quinta-feira, 22 de maio de 2014

Daniel Rutherford e o Nitrogênio


Daniel Rutherford
Daniel Rutherford. Nasceu em Edimburgo, a 3 de Novembro de 1749, e, faleceu a 15 de Novembro de 1819. Rutherford foi um médico e químico escocês. É conhecido por ter descoberto e isolado o elemento químico nitrogênio, descrevendo algumas de suas propriedades, em 1772. Também descreveu o oxigênio, que denominou de "ar vital".




Vida



Formado na Universidade de Edimburgo, Escócia, onde seu pai John era professor de Medicina. Foi aluno de Joseph Black (1728-1799) e praticou a medicina em Edimburgo, e se tornou um membro da "Real Colegio de Médicos", onde foi secretário e presidente. Foi "regius Cátedra de Medicina e Botânica" em Edimburgo, e também Curador da "Royal Botanic Garden", em 1786, depois da morte do professor John Hope (1725-1786). Tio do poeta e novelista Sir Walter Scott (1771-1832), morreu e Edimburgo. Cinco anos após o descobrimento importante, Antoine Lavoisier (1775-1776) demostrou que o ar é uma mistura de 21% de oxigênio e 79% de nitrogênio e o denominou de azoto, que significa um gás impróprio para a vida (1777). Foi Jean-Antoine Chaptal quem deu o nome definitivo ao nitrogênio (1790). Foi o médico e industrial francês Jean Chaptal (1756-1832) que lhe deu o nome de nitrogênio (1790), após descobrir a sua relação com o ácido nítrico. Seus compostos, sem dúvida, são muito ativos, e também muito importante na produção de alimentos, especialmente de origem agrícola. Fritz Haber (1868-1934) desenvolveu um processo para extrair o nitrogênio do ar e a produção de amoníaco (NH3) a serem utilizados como fertilizantes do solo (1908).


Nitrogênio

Nitrogênio líquido (imagem: Cory Doctorow).
O azoto ou nitrogênio é um elemento químico com símbolo N, número atómico 7 e número de massa 14 (7 protões e 7 neutrões), representado no grupo (ou família) 15 (antigo VA) da tabela periódica. É o quinto elemento mais abundante no Universo. Nas condições ambientes (25 °C e 1 atm) é encontrado no estado gasoso, obrigatoriamente em sua forma molecular biatômica (N2), formando cerca de 78% do volume do ar atmosférico. A mais importante aplicação comercial do nitrogênio é na obtenção do gás amoníaco pelo processo Haber. Considera-se que foi descoberto formalmente por Daniel Rutherford em 1772 ao determinar algumas de suas propriedades. Entretanto, pela mesma época, também se dedicou ao seu estudo Carl Wilhelm Scheele que o isolou.




História



Nível eletrônico (imagem: Pumbaa, original work by Greg Robson).
O nitrogênio (do latim nitrogenium e este do grego νίτρον = nitro, e -genio, da raiz grega γεν = gerar) considera-se que foi descoberto formalmente por Daniel Rutherford em 1772 ao determinar algumas de suas propriedades. Entretanto, pela mesma época, também se dedicaram ao seu estudo Carl Wilhelm Scheele que o isolou, Henry Cavendish, e Joseph Priestley. O nitrogênio é um gás tão inerte que Antoine Lavoisier se referia a ele como azoe, que é uma palavra francesa que significa "impróprio para manter a vida". Alguns anos depois, em 1790, foi chamado de nitrogênio, por Jean Antoine Chaptal, que significa “formador de salitre”. Foi classificado entre os gases permanentes desde que Michael Faraday não conseguiu torná-lo líquido a 50 atm e -110 °C. Mais tarde, em 1877, Raoul Pictet e Louis Paul Cailletet conseguiram liquefazê-lo. Alguns compostos de nitrogênio já eram conhecidos na Idade Média: os alquimistas chamavam de aqua fortis o ácido nítrico e aqua regia a mistura de ácido nítrico e clorídrico, conhecida pela sua capacidade de dissolver o ouro.




Características principais



Ocorre como um gás inerte (N2), não-metal, incolor, inodoro e insípido, constituindo cerca de 4/5 da composição do ar atmosférico, não participando da combustão e nem da respiração. Como elemento (N) tem uma elevada eletronegatividade (3 na escala de Pauling) e 5 eléctrons no nível mais externo (camada de valência), comportando-se como ião trivalente na maioria dos compostos que forma. Condensa a aproximadamente 77 K (-196 °C) e solidifica a aproximadamente 63 K (-210 °C). O nitrogênio é o principal componente da atmosfera terrestre. Este elemento chega ao solo através de compostos orgânicos (restos vegetais e animais) e/ou inorgânicos. Sua fixação pode ser biológica(simbiótica ou não) ou por descargas elétricas. No solo o N se encontra na forma orgânica ou inorgânica, podendo se mudar de forma (ou vice-versa) pelo fenômeno da mineralização ou imobilização.
 

Posição na Tabela Periódica
Símbolo: N
Número atômico: 7
Série química: não-metal (imagem: Atanamir).



Aplicações



  • A mais importante aplicação comercial do nitrogênio é na obtenção do gás amoníaco pelo processo Haber. O amoníaco é usado, posteriormente, para a fabricação de fertilizantes e ácido nítrico.
  • É usado, devido a sua baixa reatividade, como atmosfera inertizada em tanques de armazenamento de óleos vegetais e animais.5 Também é usado em tanques de líquidos explosivos, durante a fabricação de componentes eletrônicos (transistores, diodos, circuitos integrados, etc.) e na fabricação do aço inoxidável.
  • O nitrogênio líquido, obtido pela destilação do ar líquido, se usa em criogenia, já que na pressão atmosférica condensa a -196°C.
  • É usado como fator refrigerante, para o congelamento e transporte de alimentos, conservação de corpos e células reprodutivas sexuais, masculinas e femininas ou quaisquer outras amostras biológicas.



Entre os sais do ácido nítrico estão incluídos importantes compostos como o nitrato de potássio (nitro ou salitre empregado na fabricação de pólvora) e o nitrato de amônio como fertilizante. Os compostos orgânicos de nitrogênio como a nitroglicerina e o Trinitrotolueno (TNT) são muito explosivos. A hidrazina e seus derivados são usados como combustível em foguetes. Na medicina nuclear, o 13N (lê-se nitrogênio 13), radioativo com emissão de positrão, é usado no exame PET. Na indústria automobilística é utilizado para inflar pneus de alto desempenho.




O nitrogênio como adubo



O nitrogênio é o elemento que as plantas necessitam em maior quantidade. É um macronutriente primário ou nobre. No entanto, devido à multiplicidade de reações químicas e biológicas, à dependência das condições ambientais e ao seu efeito no rendimento das culturas, o nitrogênio é também o elemento que apresenta maiores dificuldades de manejo na produção agrícola mesmo em propriedades tecnicamente orientadas. As formas preferenciais de absorção de Nitrogênio pelas plantas são a amônia (NH4+) e o nitrato (NO3-). Compostos nitrogenados simples, como uréia e alguns aminoácidos, também podem ser absorvidos, mas são poucos encontrados na forma livre no solo. Mas, apesar de ser o nutriente mais abundante da atmosfera terrestre, o N não figura como constituinte de qualquer rocha terrestre. Talvez, seja por este motivo ele é o elemento mais caro dos fertilizantes, pois, para sua formação são necessárias diversas reações químicas, as quais necessitam de muita energia. Tal afirmação e justificada pelo fato da difícil síntese e alto custo energético da formação do NH3. As formas em que o N se apresenta nos adubo nitrogenados são: Nítricas (Ex. Nitrato de Cálcio), amoniacal (Ou ambas como e o caso do Nitrato de Amônia), orgânica e amídica (Uréia). A concentração de N nos adubos podem variar desde 82% na amônia anidra até alguns décimo de 1% nos adubos orgânicos.




Abundância e obtenção



O nitrogênio é o componente principal da atmosfera terrestre (78,1% em volume). É obtido, para usos industriais, pela destilação do ar líquido ou pelo enriquecimento através de filtros moleculares. O elemento está presente na composição de substâncias excretadas pelos animais, usualmente na forma de ureia e ácido úrico. Tem-se observado compostos que contém nitrogênio no espaço exterior. O isótopo 14N se cria nos processos de fusão nuclear das estrelas.




Compostos



Com o hidrogênio forma o amoníaco ( NH3 ) e a hidrazina ( N2H4 ). O amoníaco líquido — anfótero como a água — atua como uma base em solução aquosa formando íons amônio ( NH4+ ). O mesmo amoníaco comporta-se como um ácido em ausência de água, cedendo um próton a uma base, dando lugar ao ânion amida (NH2-). Também se conhece largas cadeias e compostos cíclicos de nitrogênio, porém, são muito instáveis. Com o oxigênio forma vários óxidos como o óxido nitroso ( N2O) ou gás hilariante, o óxido nítrico (NO) e o dióxido de nitrogênio ( NO2 ), estes dois últimos são representados genericamente por NOx e são produtos de processos de combustão, contribuindo para o aparecimento de contaminantes (smog fotoquímico). Outros óxidos são o trióxido de dinitrogênio ( N2O3 ) e o pentóxido de dinitrogênio (N2O5), ambos muito instáveis e explosivos, cujos respectivos ácidos são o ácido nitroso (HNO2) e o ácido nítrico (HNO3) que, por sua vez, formam os sais nitritos e nitratos.




Ações biológicas



O azoto é o componente essencial dos aminoácidos e dos ácidos nucleicos, vitais para os seres vivos. As leguminosas são capazes de desenvolver simbiose com certas bactérias do solo chamadas de rizóbios, estas bactérias absorvem o azoto diretamente do ar, sendo este transformado em amoníaco que logo é absorvido pela planta. Na planta o amoníaco é reduzido a nitrito pela enzima nitrito redutase e logo em seguida é reduzido a nitrato pela enzima nitrato redutase. O nitrato é posteriormente utilizado pela planta para formar o grupo amino dos aminoácidos das proteínas que, finalmente, se incorporam à cadeia trófica. Um bom exemplo deste processo é observado na soja, sendo esta uma cultura que dispensa adubação nitrogenada. (veja: ciclo do nitrogênio).




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.




Precauções



Os fertilizantes azotados são uma poderosa fonte de contaminação do solo e das águas. Os compostos que contêm íons cianeto formam sais extremadamente tóxicos e são mortais para numerosos animais, entre os quais os mamíferos.






Referências


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