Nitrógeno
Descarga eléctrica en nitrógeno
Este tubo de descarga contiene gas nitrógeno a baja presión. Cuando el tubo se conecta a una fuente de alto voltaje, los electrones fluyen desde el cátodo, en un extremo del tubo, hasta el ánodo, en el otro extremo. Parte de los electrones choca con el gas del tubo y excita los átomos de nitrógeno. Estos átomos excitados descargan rápidamente su exceso de energía emitiendo luz, que produce el resplandor purpúreo visible en la parte superior.
Nitrógeno, de símbolo N, es un elemento gaseoso que compone la mayor parte de la atmósfera terrestre. Su número atómico es 7 y pertenece al grupo 15 (o VA) de la tabla periódica.
El nitrógeno fue aislado por el físico británico Daniel Rutherford en 1772 y reconocido en 1776 como gas elemental por el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier.
2 | PROPIEDADES |
El nitrógeno es un gas no tóxico, incoloro, inodoro e insípido. Puede condensarse en forma de un líquido incoloro que, a su vez, puede comprimirse como un sólido cristalino e incoloro. El nitrógeno aparece en dos formas isotópicas naturales; artificialmente se han obtenido cuatro isótopos radiactivos. Tiene un punto de fusión de -210,01 °C, un punto de ebullición de -195,79 °C y una densidad de 1,251 g/l a 0 °C y 1 atmósfera de presión. Su masa atómica es 14,007.
Se obtiene de la atmósfera haciendo pasar aire por cobre o hierro calientes; el oxígeno se separa del aire dejando el nitrógeno mezclado con gases inertes. El nitrógeno puro se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido. Al tener el nitrógeno líquido un punto de ebullición más bajo que el oxígeno líquido, el nitrógeno se destila antes, lo que permite separarlos.
El nitrógeno constituye cuatro quintos (78,03%) del volumen del aire. Es inerte y actúa como agente diluyente del oxígeno en los procesos de combustión y respiración. Es un elemento importante en la nutrición de las plantas. Ciertas bacterias del suelo fijan el nitrógeno y lo transforman (por ejemplo, en nitratos) para poder ser absorbido por las plantas, en un proceso llamado fijación de nitrógeno. En forma de proteína es un componente importante de las fibras animales. El nitrógeno aparece combinado en los minerales, como el salitre (KNO3) y el nitrato de Chile (NaNO3), dos importantes productos comerciales.
Se combina con otros elementos únicamente a altas temperaturas y presiones. Se hace activo sometiéndolo a una descarga eléctrica a baja presión, combinándose con metales alcalinos para formar azidas; con vapor de cinc, mercurio, cadmio y arsénico para formar nitruros, y con numerosos hidrocarburos para formar ácido cianhídrico y cianuros, también llamados nitrilos. El nitrógeno activado se vuelve nitrógeno ordinario apenas en un minuto.
En estado combinado, interviene en muchas reacciones. Son tantos los compuestos que forma, que el químico estadounidense Edward Franklin elaboró un esquema de compuestos que contienen nitrógeno en lugar de oxígeno. En compuestos, el nitrógeno aparece con todas las valencias que van de -3 a +5. El amoníaco, la hidracina y la hidroxilamina son ejemplos de compuestos en los que la valencia del nitrógeno es -3, -2 y -1, respectivamente. Los óxidos del nitrógeno son un ejemplo de compuestos en los que el nitrógeno tiene todas las valencias positivas.
3 | APLICACIONES |
Nitrógeno líquido
El nitrógeno líquido se vierte como agua para enfriar un dispositivo electrónico a 77 K (-196 °C). Se produce por licuación del aire y se emplea como refrigerante criogénico de bajo costo. Puede almacenarse durante periodos prolongados en recipientes especiales denominados termos o frascos Dewar. El nitrógeno líquido tiene muchas aplicaciones, desde la ultracongelación de alimentos a la eliminación de verrugas. Los bancos de semen utilizan nitrógeno líquido para conservar el material genético. Los laboratorios de investigación lo emplean para atrapar materiales volátiles. Frecuentemente, la refrigeración con nitrógeno líquido es el punto de partida para alcanzar temperaturas más bajas usando helio líquido.
La mayor parte del nitrógeno utilizado en la industria química se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido, y se usa para sintetizar amoníaco. A partir de este amoníaco se preparan una gran variedad de productos químicos, como fertilizantes, ácido nítrico, urea, hidracina y aminas. También se usa el amoníaco para elaborar óxido nitroso (N2O), un gas incoloro conocido popularmente como gas de la risa. Este gas, mezclado con oxígeno, se utiliza como anestésico en cirugía.
El nitrógeno líquido tiene una aplicación muy extendida en el campo de la criogenia como agente enfriante. Su uso se ha visto incrementado con la llegada de los materiales cerámicos que se vuelven superconductores en el punto de ebullición del nitrógeno (véase Superconductividad).
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