Valores de nitrogênio: configuração e compostos

As valências do nitrogênio variam de -3, como em amônia e aminas, a +5 como em ácido nítrico (Tyagi, 2009). Este elemento não expande valências como outros.

O átomo de nitrogênio é um elemento químico com número atômico 7 e o primeiro elemento do grupo 15 (anteriormente VA) da tabela periódica.O grupo é composto por nitrogênio (N), fósforo (P), arsênico (As), antimônio (Sb), bismuto (Bi) e moscovium (Mc).

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Figura 1: Diagrama de Bohr do átomo de nitrogênio.

Os elementos compartilham certas semelhanças gerais no comportamento químico, embora sejam claramente diferenciadas entre si quimicamente. Essas semelhanças refletem características comuns das estruturas eletrônicas de seus átomos (Sanderson, 2016).

O nitrogênio está presente em quase todas as proteínas e desempenha um papel importante em aplicações bioquímicas e industriais. O nitrogênio forma ligações fortes devido à sua capacidade de formar uma ligação tripla com outro átomo de nitrogênio e outros elementos.

Portanto, há uma grande quantidade de energia nos compostos de nitrogênio. Antes de 100 anos atrás, pouco se sabia sobre o nitrogênio. Agora, o nitrogênio é comumente usado para preservar alimentos e como fertilizante (Wandell, 2016).

Configuração eletrônica e valências

Em um átomo, os elétrons preenchem os diferentes níveis de acordo com suas energias. Os primeiros elétrons preenchem os baixos níveis de energia e depois passam para um nível mais alto de energia.

O nível de energia mais externo em um átomo é conhecido como camada de valência e os elétrons colocados nessa camada são conhecidos como elétrons de valência.

Esses elétrons são encontrados principalmente na formação de ligações e na reação química com outros átomos. Portanto, elétrons de valência são responsáveis ​​por diferentes propriedades químicas e físicas de um elemento (Valence Electrons, SF).

O nitrogênio, como mencionado anteriormente, tem um número atômico de Z = 7. Isso implica que o preenchimento de elétrons em seus níveis de energia ou configuração eletrônica é 1S 2 2S 2 2P 3 .

Deve-se lembrar que, na natureza, os átomos sempre procuram ter a configuração eletrônica de gases nobres, ganhando, perdendo ou compartilhando elétrons.

No caso do nitrogênio, o gás nobre para o qual busca uma configuração eletrônica é o néon, cujo número atômico é Z = 10 (1S 2 2S 2 2P 6 ) e o hélio, cujo número atômico é Z = 2 (1S 2 ) ( Reusch, 2013).

As diferentes maneiras que o nitrogênio tem que combinar lhe dará sua valência (ou estado de oxidação). No caso específico do nitrogênio, estando no segundo período da tabela periódica, é incapaz de expandir sua camada de valência, assim como os demais elementos do seu grupo.

Espero que tenha valências de -3, +3 e +5. No entanto, o nitrogênio possui estados de valência que variam de -3, como em amônia e aminas, a +5, como em ácido nítrico. (Tyagi, 2009).

A teoria das ligações de Valência ajuda a explicar a formação de compostos, de acordo com a configuração eletrônica do nitrogênio para um dado estado de oxidação. Para isso, devemos levar em consideração o número de elétrons na camada de valência e quanto falta para adquirir a configuração de gás nobre.

Compostos de nitrogênio

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Figura 2: Estrutura molecular do nitrogênio com valência 0.

Dado seu grande número de estados de oxidação, o nitrogênio pode formar um grande número de compostos. Em primeiro lugar, deve-se lembrar que, no caso do nitrogênio molecular, por definição, sua valência é 0.

O estado de oxidação de -3 é um dos mais comuns para o elemento. Exemplos de compostos que possuem esse estado de oxidação são amoníaco (NH3), aminas (R3N), ião amónio (NH 4 + ), iminas (C = NR) e nitrilos (C = N).

No estado de oxidação -2, o nitrogênio fica com 7 elétrons em sua camada de valência. Esse número ímpar de elétrons na camada de valência explica por que os compostos com esse estado de oxidação têm uma ponte entre dois nitrogênio. Exemplos de compostos que possuem esse estado de oxidação são hidrazinas (R 2 -NNR 2 ) e hidrazonas (C = NNR 2 ).

No estado de oxidação -1, o nitrogênio fica com 6 elétrons na camada de valência. Exemplo de compostos de azoto com esta valência são hidroxil amina (R 2 NOH) e compostos azo (RN = NR).

Nos estados de oxidação positiva, o nitrogênio é geralmente ligado a átomos de oxigênio, formando óxidos, oxisais ou oxácidos. No caso do estado de oxidação +1, o nitrogênio possui 4 elétrons em sua camada de valência.

Exemplos de compostos com essa valência são óxido de dinitrogênio ou gás hilariante (N 2 O) e compostos nitrosos (R = NO) (Reusch, Oxidation States of Nitrogen, 2015).

No caso do estado de oxidação de +2, o óxido de nitrogênio ou o óxido nítrico (NO) é um exemplo, um gás incolor produzido pela reação de metais com ácido nítrico diluído. Este composto é um radical livre altamente instável, uma vez que reage com O 2 no ar para formar o NO 2 .

Nitrito (NO 2 ) em solução básica e ácido nitroso (HNO 2 ) em solução ácida são exemplos de compostos com estado de oxidação +3. Estes podem ser agentes oxidantes para produzir normalmente NO (g) ou agentes redutores para formar o íon nitrato.

O trióxido de dinitrogênio (N 2 O 3 ) e o grupo nitro (R-NO 2 ) são outros exemplos de compostos de nitrogênio com valência +3.

O dióxido nítrico (NO 2 ) ou dióxido de nitrogênio é um composto de nitrogênio com valência +4. É um gás marrom geralmente produzido pela reação do ácido nítrico concentrado com muitos metais. Dimeriza para formar N 2 O 4 .

No estado +5, encontramos nitratos e ácido nítrico, que são agentes oxidantes em soluções ácidas. Nesse caso, o nitrogênio possui 2 elétrons na camada de valência, que estão no orbital 2S. (Estados de oxidação do nitrogênio, SF).

Existem também compostos como nitrosilazida e trióxido de dinitrogênio, nos quais o nitrogênio tem vários estados de oxidação na molécula. No caso da nitrosilazida (N 4 O), o nitrogênio tem uma valência de -1, 0, + 1 e +2; e no caso do trióxido de dinitrogênio, possui valência +2 e +4.

Nomenclatura de compostos nitrogenados

Dada a complexidade da química dos compostos nitrogenados, a nomenclatura tradicional não foi suficiente para nomeá-los e muito menos identificá-los adequadamente. É por isso que, entre outras razões, a união internacional de química pura e aplicada (IUPAC) criou uma nomenclatura sistemática em que os compostos são nomeados de acordo com o número de átomos que contêm.

Isso é benéfico ao nomear óxidos de nitrogênio. Por exemplo, o óxido nítrico seria denominado monóxido de nitrogênio e monóxido de dinitrogênio óxido nitroso (NO) (N 2 O).

Além disso, em 1919, o químico alemão Alfred Stock desenvolveu um método para nomear compostos químicos com base no estado de oxidação, escrito em algarismos romanos entre parênteses. Assim, por exemplo, óxido nítrico e óxido nitroso seriam chamados óxido de nitrogênio (II) e óxido de nitrogênio (I), respectivamente (IUPAC, 2005).

Referências

  1. (2005). NOMENCLATURA DE QUÍMICA INORGÂNICA Recomendações da IUPAC de 2005. Recuperado em iupac.org.
  2. Estados de oxidação do nitrogênio. (SF). Recuperado de kpu.ca.
  3. Reusch, W. (2013, 5 de maio). Configurações eletrônicas na tabela periódica . Recuperado de chemistry.msu.edu.
  4. Reusch, W. (2015, 8 de agosto). Estados de oxidação do nitrogênio . Recuperado de chem.libretexts.org.
  5. Sanderson, RT (2016, 12 de dezembro). Elemento do grupo de nitrogênio . Recuperado de britannica.com.
  6. Tyagi, VP (2009). Química Essencial Xii. Nova Deli: Ratna Sagar.
  7. Valência elétrons . (SF). Recuperado de chemistry.tutorvista.com.
  8. Wandell, A. (2016, 13 de dezembro). Química do nitrogênio . Recuperado de chem.libretexts.org.

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