Tema 9: El nitrógeno y su familia Resumenes de Maturita

Tema 9: el nitrógeno y su familia
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Tema 9: El nitrógeno y su familia
1. Elementos nitrogenoides
 Se llama así a los elementos grupo del grupo 15. (V.A) de la tabla periódica: Nitrógeno (N), fósforo (P), arsenico
(As), antimonio (Sb) y bismuto (Bi)
 Tienen en su capa de valencia 5 electrones (Configuración electrónica: ns2np3)
 Bajo condiciones normales, el nitrógeno se encuentra en la forma gaseosa y los demás ( fósforo, arsénico,
antimonio y bismuto) se encuentran en forma sólida, cristalizando en diferentes formas alotrópicas
 Al aumentar el número atómico (Z, número de protones), crece el carácter metálico y baja el carácter ácido de
los óxidos.
 Al disminuir Z, baja la electronegatividad
 La configuración electrónica más estable se obtiene por tres enlaces covalentes (luego tienen el número de
oxidación (–III))
 También pueden tener el número de oxidación (V)
 Como el nitrógeno está en el grupo de segundo período, puede formar como máximo 4 enlaces, los demás como
tienen nd orbitales libres, pueden formar hasta 6 enlaces
 El nitrógeno y el fósforo son bioelementos, se pueden encontrar fácilmente y su función en los organismos vivos
es insustituible.
 Arsenio, antimonio y bismuto se encuentran en muy escasa cantidad.
Elemento
Z
Configuración electrónica
2 3
Electronegatividad
Carácter
Nitrógeno
N
7
(He) 2s p
3,1
No metal
Fosforo
P
15
(Ne) 3s23p3
2,1
No metal
2,2
Semimetal
1,8
Semimetal
1,7
Metal
Arsénico
Antimonio
Bismuto
As
Sb
Bi
10
2
33
(Ar) 3d 4s 4p
51
10
83
2
(Kr)4d 5s 5p
14
10
3
3
2
(Xe) 4f 5d 6s 6p
3
2. El nitrógeno:
 El nitrógeno es el elemento más abundante en nuestro planeta, se encuentra principalmente en
la atmósfera, donde constituye el 78.1 % en volumen (en forma de gas, moleculas diatómicas)
 También se encuentra en:
◦ Compuestos inorgánicos – en minarales como sales ternarias (nitratos: NaNO3 (chilský ledek)
y KNO3 (salnitr, draselný ledek)), en sales de amonio.
◦ y en compuestos orgánicos – proteínas, aminoácidos,etc.
 Tiene configuración 2s2 2p3 y puede formar como máximo 4 enlaces1.
 Es el tercer elemento más electronegativo (después de F y O).
 En la naturaleza se encuentra en tres estados de agregación en moléculas diatómicas N2
 Sin color, olor, gusto, muy poco disolvente en agua, no combustible y no apoya inflamación
 La molécula N2 es muy estable y en ella los dos átomos de N están unidos mediante un triple
enlace covalente.
 Sus compuestos forman puentes de hidrógeno
 Reacciona con la mayoría de los elementos a temperaturas altas (cuando se rompe el enlace triple
Ojo con esta imagen es una
representación idealizada y
simpista e induce a error
2.1 Preparación y fabricación
 El nitrógeno se obtiene del aire: En primer lugar hay que comprimirlo a alta temperatura -> licuefacción . Una vez líquidos el
nitrógeno y el oxígeno se separan mediante destilación fraccionada.
 El punto de ebullición del nitrógeno es – 196 C. 2
 N se utiliza para enfriar
 En el laboratorio se obtiene por:
◦ Oxidación del amoniaco con óxido de cobre (II): 2 NH3(g) + 3 CuO(s) → 3 Cu(s) + 3 H2 O(g) + N2 (g).
◦ O por calentamiento del nitrito de amonio: NH4NO2 (s) → 2 H2O(g) + N2 (g)
2.2 Usos
 Síntesis del amoniaco
 Fertilizantes (NH3, NH4NO3, CaCN2, (NH2)2CO), ácido nítrico, aminas, gran variedad de compuestos químicos
1
2
3 enlaces covalentes y uno covalente dativo. Como por ejemplo en el ión amonio, para formar sales de amonio
En el proceso del cambio de estado líquido al estado gaseoso se consume el calor del alrededor, por eso se enfría
1
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 El nitrógeno elemental se utiliza por su baja reactividad como gas protector, para crear una atmósfera inerte (por ejemplo,
para impedir la reacción de otros elementos con oxígeno)
 Elaboración de óxido nitroso (N2O) - un gas incoloro conocido popularmente como gas de la risa (rajský plyn). Este gas,
mezclado con oxígeno, se utiliza como anestésico en cirugía.
 El nitrógeno líquido tiene una aplicación muy extendida en el campo de la criogenia (kryogenika, věda zabývající se
dosahováním velmi nízkých teplot) como agente enfriante
 El nitrógeno líquido también se utiliza para la congelación de alimentos, para el tratamiento de verrugas y los bancos de
semen utilizan nitrógeno líquido para conservar el material genético.
 Explosivos – pólvora (NaNO3, KNO3), nitroglicerina, trinitrotolueno
 En farmacia para fabricar medicamentos.
2.3 Compuestos de nitrógeno.
Amoniaco (NH3)
 El compuesto de nitrógeno e hidrógeno más importante
 Es un gas (a temperatura ambiente) formado por la combinación de un átomo de nitrógeno unido a tres átomos de
hidrógeno mediante enlaces covalentes simples.
 Es incoloro, más ligero que el aire y tiene un olor desagradable que irrita los ojos y las vías respiratorias, es venenoso
 Se disocia muy bien en el agua y puede aceptar protones H+ -> NH4+, por lo tanto tiene carácter básico
 Muy buen disolvente
 En la naturaleza se forma por la descomposición de compuestos orgánicos que contienen nitrógeno
 Propiedades reductoras: 3 CuO + 2 NH3 -> 3 Cu + 3 H2O + N2
 en laboratorio se prepara por la descomposición de sales de amonio por bases fuertes:
NH4Cl + NaOH -> NH3 + NaCl + H2O
 Industrialmente se sintetiza mediante el proceso de “Haber–Bosch” síntesis ( síntesis a altas presiones):
N2 + 3H2 -> 2 NH3
Uso
 La disolución del amoniaco (en baja concentración) se emplea en usos domésticos (limpieza).
 Elimina la dureza temporal del agua, o sea se emplea para limpiar y lavar
 Fabricación de ácido nítrico, de abonos, soda, fibras, plásticos, en estado líquido para enfriar (como líquido refrigerante) –
por ejemplo los estadios para hockey.
Sales de amonio
 mayoría es incoloro, cristálicas, y soluble en agua
 el más conocido es NH4Cl ( salmiak) , se utiliza en soldadura de metales y en medicina
 NH4NO3 se utiliza como fertilizante industrial
Nitruros
 Los nitruros son compuestos (sales) de nitrógeno con un elemento menos electronegativo (generalmente un metal), donde
el nitrógeno tiene un estado de oxidación de -3 (N-3)
 Las reacciones son en general explosivas
 Ejemplos :
· K3N Nitruro de potasio
· Mg3N2 Nitruro de magnesio
· Cu3N2 Nitruro de cobre
· BN Nitruro de boro
· SbN Nitruro de antimonio N-3
Otros compuestos de nitrógeno sin óxígeno:
amidas
imidas
nitrilos
azidas
NH2-
NH2-
N3-
N3-
Óxidos de nitrógeno
 los átomos de nitrogeno tienen el numero de oxidación de I a V
 son unos elementos de gases de escape y exhalaciones industriales y son venenosos
 tienen su representacion en la creación de lluvia ácida
 surgen por reacciones redox entre compuestos nitrogenados y son interproductos en la fabricación de HNO3.
1) oxido de nitrógeno - N2O
2) óxido de nitrógeno - NO
 gas de la risa, incoloro, poco soluble en agua, sabor un
 venenoso, incoloro
poco dulce
 es un interproducto en la produccion de acido nitrico
 provoca haluciaciones o perdidas de memoria
 síntesis a altas temperaturas : N2 + O2 -> 2 NO
 antes se utilizaba como el narcotico de quirurgía
2
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3) trióxido de dinitrógeno - N2O3
 líquido de color azul
 no es estable, se descompone formando NO y NO2
5) pentaoxido de dinitrogeno V - N2O5

no es estable
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4) dioxido de nitrogeno - NO2
 rojo/marron
 muy venenoso
 normalmente es un dimer N2O4
 uno de los interproductos de la fabricaccion de acido
nitrico
 se utiliza en tecnologías de cohetes.
Ácidos
Ácido nítrico (HNO3)
 Es un ácido muy fuerte y un agente oxidante poderoso
 Los alquimistas medievales lo conocían como "el agua fuerte"
 Se obtiene por la acción del ácido sulfúrico sobre nitrato de sodio y también se puede preparar por oxidación catalítica del
amoniaco
 Se puede mezclar con agua sin límites
 En forma anhidra está incoloro, pero cuando se desintegrada, el NO2 da color naranja
 Se desintegra (agua, O2, NO2) por culpa de la luz, por esto se almanece en botellas oscuras
 Es un oxidante muy fuerte, oxida casi todos metales excepto oro y platina o Fe, Cr y Al
 Reacciona solamente con Lučavka královská que es mezcla de HNO3 y HCl 1:3
 las proteínas amarrillan
 Se utiliza como el abono (los abonos nitrogenados contienen nitrógeno como la principal materia nutritiva de los
vegetales) ,explosivo, colorantes orgánicos, medicamentos
 Fabricación por 1) síntesis de amoniaco : N2 + 3 H2 -> 2 NH3
2) Oxidación de amoniaco : NH3 + 5O2 -> 4 NO + 6 H20
3) Oxidación de NO : 2 NO + O2 -> 2NO2
4) Reacción de NO2 con agua -> 3NO2 + H2O -> 3 HNO3 + NO
Sales de acido nítrico – nitratos ( M(NO3)m m=valencia del metal )
- bien solubles en el agua y desprenden O2 al calentar
- Se usan como fertilizantes
Ácido nitroso - HNO2




Es inestable, poco ácido
Es estable solamente en disoluciones acuosas frías y al calentarse o incrementar su concentración descomponen: 3HNO2 +
HNO3 + 2NO + H2O
Se utiliza para la fabricación de colorantes
Sus sales M NO2 son bien solubles en agua
Ferlilizantes de nitrógeno: NH4NO3, CaCN2,(NH4)2SO4, NH2CONH2
3. El fósforo:







En naturaleza está solamente en forma de sus compuestos
Compuestos inorgánicos : apatit ( Ca5F(PO4)3), está elemento en huesos y dientes de humanos
Compuestos orgánicos : ácidos nucleicos, fosfolípidos, coenzimas NAD y NADP, ATP
Pertenece a los elementos biógenos2
Con sus propiedades físicas se parece a metales
se oxida espontáneamente en el aire, emitiendo luz - fenómeno de fosforescencia.
Fósforo existe en tres formas alotrópicas, como fósforo blanco, rojo y negro:
◦ fósforo blanco : moléculas P4,es como cera, blando, translúcido, se puede cortar suavemente, no es soluble en agua,
fuertemente venenoso, en el aire inflamable, muy reactivo, ardiendo con llama blanca y formando vapores de color blanco
de P2O5
◦ fósfor rojo : cadenas de Pn,menos reactivo que el blanco, no es soluble en agua, no es venenoso
◦ fósfor negro : cristálico, gris oscuro con el brillo metal, buen conductor de corriente eléctrica, el más estable y menos
reactivo
 Los enlaces son similares como en nitrógeno, prevalecen enlaces covalentes
 No forma los puentes de hidrógeno
2
o biogénicos.
3
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 La mayoría se utiliza para la fabricación de ácido fosfórico y de los fosfatos
 también se utiliza para la fabricación de fósforo de cobre, cerillas de seguridad, material incendario militar
 El fósforo blanco se utiliza para matar roedores
el fósforo blanco
el fósforo rojo
cerillas con fósforo
3.1 Producción
 El fósforo blanco se obtiene de apatito, el rojo se obtiene por el cambio del fósforo blanco en el horno sin acceso de aire a
alta temperatura (350C)
 En laboratorio no se prepara.
3.2 Compuestos de fósforo
PH3
 Parecido a amoniaco, pero el enlace P-H es más débil
 Normalmente es incoloro, gas fuertemente venenoso, que huele muy mal como el ajo
 Tiene propiedades reductoras y en el aire inflama
Óxidos de fosforo
P4O6





blanco, venenoso
normalmente formado por moleculas dimeras
surge por la combustion de fosforo
es ácido, muy bien se oxida
con agua forma disolucion de H3PO3
P4O10




es un sólido blanco (se parece a nieve) que se forma durante la combustión de fosforo molecular
muy higroscopico, se usa como secante (,,vysoušedlo")
por la reacción con el agua forma acido fosforico
En la luz brilla de color verde
Ácidos:
Ácido fosfórico (Trioxofosfato (3) de hidrogeno)




H3PO3
sustancia cristalina, incoloro
bien soluble en agua
se utiliza como reductor
Ácido ortofosfórico (Tetraoxofosfato (V) de hidrógeno






H3PO4
una sustancia cristalina incolora a la temperatura ambiente
muy soluble en agua
es un ácido bastante fuerte, es estable y no tiene propiedades oxidantes
no disuelve a la mayoría de los metales, porque en sus superficies se forma la "costra de fosfatos indisolubles".
se utiliza en el laboratorio debido a su resistencia a la oxidación, a la reducción y a la evaporación; se emplea como
ingrediente de bebidas no alcohólicas, como pegamento de prótesis dentales, como catalizador, como ablandadores de
agua, fertilizantes y detergentes, abonos (superfosfato Ca(H2PO4)2, KH2PO4, (NH4)2PO4), protección de metales
(fosfatación), industria alimentaria (Coca-cola) o medicamentos.
 con metales forma dihidrogenfosfóricos, hidrogefosfóricos, fosfóricos.
En compuestos orgánicos : RNA, DNA, ATP
4. El arsénico:
 este elemento es considerado como uno de los más tóxicos que existen , en forma solida no es venenoso, pero
nuestro cuepro por el metabolismo lo cambia en muy toxico
 Se encuentra en la frontera entre los metales y no metales pero su modificación más estable presenta carácter
metálico
 Se encuentra de forma natural sobre la Tierra (como mineral del cobalto o junto a otros minerales como el azufre o
ciertos metales) en la superficie de las rocas
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 Dentro de las comidas que lo contienen se encuentran los pescados y mariscos, sin embargo, se trata de un
arsénico poco peligroso para la salud porque el contacto con arsénico tóxico puede provocar la irritación del
estómago, baja producción de glóbulos rojos y blancos y a medida que el contacto con el arsénico se eleva,
aumentan las probabilidades de contraer cáncer.
 Existen tres formas en las que se puede encontrar al arsénico, las que se denominan alótropos:
1. arsénico gris:
◦ forma una masa quebradiza (křehký) de cristales de color gris
◦ se vuelve negro al pasar largo tiempo al aire
◦ puede conducir la electricidad (como los metales)
2. arsénico amarillo:
◦ masa cristalina translúcida y blanda
◦ se forma al enfriar el vapor de As y un ligero suministro energético (luz o calentamiento) lo transforma en la
modificación gris
3. arsénico amorfo:
◦ tiene color negro y se presenta en diferentes formas
Usos:
 la mayor parte del consumo actual de arsénico se encuentra en la fabricación de plaguicidas (prostředky proti hmyzu),
prohibidos ya en muchos países desarrollados, y en la fabricación de pigmentos
Compuestos:
hidruro de arsénico (AsH3): gas incoloro, venenoso, con olor a ajo
sulfuros de arsénico (monosulfuro: As4S4, trisulfuro: As4S6)
 monosulfuro: As4S4: masa vítrea roja que se vuelve negra al calentarla
 trisulfuro: As4S6: masa de color amarillo, insoluble en agua y en ácidos, por lo tanto no es venenosa; al
calentarlo se vuelve rojo y se emplea como pigmento colorante
5. El antimonio:
 elemento cristalino de color blanco
 no es un elemento abundante en la naturaleza; raras veces se encuentra en forma natural
 también presenta diferentes formas alotrópicas (y de ellas la forma amarilla, que se compone de moléculas Sb 4 y
se encuentra en el vapor de antimonio, y la forma gris se transforman al calentarlas en la modificación estable
metálica)
Usos:
 principalmente se emplea en aleaciones (slévání) metálicas y algunos de sus compuestos para dar resistencia
contra el fuego, en pinturas, cerámicas, esmaltes, vulcanización del caucho o fuegos artificiales.
combinaciones:
hidruro de antimonio (SbH3)
 sustancia gaseosa de olor desagradable y venenosa que se origina mediante la acción de los ácidos sobre el
metal
 es muy inestable
trisulfuro de antimonio - estibina (Sb2S3)
 forma largos cristales de color gris
 es la sustancia más importante para la obtención de Sb elemental
 se utiliza en pirotecnica o para la fabricación de vidrios coloreados
6. El bismuto:
 es el elemento más metálico en este grupo
 es un metal cristalino, blanco,pesado, duro y quebradizo y uno de los pocos metales que se expanden al
solidificarse
 en su estado gaseoso se encuentra en forma Bi2, , no es tóxico
 su conductividad térmica y eléctrica es menor que la de cualquier otro metal (con excepción del mercurio) y es
fuertemente dimagnético
 se encuentra en compuestos de oro, plata, estanio y plomo
 al contrario que los demás elementos del grupo, presenta una sola modificación.
Usos:
 es principalmente un componente de las aleaciones de bajo punto de fusión
 también se utiliza como el catalizador en la producción de fibras artificiales o en la fabricación de elementos
termoeléctricos o cosméticos y farmaceuticos.
5
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ANEXO:
fósforo blanco
fósforo rojo
fósforo negro
fósforo rojo
El ciclo de nitrógeno en la naturaleza
 El ciclo de nitrógeno es un conjunto de procesos biogeoquímicos por los cuales el nitrógeno pasa por reacciones
químicas, cambia de forma y se mueve por diferentes embalses en la tierra, incluyendo en organismos vivientes
 El nitrógeno es requerido para que todos los organismos se mantengan vivos y crezcan porque es un componente
esencial para ADN, ARN y proteína. Sin embargo, la mayoría de los organismos no pueden utilizar nitrógeno
atmosférico, el embalse mas grande.
 Los cinco procesos en el ciclo de nitrógeno – fijación, asimilación, mineralización (o amonificación), nitrificación y
desnitrificación
 Los humanos influyen el sistema global de nitrógeno principalmente por medio de la utilización de fertilizantes
basados en nitrógeno.
 El nitrógeno atmosférico (N2) se incorpora al suelo al combinarse con el hidrógeno y forma amoniaco (NH3). Este
proceso, denominado fijación del nitrógeno, lo realizan algunas bacterias (Clostridium, Rhizobium, Acetobacter) y
ciertas algas cianofíceas (Anabaena, Nostoc). El proceso de nitrificación que llevan a cabo las bacterias
Nitrosomonas y NItrobacter transforman el amoniaco en NO2- (ion nitrito) y éste en NO3- (ion nitrato),
respectivamente. El ion nitrito constituye la fuente de nitrógeno para las plantas superiores, las cuales lo
incorporan disuelto en agua a través
de las raíces.
 Los animales obtienen el nitrógeno
necesario a partir de las proteínas
que hay en los alimentos. Los
cadáveres y productos resultantes de
la excreción dan lugar a amoniaco
(amonificación) por la acción de
algunas bacterias y hongos. El
amoniaco es tansformado primero
en nitritos y después en nitratos.
 El proceso de desnitrificación, que
llevan a cabo algunas bacterias,
transforma los nitratos en nitritos, y
éstos en nitrógeno atmosférico, que
vuelve a la atmósfera.
El ciclo de fósforo en la naturaleza

El fósforo es un componente esencial de los organismos. Forma parte de los ácidos nucleicos (ADN y ARN); del
ATP y de otras moléculas que tienen PO43- y que almacenan la energía química; de los fosfolípidos que forman
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
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las membranas celulares; y de los huesos y dientes de los animales. Está en pequeñas cantidades en las plantas,
en proporciones de un 0,2%, aproximadamente. En los animales hasta el 1% de su masa puede ser fósforo.
Su reserva fundamental en la naturaleza es la corteza terrestre. Por meteorización de las rocas o sacado por las
cenizas volcánicas, queda disponible para que lo puedan tomar las plantas. Con facilidad es arrastrado por las
aguas y llega al mar. Parte del que es arrastrado sedimenta al fondo del mar y forma rocas que tardarán
millones de años en volver a emerger y liberar de nuevo las sales de fósforo
7