El nitrógeno: Elemento Propiedades y Usos

El nitrógeno es un elemento no metálico de símbolo químico "N" y número atómico 7. Es un componente vital de la atmósfera terrestre. Es un componente vital de la atmósfera terrestre, ya que representa casi el 78% de su volumen. El nitrógeno es un componente esencial de todos los organismos vivos, ya que forma parte fundamental de los aminoácidos y los ácidos nucleicos. También está presente en muchos fertilizantes, explosivos y productos químicos industriales.

Descripción de las propiedades químicas

La propiedad química del nitrógeno está dominada por la presencia de un triple enlace entre los átomos de nitrógeno. Esto lo hace estable y no reactivo a temperatura ambiente. También es poco reactivo en comparación con otros gases como el oxígeno. Pero el nitrógeno se combina bien con otros elementos, como en el proceso Haber, donde reacciona con el hidrógeno para producir gas amoníaco (NH3). Algunos de los compuestos importantes que contienen nitrógeno son el ácido nítrico (HNO3), que se utiliza para fabricar fertilizantes y explosivos, y los óxidos de nitrógeno o NOx, de gran importancia en la química atmosférica.

• La inercia: La naturaleza inerte del gas nitrógeno lo hace útil como medio en situaciones que requieren evitar la oxidación u otras reacciones indeseables.
• Agente oxidante: El nitrógeno es un agente oxidante cuando reacciona en la síntesis de ácido nítrico y nitratos.
• Compuestos: El nitrógeno forma una gran variedad de compuestos, siendo el amoníaco uno de los más importantes, utilizado en fertilizantes y productos químicos industriales.

Tabla de datos de propiedades físicas

Estas propiedades físicas destacan la capacidad del nitrógeno para existir como gas a temperatura ambiente y sus bajos puntos de ebullición y fusión, factores importantes en sus aplicaciones en procesos industriales que requieren entornos controlados.

Usos comunes del nitrógeno

Las cualidades útiles del nitrógeno abarcan aplicaciones en numerosas empresas. A continuación se enumeran los principales usos del nitrógeno:

Agricultura y fertilizantes

El nitrógeno es uno de los macronutrientes que necesitan las plantas para crecer adecuadamente. Es uno de los principales ingredientes del nitrato de amonio y de las sales de urea de los ácidos sulfúrico o clorhídrico que se utilizan generalmente como fertilizantes para mejorar la fertilidad del suelo y la producción de los cultivos. Los compuestos nitrogenados intervienen directamente en la producción de proteínas y clorofila en las plantas, ya que ambos son bastante esenciales para su correcto desarrollo. La aplicación de fertilizantes nitrogenados ha transformado a mejor la agricultura porque ha impulsado la producción de alimentos.

Industria alimentaria

El nitrógeno se utiliza ampliamente en el sector alimentario como conservante con la capacidad de desplazar al oxígeno, inhibiendo así la oxidación. El gas nitrógeno se utiliza habitualmente como método para eliminar el oxígeno de los envases con la intención de almacenar alimentos en condiciones de bajo oxígeno. Además, el nitrógeno líquido se utiliza como conservante alimentario en la congelación de alimentos a una velocidad que ayuda a conservar sus valores nutricionales.

Fabricación de electrónica y semiconductores

El nitrógeno es muy importante en la industria electrónica, ya que se utiliza en la fabricación de semiconductores. El nitrógeno es muy poco reactivo y sus propiedades lo convierten en uno de los mejores materiales para crear entornos libres de oxidación. El nitrógeno gaseoso se utiliza en la deposición de vapor y en entornos de atmósfera controlada en la fabricación de componentes semiconductores, como los que se emplean en la fabricación de circuitos integrados.

Criogenia y aplicaciones médicas

El nitrógeno, y más concretamente el nitrógeno líquido, se utiliza en criogenia como conservante a temperaturas muy bajas de muestras biológicas como sangre, células y tejidos. El nitrógeno se utiliza en criocirugía para eliminar tejidos anómalos mediante su congelación. El nitrógeno se utiliza en cámaras de atmósfera controlada, sobre todo en equipos sensibles utilizados en entornos médicos.

Fabricación y producción de metales

En el sector manufacturero, los usos del nitrógeno como gas inerte en los procesos de soldadura o producción de metales son bien conocidos y habituales. Otra aplicación común del nitrógeno es la producción de pantallas planas e instrumentos precisos para evitar la oxidación de los metales durante el corte por láser y la soldadura de metales como el acero inoxidable.

Técnicas de preparación

El nitrógeno suele extraerse en su forma elemental mediante la destilación de aire líquido. El proceso requiere enfriar el aire hasta convertirlo en líquido y proceder a separar los gases obtenidos (oxígeno, nitrógeno y argón) en función de sus puntos de ebullición. El nitrógeno puede prepararse en su forma elemental mediante la descomposición de azida sódica (NaN₃) en bolsas de aire o mediante la combustión de amoníaco con oxígeno a altas temperaturas para obtener óxido de nitrógeno, que luego se purifica.

Productos industriales relacionados

A partir del nitrógeno o de sus compuestos se obtienen una serie de productos industriales.

• Amoníaco (NH₃): Se utiliza principalmente en la fabricación de fertilizantes, pero también en la fabricación de explosivos y de
• Ácido nítrico (HNO₃): Analizado en la fabricación de fertilizantes, explosivos y productos de limpieza.
• Nitrito de Sodio (NaNO₂): Se emplea en la conservación de alimentos, especialmente en el curado de la carne, y también en la preparación de tintes.
• Gas nitrógeno: Utilizado en la industria electrónica, la industria farmacéutica y el envasado de alimentos, ya que es un gas inerte.

Impacto sobre la salud y el medio ambiente

Impacto en la salud

El nitrógeno en su forma elemental es inofensivo, pero la inhalación de altas concentraciones de gas nitrógeno puede desplazar el oxígeno del aire, lo que provoca asfixia. El gas nitrógeno se utiliza en grandes cantidades en el proceso de soldadura, y los empleados que trabajan con este gas deben ser conscientes de los riesgos de inhalar altas concentraciones de este gas.

Impacto medioambiental

Los compuestos de nitrógeno, especialmente los óxidos de nitrógeno, pueden causar graves daños al medio ambiente. Los compuestos nitrogenados se consideran uno de los principales contaminantes del aire y son responsables de la generación de lluvia ácida, dañando el medio ambiente e incluso la vida humana. El uso excesivo de fertilizantes nitrogenados conduce a la eutrofización de los ecosistemas, incluidas las masas de agua, ya que el alto contenido de nutrientes provoca la proliferación de algas, reduciendo la cantidad de oxígeno en el agua.

Por otro lado, el nitrógeno también es necesario para la producción vegetal, y su aplicación en fertilizantes ha desempeñado un papel esencial en el mantenimiento de la capacidad de producción agrícola a escala mundial. Sin embargo, su uso excesivo en los fertilizantes está provocando la contaminación del suelo y amenazando la calidad del agua.

Preguntas más frecuentes

1. ¿Cuáles son los principales usos del nitrógeno?
El nitrógeno se utiliza en agricultura (fertilizantes), conservación de alimentos, electrónica, criogenia y soldadura debido a su naturaleza inerte y versatilidad.

2. ¿Cómo se obtiene el nitrógeno para uso industrial?
El nitrógeno se obtiene principalmente por destilación fraccionada de aire licuado o descomponiendo compuestos como la azida sódica o haciendo reaccionar amoníaco con oxígeno.

3. ¿Es perjudicial el nitrógeno para el ser humano?
En su forma natural, el nitrógeno no es tóxico, pero en concentraciones elevadas puede desplazar al oxígeno y provocar asfixia. Es necesaria una ventilación adecuada en los entornos en los que se utiliza nitrógeno en grandes cantidades.