Valências de nitrogênio: configuração e compostos - Ciência - 2023

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Valências de nitrogênio: configuração e compostos - Ciência
Valências de nitrogênio: configuração e compostos - Ciência

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As valências de nitrogênio Eles variam de -3, como na amônia e aminas, a +5, como no 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 (antigo VA) da tabela periódica. O grupo consiste em nitrogênio (N), fósforo (P), arsênio (As), antimônio (Sb), bismuto (Bi) e moscovium (Mc).

Os elementos compartilham certas semelhanças gerais no comportamento químico, embora sejam claramente diferenciados uns dos outros 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 tripla ligação com outro átomo de nitrogênio e outros elementos.


Portanto, existe 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 níveis de energia inferiores e, em seguida, passam para um nível de energia superior.

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

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

O nitrogênio, como mencionado antes, tem um número atômico de Z = 7. Isso implica que seu preenchimento de elétrons em seus níveis de energia, ou configuração eletrônica, é 1S2 2S2 2 P3.


É preciso lembrar que, na natureza, os átomos sempre buscam ter a configuração eletrônica de gases nobres, seja por ganhar, perder ou compartilhar elétrons.

No caso do nitrogênio, o gás nobre que busca ter configuração eletrônica é o néon, cujo número atômico é Z = 10 (1S2 2S2 2 P6) e hélio, cujo número atômico é Z = 2 (1S2) (Reusch, 2013).

As diferentes formas de combinação do nitrogênio darão a ele sua valência (ou estado de oxidação). No caso específico do nitrogênio, por se encontrar no segundo período da tabela periódica, não consegue expandir sua camada de valência como fazem os demais elementos de seu grupo.

Espera-se que tenha valências de -3, +3 e +5. No entanto, o nitrogênio tem estados de valência que variam de -3, como na amônia e aminas, a +5, como no 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 determinado estado de oxidação. Para isso, é necessário levar em consideração o número de elétrons na camada de valência e quanto falta para adquirir uma configuração de gás nobre.


Compostos de Nitrogênio

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 com este estado de oxidação são amônia (NH3), aminas (R3N), íon amônio (NH4+), iminas (C = N-R) e nitrilos (C≡N).

No estado de oxidação -2, o nitrogênio é deixado 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 ligação em ponte entre dois nitrogênio. Exemplos de compostos com este estado de oxidação são hidrazinas (R2-N-N-R2) e hidrazonas (C = N-N-R2).

No estado de oxidação -1, o nitrogênio é deixado com 6 elétrons na camada de valência. Exemplos de compostos de nitrogênio com esta valência são hidroxilamina (R2NOH) e os compostos azo (RN = NR).

Em estados de oxidação positiva, o nitrogênio é geralmente ligado aos átomos de oxigênio para formar óxidos, oxisaltos ou oxácidos. No caso do estado de oxidação +1, o nitrogênio tem 4 elétrons em sua camada de valência.

Exemplos de compostos com esta valência são óxido de dinitrogênio ou gás hilariante (N2O) e compostos nitrosos (R = NO) (Reusch, Oxidation States of Nitrogen, 2015).

Para o caso do estado de oxidação de +2, um exemplo é o óxido de nitrogênio ou óxido nítrico (NO), um gás incolor produzido pela reação de metais com ácido nítrico diluído. Este composto é um radical livre extremamente instável, pois reage com O2 no ar para formar NO gás2.

Nitrito (NÃO2–) em solução básica e ácido nitroso (HNO2) em solução ácida são exemplos de compostos com estado de oxidação +3. Estes podem ser agentes oxidantes para normalmente produzir NO (g) ou agentes redutores para formar o íon nitrato.

Trióxido de dinitrogênio (N2OU3) e o grupo nitro (R-NO2) são outros exemplos de compostos de nitrogênio com valência +3.

Dióxido nítrico (NO2) 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 N2OU4.

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

Existem também compostos como a nitrosilazida e o trióxido de nitrogênio, onde o nitrogênio tem vários estados de oxidação na molécula. No caso da nitrosilazida (N4O) o nitrogênio tem uma valência de -1, 0, + 1 e +2; e, no caso do trióxido de dinitrogênio, tem valência de +2 e +4.

Nomenclatura de compostos de nitrogênio

Dada a complexidade da química dos compostos de nitrogênio, a nomenclatura tradicional não bastava para nomeá-los, 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 onde os compostos são nomeados de acordo com o número de átomos que contêm.

Isso é benéfico quando se trata de nomear óxidos de nitrogênio. Por exemplo, óxido nítrico seria denominado monóxido de nitrogênio e óxido nitroso (NO) monóxido de dinitrogênio (N2OU).

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

Referências

  1. (2005). NOMENCLATURA DE QUÍMICA INORGÂNICA Recomendações IUPAC 2005. Recuperado de iupac.org.
  2. Estados de oxidação do nitrogênio. (S.F.). Recuperado de kpu.ca.
  3. Reusch, W. (2013, 5 de maio). Configurações de elétrons na tabela periódica. Recuperado de chemical.msu.edu.
  4. Reusch, W. (2015, 8 de agosto). Estados de oxidação do nitrogênio. Recuperado de chem.libretexts.org.
  5. Sanderson, R. T. (2016, 12 de dezembro). Elemento do grupo de nitrogênio. Recuperado do britannica.com.
  6. Tyagi, V. P. (2009). Química essencial Xii. Nova Deli: Ratna Sagar.
  7. Elétrons de valência. (S.F.). Recuperado de chemical.tutorvista.com.
  8. Wandell, A. (2016, 13 de dezembro). Química do Nitrogênio. Recuperado de chem.libretexts.org.