetikoa da. Giro-tenperaturan ez da batere erreaktiboa, hala eta guztiz ere , litio metalarekin eta zenbait trantsizio metalekin erreakzionatuko luke.

Nitruro konplexuak

Nitruro anioia (N^3-), ligandoen artean π emaile sendoena da.  Nitruro konplexuak aziden deskonposizio termikotik edo amoniakoa desprotonatzetik sortzen dira. Nitruro anioiak hainbat koordinazio konplexu sortzen ditu.

Hidruroak

Industriari dagokionez, amoniakoa (NH₃) nitrogenoaren hidruro garrantzitsuena da. Koloregabeko gas alkalinoa da  eta usain oso bereizgarria du. Bestetik, konposatu molekularra izateko oso fusio puntu (T_f = -78 °C) eta irakite puntu (T_i= 33°C) altuak ditu. Likido egoeran dagoenean, oso disolbatzaile ona da, biskositate baxua eta konstante dielektriko altua du. Dentsitateari dagokionez, urak baino dentsitate baxuagoa du.

Disoluzio urtsuan, base ahula da (pK_b= 4.74); honen azido konjokatua amonioa da, NH₄⁺. Amoniako likidoan, azido ahul moduan ere joka dezake, ionizatuko da protoi bat galduz amida anioia sortzeko, NH₂^-. Prozesu hau ez da uretan gertatzen amoniako likidoan baizik.

Amoniakoa oxigenoan edo airean erretzen da, nitrogeno gasa lortzeko. Bestetik, amoniakoa berotzean, metalekin erreakzionatzen  du nitruroak emanez. 

Nitrogeno hidruroetatik hidrazina (N₂H₄) eta hidrogeno azida (HN₃) ere dira garrantzitsuak . Hidrazina likido kolorgea da eta usainari dagokionez amoniakoaren antza du. Konposatu erreduzitzailea izan arren , zinetikoki egonkorra da. Amoniakoa baino base ahulagoa da.  

Oxidoak

3.Irudia: Nitrogeno dioxidoaren egitura molekularra

Nitrogenoak bederatzi oxido molekular eratzen ditu: N₂O, NO, N₂O₃, NO₂ , N₂O₄ , N₂O₅ , N₄O eta N(NO₂)₃ .Beste oxido posible bat  N₄O da baina oraindik ez da sintetizatu. N₂O amonio nitrato urtuaren deskonposaketa termikoaren bidez lortzen da 250°C-tan. Gaur egun propultsatzaile gisa erabiltzen da eta garai batean anestesiko moduan erabili zen. Ez da oso erreaktiboa (ez du halogenoekin ezta alkalinoekin erreakzionatzen giro tenperaturan) eta estruktura asimetrikoa du N–N–O (N≡N⁺O⁻↔⁻N=N⁺=O) .

Nitrogeno monoxidoa (NO), elektroi kopuru bakoitia duen molekula egonkor sinpleena da. Amoniakoaren oxidazio katalitikoaren bidez sortzen da. Koloregabeko gas paramagnetikoa da, termodinamikoki ezegonkorra eta nitrogeno eta oxigeno gasetan deskonposatzen da 1100–1200°C-tan. N₂O₃-ri dagokionez, soilik solido gisa aurki dezakegu, bere urtze-puntuaren gainetik jarraian disoziatzen delako, NO, NO₂ eta N₂O₄ emateko. Nitrogeno dioxidoa korrosiboa eta garratza den gas marroia da. Azkenik, N₂O₅ oso erreaktiboa eta termikoki ezegonkorra da, azido nitrikoaren anhidroa da . Lehergaiak prestatzeko erabiltzen da.

Oxoazidoak, oxoanioiak eta oxogatzak

Oxoazido gehienak ezegonkorrak dira egoera puruan eta disoluzio urtsuan edo gatzetan  ezagutzen ditugu.

Azido nitrosoa (HNO₂) ez da purua ezagutzen, baina gas oreketan konposatu ohikoa da eta erreaktibo urtsu garrantzitsua da. Azido ahula da (pK_a= 3.35) eta oxido nitrosora eta oxido nitrikora erraz dismutatzen da sufre dioxidoarekin erreakzionatzen duenean. Nitritoa (NO₂^-) ligando komuna da. Azido nitrikoa (HNO₃) nitrogeno oxoazidoetatik garrantzitsuena eta egonkorrena da. Azido sendoa da eta disoluzio kontzentratuetan oxidatzaile sendo modura jokatzen du.

Historia

Daniel Rutherfordek eguratsean aurkitu zuen; Priestley izan zen oxigenoa eta nitrogenoa lehen aldiz bereizi zituena eta Lavoisierek gai bakuna zela aurkitu zuen, eta haren ezaugarriak aztertu zituen.

Ekoizpena

Nitrogenoa industria mailan aire likidoaren destilazio zatikatuaren bidez lortzen den gasa da. Nitrogeno gasa ekoizteko beste bide bat Pressure swing adsorption (PSA) da, hau presio baxuko gas nahaste batetik gasak banatzeko erabiltzen den teknologia da.

Laborategietan aldiz, amonio kloruroaren disoluzioa sodio nitritoarekin erreakzionatuz lortzen da: NH₄Cl + NaNO₂ → N₂ + NaCl + 2 H₂O

Erabilerak

4.irudia: Nitrogeno likidoa

Industrialki ekoizten den nitrogenoaren ⅔ gas moduan saltzen da eta gainontzeko ⅓ aldiz likido modura. Erabilera komertzial garrantzitsuena Haber prozesuaren bidez amoniakoa lortzeko da. Amoniakoa gero ongarrietan eta azido nitrikoan erabiltzen da. Horrez gain, sukaldaritzan nitrogeno likidoa erabiltzen da teknika berritzaile bezala. Nitrogenoa nagusiki analisi kimikoan erabiltzen da, lagin likidoen bolumena murrizteko edo kontzentratzeko. Bere erreaktibotasuna baxua denez, atmosfera geldo bezala ere erabiltzen da likido leherkorrak gordetzeko, elektronikako osagarrien fabrikazioan edota altzairu herdoilgaitzaren produkzioan.

Nitrogeno likidoa, likido kriogenikoa (-196ºC)  da, eta oso erabilia da hozgarri moduan, batez ere janariaren garraioa edo espermaren kontserbazioa bezalako jardueratan.

Lehergai gehienetan, kautxuzko azeleradoreetan, ongarrietan eta droga askotan elementu eragilea da. Oinarrizko egoeran, erabilpen ugari ditu nitrogenoak: oso erreaktiboak diren gai kimikoak babesteko, putz egiteko gas gisa plastikoen ekoizpenean, kutsadura kentzen duen gas gisa eta garraiatzaile gisa hotza sortzeko zenbait eraikuntzatan.

Ikus, gainera

• Nitrogenoaren zikloa
• Nitrogenoaren finkapena

Kanpo estekak

• Enciclopedia Libre
• Web Elements
• Environmental Chemistry
• It's elemental

• Datuak: Q627
• Multimedia: Nitrogen