O nitrogênio representa impressionantes 78% da atmosfera da Terra. Situado entre o carbono e a oxigênio na tabela periódica, o nitrogênio é representado pelo símbolo N. Os átomos de nitrogênio raramente viajam sozinhos. Eles formam ligações extremamente fortes com outros átomos de nitrogênio para formar moléculas de N 2 , ou com outros elementos para formar uma variedade de compostos familiares, como amônia NH 3 , óxido nitroso N 2 O e ácido nítrico HNO 3 . A massa molar do nitrogênio é uma propriedade importante deste elemento.
Os compostos nitrogenados são necessários para a vida. O nitrogênio está em nossos alimentos, em nossa água e até mesmo em nosso DNA. É essencial para tudo, desde fertilizar colheitas e colocar chantilly nas sobremesas até destruir pontes. À temperatura e pressão padrão, o nitrogênio existe como gás. Não tem cor nem odor. Tem um ponto de ebulição baixo e baixo de -195,8 °C (-320,4 °F), abaixo do qual é naturalmente um líquido à pressão atmosférica normal.
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O nitrogênio líquido se transforma em vapor muito rapidamente à temperatura ambiente.
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Este artigo explorará a massa molar do nitrogênio, o que isso significa e por que é importante. Cada elemento tem uma massa molar definida. O mesmo acontece com todos os compostos. A massa molar de uma substância influencia suas propriedades físicas e químicas. A massa molar de uma substância é simplesmente a massa, em gramas, de um mol dessa substância.
Em química, um mol é um determinado número de partículas, sejam átomos ou moléculas. Esse número é uma constante, o que significa que é sempre o mesmo, não importa o que aconteça. O número de partículas em um mol é de aproximadamente 6.022 × 10 23 unidades, também conhecido como número de Avogadro ou constante de Avogadro. Nomeada em homenagem ao cientista italiano Amadeo Avogadro, esta constante é extremamente importante para a compreensão da química e de como o mundo funciona.
A massa molar do nitrogênio
A massa molar do nitrogênio é 14,0067 gramas por mol. Isso significa que um mol de átomos de nitrogênio, ou 6,022 × 10 23 átomos de nitrogênio, tem uma massa de aproximadamente 14 gramas. Para efeito de comparação, um mol de átomos de hidrogênio tem uma massa molar de aproximadamente uma grama. Vamos dar uma olhada nesses dois elementos e como suas massas molares são determinadas.
O hidrogênio é o primeiro elemento da tabela periódica. Possui apenas um próton por átomo e nenhum nêutron. A massa do pequeno elétron do hidrogênio é insignificante, e o único próton tem uma massa de aproximadamente uma unidade de massa atômica. Um mol de átomos de hidrogênio tem uma massa de 1,00784 gramas por mol, que para nossos propósitos pode ser cercado para 1 grama por mol.
O nitrogênio é o sétimo elemento da tabela periódica. Tem um número atômico de sete, com exatamente sete prótons. Quase todos os átomos de nitrogênio na natureza também possuem sete nêutrons. Tanto os prótons quanto os nêutrons têm a mesma massa aproximada e, novamente, os elétrons nesses átomos têm uma massa desprezível. Portanto, como esperado, a massa molar do nitrogênio é aproximadamente o total de sete moles de prótons mais sete moles de nêutrons, ou 14 gramas. Na verdade, a massa calculada de um mol de átomos de nitrogênio é 14,0067 gramas.
Isótopos fazem a diferença
Poderíamos nos perguntar por que a massa molar do nitrogênio não é exatamente 14 gramas, mas é apenas um pouco maior. A diferença está na distribuição dos isótopos do elemento encontrado na natureza. A maioria dos elementos da tabela periódica existe em mais de uma forma conhecida. Essas formas, chamadas isótopas, têm o mesmo número de prótons, mas um número diferente de nêutrons. Normalmente, um isótopo primário é responsável pela maioria dos átomos que existem naturalmente, enquanto um ou mais outros isótopos específicos do resto. Para a nitrogênio, o principal isótopo é o 14 N, que possui sete prótons e sete nêutrons em seu núcleo. O outro isótopo, 15 N, possui sete prótons e oito nêutrons.
Para calcular a massa molar real de um elemento, é necessário levar em consideração todos os diferentes isótopos desse elemento que ocorrem naturalmente. Para descobrir a massa molar do nitrogênio ou de qualquer outro elemento com mais de um isótopo natural, os cientistas calcularam a média das massas atômicas dos isótopos conhecidos. Eles calcularam a porcentagem de cada isótopo encontrado na natureza e expressos em média em gramas. Em outras palavras, multiplique uma porcentagem de cada isótopo por sua massa molar individual e, em seguida, alguns totais de cada isótopo para encontrar a massa molar média.
Frequência de cada isótopo
A nitrogênio tem dois isótopos principais que ocorrem naturalmente, mas eles não aparecem com a mesma frequência. O isótopo 14 N ocorre com muito mais frequência do que o isótopo 15 N, com uma proporção de 99,634 por cento de 14 átomos de N e 0,366 por cento de 15 átomos de N. Os cientistas determinaram a massa atômica de um elemento calculando a média das massas de todos os diferentes isótopos que ocorrem naturalmente em relação à frequência que são realmente encontrados. Como existe uma pequena porcentagem de átomos de nitrogênio como o isótopo 15 N, a massa molar média é alcançada maior que 14 gramas por mol.
Nitrogênio Elemental na Natureza
O nitrogênio elementar existe como gás em seu estado natural. É um dos poucos elementos, incluindo oxigênio, oxigênio, flúor, cloro, bromo e iodo, que formam moléculas diatômicas. Isso significa que, em vez de existirem como átomos únicos, dois átomos desses elementos se unem para formar moléculas fortemente ligadas. Por exemplo, o oxigénio que respiramos existe principalmente como uma molécula de O 2 , em vez de átomos individuais de oxigénio na atmosfera. Da mesma forma, o nitrogênio elementar existe com mais frequência como o gás N2 .
Estrutura Atômica do Nitrogênio
O nitrogênio, com número atômico sete, está no segundo período da tabela periódica, no grupo 15. Como mencionado anteriormente, o nitrogênio possui sete prótons em seu núcleo, junto com, normalmente, sete nêutrons. O nitrogênio também tem sete elétrons. A disposição dos elétrons de um átomo afeta seu comportamento e como ele se liga a outros elementos. Como outros elementos do segundo período, o nitrogênio possui dois elétrons em sua camada interna e um número específico de elétrons correspondente ao seu grupo em sua camada externa. Para o nitrogênio, esse número é cinco.
Ao formar ligações químicas, os átomos geralmente trabalham para alcançar a configuração mais estável possível, seja dando ou recebendo elétrons por meio de ligações iônicas, ou compartilhando-os por meio de ligações covalentes. A configuração eletrônica mais estável para um elemento é geralmente a do gás nobre mais próximo, ou membro do grupo 18 ( anteriormente listado como grupo VIIIA nos Estados Unidos ). Para o nitrogênio, o gás nobre mais próximo é o néon, com oito elétrons em sua camada externa totalmente preenchida. Isso significa que cada átomo de nitrogênio, com cinco elétrons em sua camada externa, formará ligações para atingir aquela configuração de gás nobre altamente estável.
Ligações de nitrogênio fortes e resultam
O nitrogênio elementar, conforme indicado acima, existe na natureza principalmente como uma molécula diatômica, N 2 . Mas como é que ambos os átomos de azoto neste par chegam à configuração desejada de gás nobre se cada um tem apenas cinco eletrões na sua camada externa? A resposta está nas ligações covalentes.
As obrigações covalentes permitem que os átomos compartilhem elétrons. Cada átomo de nitrogênio em uma molécula de N 2 compartilha três dos elétrons de sua camada externa com o outro átomo de nitrogênio. Eles formam uma ligação tripla, uma das ligações mais fortes. Os três pares de elétrons compartilhados se movem em alta velocidade em uma nuvem em torno de ambos os núcleos, dando a cada átomo de nitrogênio na molécula os oito elétrons necessários que necessitam para atingir uma configuração estável.
Outros compostos familiares
A nitrogênio forma muitos compostos familiares, ligando-se facilmente a outros elementos. Conforme mostrado abaixo, o nitrogênio e a oxigênio se combinam para formar vários compostos. O dióxido de nitrogênio, NO 2 , é um poluente que se forma quando combustíveis fósseis são queimados. Você pode ter inalado N 2 O, também conhecido como óxido nitroso, antes de se submeter a um procedimento odontológico ou usado para aplicar chantilly em sua sobremesa favorita. Enquanto isso, o óxido nítrico, NO, é essencial para a regulação circulatória e para um sistema imunológico saudável.
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O nitrogênio e o oxigênio podem se combinar para formar vários compostos.
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Se você tiver algum olfato, provavelmente poderá considerar facilmente um composto nitrogenado específico. Quando um átomo de nitrogênio se liga a três átomos de hidrogênio, forma NH 3 , também conhecido como amônia. Lembre-se de que cada átomo de nitrogênio precisa de três elétrons extras para atingir a configuração de gás nobre desejada. Cada átomo de hidrogênio possui um único elétron que pode compartilhar. Portanto, NH 3 é um composto muito estável.
Quando um átomo de nitrogênio se liga a quatro átomos de hidrogênio, ele forma o íon NH 4 + amônio. Este íon poliatômico é essencial na formação de uma grande variedade de compostos de amônio. NH 4 ClO 4 , perclorato de amônio, pode ser usado como propelente de foguete. O nitrato de amônio, NH 4 NO 3 , é um fertilizante altamente eficaz utilizado na agricultura. Mas também pode ser usado para criar explosivos poderosos, como a bomba que destruiu o Edifício Federal Alfred P. Murrah, em Oklahoma City, em 1995, matando 168 pessoas. Bombas de fertilizantes como estas são horríveis, mas muito menos poderosas do que a bomba atômica concebida por J. Robert Oppenheimer , ou a ainda mais destrutiva bomba de hidrogênio, à qual Oppenheimer se opôs.
![Nitrato de amônio em garrafa, produto químico em laboratório e indústria Nitrato de amônio em garrafa, produto químico em laboratório e indústria](https://i1.wp.com/qualqueranimal.top/imgiv4-gpj.0195283341-segamIytteG/70/3202/aidem/moc.slamina-vvv.jpg)
O nitrato de amônio pode fertilizar plantações, mas também pode ser usado para fabricar bombas mortais.
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A massa molar do gás nitrogênio
Como já aprendemos, a massa de um mol de átomos de nitrogênio é de aproximadamente 14,0067 gramas. Mas o gás nitrogênio não tem apenas um átomo de nitrogênio, mas dois átomos fortemente ligados entre si em cada molécula. Portanto, um mol de moléculas de nitrogênio é, na verdade, igual a dois mols de átomos de nitrogênio . Portanto, para encontrar a massa molar do gás nitrogênio, com a fórmula N 2 , bastaria multiplicar a massa molar do nitrogênio elementar singular por dois. A massa molar do gás nitrogênio é de aproximadamente 28,0134 gramas por mol.
Outros elementos com massa molar semelhante
A tabela periódica é organizada com cada elemento em ordem com base em seu número atômico. Lembre-se, o número atômico é o número de prótons em cada átomo do elemento. O nitrogênio tem sete prótons em cada átomo, dando-lhe o número atômico sete. Sua massa molar é pouco mais de 14 gramas por mol. Os dois vizinhos mais próximos do nitrogênio são o carbono, com número atômico de seis e massa molar de aproximadamente 12 gramas por mol, e o oxigênio, com número atômico de oito e massa molar de aproximadamente 16 gramas por mol.
O gráfico abaixo ilustra as relações entre o número atômico e as massas molares dos elementos no segundo período da tabela periódica, do boro ao néon. Cada um desses elementos tem dois elétrons no primeiro e no segundo orbitais S, e entre um e seis elétrons no primeiro conjunto de orbitais P.
Elemento | Número atômico | Massa molar | Estado na temperatura padrão. e Pressão |
---|---|---|---|
Boro | 5 | 10,81g/mol | Sólido |
Carbono | 6 | 12.011g/mol | Sólido |
Azoto | 7 | 14.007g/mol | Gás (molécula diatômica) |
Oxigênio | 8 | 15.999g/mol | Gás (molécula diatômica) |
Flúor | 9 | 18.998g/mol | Gás (molécula diatômica) |
Néon | 10 | 20.180g/mol | Gás (Inerte) |
Conclusão
O nitrogênio está literalmente ao nosso redor. Sendo o elemento mais abundante na atmosfera, a nitrogênio está em todos os lugares que olhamos e em cada respiração que respiramos. Contudo, obter o elemento numa forma utilizável requer um processo complexo chamado ciclo do nitrogênio . Plantas e microbios extraem nitrogênio do ar e o convertem em compostos utilizáveis no solo. O nitrogênio circula através de plantas, fungos e outros micróbios. Depois, outros organismos, incluindo os humanos, consomem o azoto fixado e utilizam-no para construir os nossos próprios compostos importantes, incluindo os ácidos nucleicos necessários para o ADN e o ARN, e os aminoácidos para o crescimento dos nossos músculos. Eventualmente, através da exposição e de mais atividade microbiana, o gás nitrogênio é liberado na atmosfera para reiniciar o ciclo.
No nível atômico, o nitrogênio contém apenas sete mínimos prótons e sete nêutrons. É o sétimo elemento mais leve que existe. Apenas seis outros têm massa molar menor. Mas o nitrogênio é, sem dúvida, um dos elementos mais importantes do nosso mundo.
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