Nitrogênio (N)

Recipiente para congelamento em nitrogênio líquidoO nitrogênio é um elemento químico do grupo 15 (não-metais) que pertence ao segundo período da tabela periódica.

O nitrogênio possui cinco elétrons na camada de valência. O elemento exibe uma grande variedade de estados de oxidação: (-III) na amônia, NH3; (-II) na hidrazina, N2H4; (-I) na hidroxilamina, NH2OH; (0) no nitrogênio, N2; (+I) no óxido nitroso, HNO2; (+IV) no dióxido de nitrogênio, NO2; e (+V) no ácido nítrico, HNO3. O estado de oxidação negativo decorre do fato da eletronegatividade do hidrogênio (2,1) ser menor que a do nitrogênio (3,0).

O gás nitrogênio é utilizado em grandes quantidades como atmosfera inerte. Isso ocorre principalmente na indústria do ferro e do aço, em outras indústrias metalúrgicas, nas refinarias de petróleo, na limpeza das tubulações e dos reatores de craqueamento catalítico e reforma. O nitrogênio é usado também como agente refrigerante. Grandes quantidades de N2 são consumidas na fabricação de amônia e de cianamida de cálcio. O N2 é obtido em escala industrial, liquefazendo-se o ar e então realizando-se a destilação fracionada do mesmo. O N2 tem ponto de ebulição menor que o O2, saindo da coluna de destilação antes do O2. Seis gases industriais são obtidos dessa maneira: N2, O2, Ne, Ar, Kr e Xe.

O nitrogênio é um constituinte essencial de proteínas e aminoácidos (a composição média de uma proteína é C=50%, O=25%, N=17%, H=7%, S=0,5%, P=0,5%, em peso). Nitrato e outros compostos de nitrogênio são muito utilizados como fertilizantes e em explosivos. No início deste século, o NaNO3 foi muito importante como fertilizante. O guano de morcego (fezes do mamífero) também foi muito utilizado. Nos últimos 50 anos, essas fontes naturais foram substituídas por NH3 e NH4NO3, produzidos nas gigantescas indústrias de amônia e nitratos sintéticos.

Propriedades gerais e estrutura do elemento

O nitrogênio é um gás incolor, inodoro, insípido e diamagnético, sendo encontrado na forma de moléculas diatômicas, N2. A molécula de N2 contém uma ligação tripla N≡N curta, com comprimento de 1,9 Å. Portanto, o N2 é estável à temperatura ambiente, embora reaja com o lítio formando o nitreto, Li3N. O nitrogênio pode ser ativado passando-se uma faísca elétrica através de N2 gasoso, a baixas pressões. Nessa condição forma-se nitrogênio atômico, estando o processo associado a um brilho amarelo róseo. O nitrogênio atômico reage com diversos elementos e muitas moléculas normalmente estáveis.

O ciclo do nitrogênio

Há uma troca contínua de nitrogênio entre a atmosfera, o solo, os oceanos e os organismos vivos, cuja quantidade é estimada em 108 a 109 t/ano. Esse processo é denominado ciclo do nitrogênio. Considere o nitrogênio combinado existente no solo: ele está presente na forma de nitratos, nitritos e compostos de amônio.

  1. As plantas absorvem esses compostos e os utilizam para formar o protoplasma para crescer. As plantas podem servir de alimento a outros animais. Os animais excretam compostos nitrogenados, geralmente uréia ou ácido úrico, que são desenvolvidos no solo. A morte e decomposição fazem com que, eventualmente, todo o nitrogênio retorne ao solo.
  2. Um grupo de bactérias desnitrificantes, denominadas Denitrificans, convertem nitratos nos gases N2 ou NH3, que escapam para a atmosfera (por causa disso os estábulos exalam odor de amônia). O NH3 é devolvido ao solo pela primeira chuva, mas não o N2. Dentre as bactérias desnitrificantes podem ser citadas as Pseudomonas e Achromobacter.

    Nitratos → nitritos → NO2 → N2 → NH3

  3. Ciclo do nitrogênio

  4. Ocorre uma perda global de compostos nitrogenados do solo devido ao arraste dos mesmos pelas águas superficiais em direção aos mares. Esses compostos nitrogenados sustentam a flora marinha.
  5. Há uma pequena perda de NO e NO2 para atmosfera na combustão de plantas e do carvão; o mesmo ocorre nos gases de escape dos carros. Embora isso tenha efeitos desagradáveis e produza “smog” localizado, as quantidades envolvidas são pequenas e o nitrogênio é devolvido ao solo com a chuva.
  6. Ocorre o aumento da quantidade de nitrogênio combinado no solo. Esse aumento é causado principalmente pela fixação de N2 pelas bactérias nitrificantes, que o convertem em nitratos ou sais de amônio. Isso corresponde a mais de 60% do ganho de nitrogênio. Calcula-se que cerca de 175 milhões de toneladas de N2 são fixados pelas bactérias anualmente. O gênero mais importante dessas bactérias é o Rhizobium. Elas vivem em simbiose nos nódulos das raízes das plantas da família das leguminosas, por exemplo, ervilhas, feijão, trevo e amieiro. Outras bactérias nitrificantes vivem livres no solo, por exemplo as bactérias verde-azuladas Anabena e Nostoc, as bactérias aeróbias, tais como Azobacter e Beijerinckia, e as bactérias anaeróbicas, como Clostridium pastotianum. Essas bactérias necessitam de pequenas quantidades de certos metais de transição, como Mo, Fe, Co e Cu, e também de B do solo. A enzima fixadora de nitrogênio “nitrogenase” foi isolada do Clostridium pastotianum em 1960. O mesmo sistema enzimático é reponsável pela fixação de nitrogênio nas demais bactérias.

Fertilizantes

  1. Nitrogênio em uma forma combinada (geralmente nitrato de amônio, outros sais de amônio ou nitratos, ou uréia). O nitrogênio é essencial para o crescimento das plantas, principalmente das folhas, já que ele é um constituinte de aminoácidos e das proteínas, que são necessárias para a produção de novas células.
  2. Fósforo para o crescimento das raízes, usualmente na forma de fosfato, tal como “superfosfato” ou “superfosfato triplo” pouco solúvel. São obtidos a partir de rochas fosfáticas, tais como a fluorapatita, extraída de jazidas minerais. A escória básica, um subproduto da indústria siderúrgica, também é empregada como fosfato para fertilizantes.
  3. Íons potássio para a floração, geralmente fornecidos como K2SO4.