Nitrogênio (N)

O 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. 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.
4. 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.
5. 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.