Seminário Inorgânica - Nitrogênio

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NITROGÊNIO
OCORRÊNCIA
Entre os elementos, o nitrogênio é o sexto em abundância no universo. Constitui cerca de 78% do volume atmosférico. Encontra-se nitrogênio livre em muitos meteoritos, nos gases de vulcões, minas e em algumas fontes minerais, no Sol, em estrelas e nebulosas. Em combinação com outros elementos, ocorre nas proteínas; no salitre-do-chile (nitrato de sódio, NaNO3), muito usado como fertilizante; na atmosfera, na chuva, no solo e no guano (adubo natural formado a partir da decomposição dos excrementos e cadáveres de aves marinhas), sob a forma de amônia e sais de amônio; e na água do mar, como íons de amônio (NH4+), nitrito (NO2-) e nitrato (NO3-). O nitrogénio pode também ser produzido através da combustão de carbono ou hidrocarbonetos no ar, retirando-se então o dióxido de carbono e a água dos produtos gasosos por intermédio de técnicas apropriadas.
Isótopos
Há dois isótopos estáveis do azoto: 14N e 15N. O mais comum é o 14N, com uma abundância relativa de 99,634%, sendo o restante preenchido pelo 15N. No universo, o 14N é produzida pelo ciclo carbono-azoto das estrelas.
Dos dez isótopos artificiais do nitrogênio (sintetizados em laboratório), o 13N tem uma vida média de nove minutos enquanto que os demais isótopos, da ordem de segundos ou menos.
As reações biológicas de nitrificação e desnitrificação contribuem, de maneira determinante, na dinâmica do azoto no solo, quase sempre produzindo um enriquecimento em 15N do substrato.
PROPRIEDADES FÍSICAS
O nitrogênio é um elemento químico de número atômico (Z) 7, massa molar 14,0067 g/mol e pontos de fusão e ebulição respectivamente iguais a -209,9 ºC e - 195,8 ºC. 
Cerca de 20% do ar é constituído de gás oxigênio e 1% de outros gases, tais como argônio, gás carbônico e vapor de água. As moléculas de gás nitrogênio presentes no ar são formadas cada uma por dois átomos de nitrogênio unidos por uma ligação tripla, uma ligação química muito forte, na qual se compartilham três pares de elétrons (N2 → N ≡ N).
As características físicas propostas aqui são para o Nitrogênio molecular, pois o átomo de Nitrogênio não é encontrado de forma isolada na natureza.
Apresenta-se no estado gasoso em temperatura ambiente;
Seu ponto de fusão é de -210oC;
Seu ponto de ebulição é de -195,8oC;
É uma molécula apolar, já que é formado por dois átomos do mesmo elemento químico;
Suas moléculas interagem por forças dipolo induzido;
Não é solúvel em água.
Localização na Tabela Periódica
2o período (segunda coluna horizontal);
Grupo 15 (décima quinta coluna vertical);
Família VA (também denominada de família do Nitrogênio);
É um elemento representativo (por pertencer à família A);
Área dos ametais (seus átomos apresentam a tendência de ganhar elétrons).
Configuração eletrônica
Apresenta apenas dois níveis de energia, sendo o primeiro com dois elétrons e o segundo com cinco elétrons, como podemos comprovar com a distribuição eletrônica a seguir:
Características atômicas
Número atômico igual a 7;
Massa atômica igual a 14,0067 u (unidade de massa atômica);
Raio atômico: 65 pm;
O subnível mais energético e mais externo do Nitrogênio é o 2p3;
Tendência de ganhar três elétrons quando estabelece uma ligação química com outro átomo, pois possui cinco elétrons na camada de valência;
O núcleo de todo átomo de nitrogênio possui sete prótons;
O número de nêutrons no interior do núcleo depende do isótopo do Nitrogênio. Na natureza, existem apenas dois isótopos para o Nitrogênio, o de número de massa igual a 14 e o de número de massa igual a 15.
Carga Nuclear efetiva: elétron 2p no nitrogênio.
Configuração eletrônica - (1s2) (2s2, 2p3).
Constante de blindagem, σ = (0,35 × 4) + (2 × 0,85) = 3,10
Carga nuclear efetiva, Z * = Z – σ = 7 – 3,10 = 3,90
Energia de Ionização: 1402 kJ/mol
Afinidade eletrônica: 7 kJ/mol. O N não tem nenhuma afinidade por elétrons. A configuração eletrônica do nitrogênio é 1s2 2s2 2p3. Portanto o elétron adicionado teria de ocupar o orbital 2p que está semipreenchido e as repulsões elétron-elétron seriam muito significativas.
PROPRIEDADES QUÍMICAS
É um elemento essencial para a vida, já que ele é componente das proteínas e do DNA de todos os seres vivos do planeta. A principal fonte de nitrogênio para as plantas e animais está no N2 da atmosfera. Toda forma de transformação do N2 da atmosfera em outros compostos de nitrogênio é denominada de fixação de nitrogênio.
Por exemplo, certas plantas, como o feijão, e os organismos marinhos, como as algas, e um grande número de bactérias possuem enzimas que são capazes de induzir o gás nitrogênio do ar a reagir, “fixando-se” na forma de amônia (NH3) ou íons amônio (NH4+) por meio de redução. Esse processo de redução catalisada por enzimas feito pelas bactérias, que é conhecido como fixação biológica de nitrogênio, representa 90% de toda a fixação de origem natural.
O gás nitrogênio da atmosfera pode reagir com o gás oxigênio do ar formando óxidos de nitrogênio (NOX), principalmente o NO2. Mas essa reação envolve uma grande quantidade de energia, por isso ela acontece na atmosfera por meio de descargas de relâmpagos. Por meio das tempestades, esses compostos e outros que contêm nitrogênio descem para a terra e são absorvidos pelas raízes das plantas.
Reatividade
O nitrogênio molecular (N2), também chamado de dinitrogênio, que é uma forma pouco reativa, pois ligando os dois átomos de nitrogênio, há três ligações covalentes que são muito fortes para serem quebradas, ou seja, dificilmente essas ligações são rompidas para ocorrer alguma reação química.
ASPECTOS BIOLÓGICOS
Nitrogênio Conforme já citado anteriormente, na Terra, a atmosfera constitui-se de 78,1% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de outros gases. A maior parte desse nitrogênio diatômico, no entanto, não está disponível para utilização pelos organismos porque ele está em sua forma estável e molecular. Algumas bactérias podem quebrar a tripla ligação do nitrogênio e anexar moléculas de hidrogênio e oxigênio a um único átomo de nitrogênio. As propriedades do nitrogênio permitem que a energia seja liberada quando as plantas e os animais usam esses compostos formados de bactérias. Finalmente, algumas bactérias podem fazer com que o nitrogênio volte a sua forma original, liberando-o para a atmosfera, um processo conhecido como o ciclo do nitrogênio.
O ciclo do nitrogênio representa um fluxo de energias e matérias constante na natureza. É dividido em quatro etapas: fixação, amonificação, nitrificação e desnitrificação. O nitrogênio é o elemento que as plantas mais necessitam, do qual aproveitam os compostos de amônia (NH4+) e o nitrato (NO3-). Ele chega ao solo por meio da chuva e pelos restos de vegetais e animais, cujas substâncias excretadas são ureia e ácido úrico.
As bactérias fixadoras se associam às raízes das plantas leguminosas (como feijões, soja e lentilha), outras vivem livres no solo. A fixação do nitrogênio ao solo também pode ser feita durante as chuvas, quando descargas elétricas precipitam o ácido nítrico, absorvido pelo solo como nitratos.
USOS E APLICAÇÕES
Forma a amônia; 
Congela células importantes, como as reprodutivas;
Em reações químicas que necessitam de uma atmosfera inerte, ou seja, que não interaja com outras substâncias da reação;
Congelamento de produtos alimentícios;
Transporte de alimentos;
Encher os pneus de um veículo;
Em alguns equipamentos de tomografia computadorizada;
Fabricação de ácido inoxidável.
CURIOSIDADES
O processo Haber é utilizado na obtenção do gás amoníaco, o qual é matéria prima para a fabricação de fertilizantes e ácido nítrico.
O nitrogênio é o elemento mais caro dos fertilizantes, uma vez que sua produção é extremamente cara e dispendiosa.
Os fertilizantes azotados são grandes poluidores do solo e das águas.
O Nitrogênio é encontrado em todos os organismos vivos.
REFERÊNCIAS
https://biomania.com.br/artigo/nitrogenio. Acessado em 03/07/2019
http://nautilus.fis.uc.pt/st2.5/scenes-p/elem/e00720.html.Acessado em 03/07/2019
https://alunosonline.uol.com.br/quimica/nitrogenio.html. Acessado em 03/07/2019
https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/quimica/nitrogenio.htm. Acessado em 03/07/2019
Nitrogen, no site www.webelements.org. Acessado em 03/07/2019
http://www.ensinoadistancia.pro.br/EaD/tabelaperiodica/elementos/n.html. Acessado em 03/07/2019
https://www.webartigos.com/artigos/nitrogenio-reativo/32786. Acessado em 03/07/2019
https://www.manutencaoesuprimentos.com.br/propriedades-do-nitrogenio-e-seus-usos-na-industria/. Acessado em 03/07/2019
https://www.todamateria.com.br/nitrogenio/. Acessado em 03/07/2019