Nitrogênio: Propriedades e usos do elemento

O nitrogênio é um elemento não metálico com o símbolo químico "N" e número atômico 7. É um componente vital da atmosfera da Terra, representando quase 78% do volume. O nitrogênio é um bloco de construção essencial para todos os organismos vivos, pois forma uma parte essencial dos aminoácidos e ácidos nucleicos. Ele também está presente em muitos fertilizantes, explosivos e produtos químicos industriais.

Descrição das propriedades químicas

A propriedade química do nitrogênio é dominada pela presença de uma ligação tripla entre os átomos de nitrogênio. Isso o torna estável e não reativo à temperatura ambiente. Ele também não é reativo em comparação com outros gases, como o oxigênio. Mas o nitrogênio se combina bem com outros elementos, como no processo Haber, em que reage com o hidrogênio para produzir gás amônia (NH3). Alguns dos compostos importantes que contêm nitrogênio incluem o ácido nítrico (HNO3), que é usado na fabricação de fertilizantes e explosivos, e os óxidos de nitrogênio ou NOx, que são de grande importância na química atmosférica.

• A inércia: A natureza inerte do gás nitrogênio o torna útil como meio em situações que exigem a prevenção da oxidação ou de outras reações indesejáveis.
• Agente oxidante: O nitrogênio é um agente oxidante quando reage na síntese de ácido nítrico e nitratos.
• Compostos: O nitrogênio forma uma grande variedade de compostos, sendo a amônia um dos mais importantes, usado em fertilizantes e produtos químicos industriais.

Tabela de dados de propriedades físicas

Essas propriedades físicas destacam a capacidade do nitrogênio de existir como gás em temperatura ambiente e seus baixos pontos de ebulição e fusão, que são fatores importantes em suas aplicações em processos industriais que exigem ambientes controlados.

Usos comuns do nitrogênio

As qualidades úteis do nitrogênio abrangem aplicações em vários empreendimentos. Os principais usos do nitrogênio estão listados abaixo:

Agricultura e fertilizantes

O nitrogênio é um dos macronutrientes de que as plantas necessitam para o crescimento adequado. É o principal ingrediente do nitrato de amônio e dos sais de ureia dos ácidos sulfúrico ou clorídrico, geralmente usados como fertilizantes para melhorar a fertilidade do solo e a produção das culturas. Os compostos nitrogenados estão diretamente envolvidos na produção de proteínas e clorofila nas plantas, pois ambos são essenciais para o desenvolvimento adequado das plantas. A aplicação de fertilizantes nitrogenados transformou a agricultura para melhor, pois aumentou a produção de alimentos.

Indústria alimentícia

O nitrogênio é amplamente utilizado no setor alimentício como conservante com a capacidade de deslocar o oxigênio, inibindo assim a oxidação. O gás nitrogênio é comumente usado como um método para remover o oxigênio das embalagens com a intenção de armazenar alimentos em condições de baixo oxigênio. Além disso, o nitrogênio líquido é usado como conservante de alimentos no congelamento de alimentos a uma taxa que ajuda a reter seus valores nutricionais.

Fabricação de eletrônicos e semicondutores

O nitrogênio é muito importante na indústria eletrônica, pois é usado na fabricação de semicondutores. O nitrogênio é muito pouco reativo e suas propriedades o tornam um dos melhores materiais para criar ambientes livres de oxidação. O gás nitrogênio é usado na deposição de vapor e em ambientes de atmosfera controlada na fabricação de componentes semicondutores, como os usados na fabricação de circuitos integrados.

Criogenia e aplicações médicas

O nitrogênio, e mais especificamente o nitrogênio líquido, é usado na criogenia como conservante em temperaturas muito baixas para amostras biológicas, como sangue, células e tecidos. O nitrogênio é usado na criocirurgia para eliminar tecidos anormais por meio do congelamento. O nitrogênio é utilizado em câmaras de atmosfera controlada, especialmente em equipamentos sensíveis usados em ambientes médicos.

Fabricação e produção de metais

No setor de fabricação, os usos do nitrogênio como gás inerte nos processos de soldagem ou de produção de metais são bem conhecidos e comuns. Outra aplicação comum do nitrogênio é a produção de telas planas e instrumentos precisos para evitar a oxidação de metais durante o corte a laser e a soldagem de metais como o aço inoxidável.

Técnicas de preparação

O nitrogênio geralmente é extraído em sua forma elementar por meio da destilação do ar líquido. O processo requer o resfriamento do ar até a forma líquida e a separação dos gases obtidos (oxigênio, nitrogênio e argônio) de acordo com seus pontos de ebulição. O nitrogênio pode ser preparado em sua forma elementar por meio da decomposição da azida de sódio (NaN₃) em airbags ou por meio da queima de amônia com oxigênio em altas temperaturas para obter óxido de nitrogênio, que é então purificado.

Produtos industriais relacionados

Diversos produtos industriais são obtidos a partir do nitrogênio ou de seus compostos.

• Amônia (NH₃): É usada principalmente na fabricação de fertilizantes, mas também é usada na fabricação de explosivos e na produção de produtos químicos.
• Ácido nítrico (HNO₃): Analisado na fabricação de fertilizantes, explosivos e agentes de limpeza.
• Nitrito de sódio (NaNO₂): É empregado na preservação de alimentos, especialmente na cura de carnes, e também na preparação de corantes.
• Gás nitrogênio: Utilizado na indústria eletrônica, na indústria farmacêutica e na embalagem de alimentos, pois é um gás inerte.

Impacto na saúde e no meio ambiente

Impacto na saúde

O nitrogênio em sua forma elementar é inofensivo, mas a inalação de altas concentrações de gás nitrogênio pode deslocar o oxigênio do ar, o que leva à asfixia. O gás nitrogênio é usado em grandes quantidades no processo de soldagem, e os funcionários que trabalham com esse gás devem estar cientes dos riscos de inalação de altas concentrações desse gás.

Impacto ambiental

Os compostos de nitrogênio, especialmente os óxidos de nitrogênio, podem causar danos graves ao meio ambiente. Os compostos de nitrogênio são considerados um dos principais poluentes do ar e são responsáveis pela geração de chuva ácida, prejudicando o meio ambiente e até mesmo a vida humana. O uso excessivo de fertilizantes nitrogenados leva à eutrofização dos ecossistemas, inclusive dos corpos d'água, pois o alto teor de nutrientes leva à proliferação de algas, reduzindo a quantidade de oxigênio na água.

Por outro lado, o nitrogênio também é necessário para a produção de plantas, e sua aplicação em fertilizantes tem desempenhado um papel essencial na manutenção das capacidades de produção agrícola em escala global. No entanto, seu uso excessivo em fertilizantes está causando poluição do solo e ameaçando a qualidade da água.

Perguntas frequentes

1. Quais são os principais usos do nitrogênio?
O nitrogênio é usado na agricultura (fertilizantes), preservação de alimentos, eletrônica, criogenia e soldagem devido à sua natureza inerte e versatilidade.

2. Como o nitrogênio é obtido para uso industrial?
O nitrogênio é obtido principalmente pela destilação fracionada do ar liquefeito ou pela decomposição de compostos como a azida sódica ou pela reação da amônia com o oxigênio.

3. O nitrogênio é prejudicial aos seres humanos?
Em sua forma natural, o nitrogênio não é tóxico, mas, em altas concentrações, pode deslocar o oxigênio, levando à asfixia. A ventilação adequada é necessária em ambientes onde o nitrogênio é usado em grandes quantidades.