Cuáles son las valencias del nitrógeno

El nitrógeno es un elemento químico de símbolo N con un número atómico de 7, un peso atómico de 14,0067 y que se encuentra en estado gaseoso en condiciones normales. El nitrógeno molecular representa un 78% del volumen en el aire seco y es, por tanto, el principal gas presente en la atmósfera.

Esta elevada concentración de nitrógeno en la atmósfera resulta de la acción eléctrica en la atmósfera, la fijación del nitrógeno atmosférico por la acción bacteriana, la acción química en las industrias y de la liberación de nitrógeno por la descomposición de la materia orgánica o por la combustión. En su estado combinado formando compuestos, el nitrógeno se encuentra en diferentes estados.

Es un elemento de gran importancia para los seres vivos, ya que forma parte de todas las proteínas, tanto vegetales como animales, y otros muchos compuestos orgánicos. El nitrógeno forma fuertes uniones con otros átomos como el nitrógeno y otros, debido a su capacidad para formar triples enlaces, por lo que, los compuestos de nitrógeno poseen una gran cantidad de energía.

El nitrógeno consta de dos isótopos:

• El N14 (muy mayoritario)
• El N15 y varios isótopos radiactivos, que se producen durante las reacciones nucleares.

Es un elemento de gran interés en la industria química y en compuestos utilizados en la agricultura. También es utilizado en los bulbos de las lámparas incandescentes y cuando se necesita una atmósfera relativamente inerte.

El nitrógeno en su forma de elemento es poco reactivo a temperatura ordinaria con la mayoría de sustancias comunes, mientras que a elevadas temperaturas reacciona con muchas sustancias, como titanio, aluminio, silicio, boro, berilio, calcio, litio o cromo, con el oxígeno (O2) reacciona para formar óxidos como el óxido nitroso (NO) y con el hidrógeno a elevadas temperaturas y presión para formar un compuesto industrial muy importante como es el amoniaco.

Fuente imagen: Monografías.com

Las valencias de un elemento químico es el número de electrones que le faltan o que deben dar para rellenar su último nivel electrónico.

Los átomos suelen tener 7 niveles o capas donde se sitúan los electrones, siendo el 1 el más interno y el 7 el más externo. A su vez, existen distintos subniveles, llamados s, p, d y f. En un átomo, los electrones van rellenando los distintos niveles según sus energías, llenándose primero los niveles de baja energía y luego se mueven hacía un nivel más alto.

Al nivel más externo del átomo también se le denomina como capa de valencia y los electrones situados en esta capa se llaman electrones de valencia. Estos electrones son los responsables de la formación de enlaces y de las reacciones químicas que son posibles con otros átomos, es decir, son los electrones responsables de las propiedades físicas y químicas de un elemento.

Las diferentes maneras de combinarse del nitrógeno le otorgarán una valencia (también conocida como el estado de oxidación). El nitrógeno no es capaz de expandir su capa de valencia como sí lo hacen otros elementos de su grupo. Sus valencias posibles son -3, +3 y +5. El estado de valencia del nitrógeno varía según el compuesto del que forme parte. Los demás elementos de la familia del nitrógeno también presentan estos estados de oxidación y son el fósforo (P), antimonio (Sb), bismuto (Bi), moscovium (Mc) y arsénico (As).

La formación de compuestos químicos con nitrógeno se puede explicar siguiendo la teoría del enlace de valencia, según la configuración electrónica de cada estado de oxidación del nitrógeno. Para explicarlo se tiene en cuenta la cantidad de electrones de su capa de valencia y cuántos le faltan para llegar a la configuración electrónica de un gas noble.

Los compuestos nitrogenados son químicamente complejos y no era suficiente la nomenclatura tradicional para nombrarlos e identificarlos fácilmente, por lo que la Unión Internacional de química pura y aplicada (IUPAC) creó (también debida a otros factores) una nomenclatura sistemática en la cual se nombran los compuestos según el número de átomos que los forman.

Esta nomenclatura resulta especialmente idónea para nombrar a los óxidos de nitrógeno. Así, el óxido nítrico se lo denomina monóxido de nitrógeno y el óxido nitroso (NO), monóxido de dinitrógeno (N2O).

Además de esta nomenclatura, en 1919, el químico alemán Alfred Stock elaboró un método en el cual los compuestos se nombraban según el estado de oxidación, representado en números romanos y entre paréntesis. De esta forma, el óxido nítrico se denominaría óxido de nitrógeno (II) y el óxido nitroso, óxido de nitrógeno (I).

Imagen: Youtube

El nitrógeno es capaz de unirse a diferentes elementos y formar una gran cantidad de compuestos debido a su gran número de estados de oxidación posibles. En el caso del nitrógeno molecular, su valencia es 0 por definición.

Uno de los estados de oxidación más comunes es el -3. En este estado de oxidación, el nitrógeno forma compuestos como el amoniaco (NH3), el ión amonio (NH4^-), los nitrilos (C≡N), las iminas (C=N-R) o las aminas (R3N). Cuando el nitrógeno está en estado de oxidación de -2, quedan 7 electrones en su capa de valencia. El número impar de electrones en su capa de valencia, facilita que se formen enlaces puente entre dos átomos de nitrógeno. En este estado, el nitrógeno forma las hidrazonas (C=N-N-R2) y las hedracinas (R2-N-N-R2). En estado de oxidación de -1, quedan 6 electrones en la capa de valencia y se forman compuestos como la hidroxil amina (R2NOH) y los azocompuestos (RN=NR).

Cuando el nitrógeno alcanza estados de oxidación positivos, el nitrógeno se une a átomos de oxígeno para formar óxidos, oxácidos u oxisales. En estado de oxidación de +1, el nitrógeno queda con 4 electrones en su capa de valencia. Así, tenemos ejemplos como el óxido de dinitrógeno (N2O), popularmente conocido como gas hilarante y los compuestos nitrosos (R=NO). En el estado de +2 tenemos el óxido de nitrógeno u óxido nítrico (NO), que es un gas incoloro que se genera durante la reacción de metales con el ácido nítrico diluido. Este compuesto presenta un radical libre muy inestable que puede reaccionar con el oxígeno para formar un importante contaminante atmosférico como es el dióxido de nitrógeno (NO2)

En estado +3 se forman compuestos como el nitrito en solución básica (NO2–) o ácido nitroso en solución ácida (HNO2). Ambos son agentes oxidantes que pueden dar lugar a óxido nítrico (NO) o ser agentes reductores para formar el ión nitrato. Otros compuestos son el trióxido de dinitrógeno (N2O3) y el grupo nitro (R-NO2). En estado de +4 tenemos el dióxido nítrico (NO2) o dióxido de nitrógeno. Este es un gas de color marrón que se genera en la reacción de muchos metales con el ácido nítrico concentrado para formar tetróxido de dinitrógeno (N2O4). En +5, podemos encontrar los nitratos o el ácido nítrico que son agentes oxidantes en soluciones ácidas.

Por último, existen compuestos en donde el nitrógeno se encuentra en diferentes estados de oxidación. Estos son compuestos como la nitrosilazida o el trióxido de dinitrógeno.

Imagen: Ambientum

El nitrógeno molecular es el principal componente gaseoso del gas atmosférico. En el agua y suelo, lo podemos encontrar en forma de nitrato y nitritos. Todos estos compuestos se interconectan unos con otros en el ciclo del nitrógeno.

La acción humana ha modificado las concentraciones de nitrato y nitritos en la tierra, principalmente mediante la aplicación de estiércoles con nitratos en el suelo. Además, la concentración de nitratos y nitritos en el suelo y agua se ve incrementada por el nitrógeno emitido por las industrias a través del ciclo del nitrógeno. Esto también podría generar un aumento del nitrógeno en el agua potable.

Los efectos de los nitratos y nitritos sobre la salud humana podrían ser:

• Los nitratos tienen un efecto negativo sobre la actividad de la glándula tiroidea
• Los nitratos disminuyen el almacenamiento de vitamina A
• Tanto nitratos como nitritos producen nitrosaminas, que es una causa habitual de cáncer
• El nitrito reacciona con la hemoglobina, causando una disminución en la capacidad de transporte de oxígeno en la sangre.
• El óxido de nitrógeno (NO) es un mensajero fundamental en el cuerpo humano, provocando la relajación muscular, beneficios en el sistema cardiovascularo ejerciendo efectos de señalización sobre células del sistema inmune. Estos efectos ya son explotados en múltiples aplicaciones medicinales, como la medicación contra los infartos cardíacos o la viagra.

La adición de nitratos y nitritos a los fertilizantes provoca el aumento de sus concentraciones ambientales, así como diferentes procesos industriales. Muchos de estos compuestos pueden escapar a la atmósfera y reaccionar con el oxígeno, dando lugar a contaminantes atmosféricos que favorecen el incremento del efecto invernadero.

A su vez, los nitratos y nitritos también producen efectos adversos en el agua dulce y en el medio marino, afectando negativamente a este ecosistema y a las especies que en él habitan. También, se está incrementando drásticamente las concentraciones de estos compuestos nitrogenados en el agua potable, ejerciendo así sus efectos negativos sobre la salud humana.

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