Azoto
L'elemento chimico azoto è un gas senza colore, né odore. Il suo simbolo
chimico è N, il suo numero atomico è 7 ed il suo peso atomico 14,0067.
L'azoto fu scoperto nel 1772 da Daniel Rutherford, zio di sir Walter Scott,
in Scozia, e contemporaneamente, ma indipendentemente, da Joseph Priestley e
Henry Cavendish in Inghilterra e da Carl W. Scheele in Svezia. Il chimico
francese Antoine L. Lavoisier dimostrò che si trattava di un elemento chimico e
gli diede il nome di azoto; infatti i francesi hanno usato fino a poco tempo fa
il simbolo Az. Il simbolo N deriva da Nitrogeno composto dalle parole greche nitron
e genes, che significano generatore di salnitro, poiché uno dei più
importanti composti dell'azoto, noto al tempo degli antichi greci, era il
salnitro. Da ciò, tutti i composti
ossigenati dell'azoto prendono il nome dalla radice comune nitro. Il nome
azoto deriva anch'esso dal greco e significa privo di vita, indicando il fatto
che non mantiene le combustioni e quindi la respirazione, ma non è un termine
molto appropriato in considerazione del fatto che l'azoto
è uno dei costituenti fondamentali degli organismi viventi.
L'azoto è l'elemento più
abbondante che si trova in natura allo stato libero, sotto forma di molecole
biatomiche. L'aria contiene il 78,06% in volume di azoto (75,5% in peso) ed esso
si trova anche nei gas emessi dai vulcani, dalle sorgenti termali e nelle
miniere.
Il più importante minerale dell'azoto è il nitrato
di sodio, noto anche col nome di salnitro del Cile, o nitro del Cile. L'azoto
si trova anche nell'acqua del mare sotto forma di ioni, tipo lo ione ammonio, i
nitriti, e i nitrati. L'azoto usato nell'industria viene ottenuto di
solito dalla distillazione frazionata dell'aria liquida. Se però sono
necessarie solo piccole quantità di azoto, esso può essere preparato
decomponendo i suoi composti.
L'azoto gassoso è relativamente
inerte a causa della elevata stabilità del triplo legame che unisce i due atomi
di azoto che formano la molecola. L'azoto viene usato principalmente per
la sintesi dell'ammoniaca, usata a sua volta per produrre fertilizzanti, acido
nitrico, urea, idrazina e ammine. L'azoto liquido viene usato come
superraffreddante in criogenia, in quanto la sua temperatura è di circa -196
°C. A causa della sua scarsa reattività, l'azoto gassoso viene usato per
formare un'atmosfera inerte all'interno della quale le sostanze con elevata
reattività possono essere conservate o lavorate in situazione controllata. E'
possibile eliminare l'acqua dai solventi organici, facendovi gorgogliare azoto.
L'azoto viene anche usato per bloccare le reazioni di ossidazione, ad esempio,
quando viene torrefatto il caffè.
Poiché la molecola biatomica dell'azoto è molto stabile, il gas forma di
solito composti solo in condizioni di alta temperatura e alta pressione. Facendo
passare attraverso di esso una corrente elettrica ad alto voltaggio, è
possibile separare gli atomi di azoto componenti la molecola e ottenere così
dell'azoto monoatomico altamente instabile; quest'ultimo reagisce facilmente con
mercurio, zolfo, fosforo, sodio e con molti composti organici a temperatura
ambiente. In base alla sua
configurazione elettronica con 5 elettroni esterni, ed alla sua posizione nel
gruppo V B della tavola periodica, l'azoto presenta tutti gli stati di
ossidazione da 3 a +5, ma di solito si trova negli stati di ossidazione
fondamentali 3, +3 e +5.
Ogni processo che produce un semplice composto dell'azoto, partendo da azoto
atmosferico, viene indicato come fissazione
dell'azoto. In campo industriale, vengono prodotti per fissazione
dell'azoto tre importanti composti: l'ammoniaca, l'ossido di azoto e la
cianammide. In natura, l'azoto presente nell'aria viene fissato da alcuni
batteri e piante. Questo viene quindi messo a disposizione di tutti gli
organismi attraverso il ciclo dell'azoto (v. azoto, ciclo dell').
Parecchi elementi reagiscono con l'azoto o l'ammoniaca per formare nitruri.
Il numero di ossidazione dell'azoto nei nitruri è -3. I nitruri possono essere
suddivisi in tre gruppi: i nitruri ionici, come ad esempio il nitruro di litio,
il nitruro di zinco, e il nitruro di magnesio, che hanno un alto punto di
fusione e si idrolizzano facilmente in acqua per dare gli idrossidi dei metalli
e l'ammoniaca; i nitruri interstiziali o metallici, che sono composti dell'azoto
con un metallo di transizione, come il nitruro di titanio, sono buoni conduttori
elettrici; al terzo gruppo di nitruri appartengono i nitruri covalenti, che sono
sostanze bianche altamente stabili, che, in molti casi, hanno proprietà simili
a quelle del diamante, come, ad esempio, il nitruro di boro, il nitruro di
silicio, e il nitruro di alluminio. Spesso i nitruri, non essendo composti
ossigenati, vengono chiamati "azoturi", tuttavia la denominazione
nitruri è ormai accettata internazionalmente.
Tranne il fluoruro di azoto, i composti che l'azoto forma con gli alogeni sono
instabili ed esplosivi. Con l'ossigeno l'azoto forma ossidi a tutti i numeri di
ossidazione da +1 a +5. Il monossido di azoto il biossido di azoto, ed il suo
dimero, sono tutti gas mortali. Il danno che essi fanno nel loro passaggio
attraverso i polmoni durante la respirazione, è diagnosticabile solo parecchi
giorni dopo che essi sono stati inalati, quando la morte sopravviene, causata da
edema polmonare, cioè un'eccessiva concentrazione di liquidi nei polmoni. Una
miscela di biossido d'azoto e di ossido di diazoto è emessa dal tubo di
scappamento delle automobili e rimane intrappolata nello smog. L'ossido
di diazoto, il gas esilarante, è un gas senza colore, con odore e sapore
dolciastri. Quando esso viene inalato causa una sensazione di intossicazione, la
perdita della capacità di provare dolore ed infine l'incoscienza. Viene usato
come anestetico nelle operazioni chirurgiche di minore importanza e in
odontoiatria, poiché il suo effetto è di breve durata.
Gli ossidi con tre e cinque atomi di
ossigeno vengono chiamati rispettivamente anidride nitrosa e anidride nitrica,
in quanto, con l'acqua, formano i corrispondenti acidi: l'acido nitroso e
l'acido nitrico. I sali derivanti dall'acido nitroso, detti nitriti, ed i sali
derivanti dall'acido nitrico, detti nitrati, sono importanti ingredienti
dei fertilizzanti. Il nitrato più largamente usato è il nitrato di ammonio,
che viene impiegato per la produzione di fertilizzanti, esplosivi e fiammiferi e
per produrre l'ossido di diazoto. Il nitrato di argento, viene usato per
produrre il bromuro di argento, necessario in fotografia e per cauterizzare
ferite. L'acido nitrico è il
più importante acido dell'azoto. Esso era già conosciuto nel sec. IX. Gli
alchimisti lo chiamavano aqua fortis. Una miscela costituita da una parte
di acido nitrico e tre parti di acido cloridrico, è nota con il nome di acqua
regia, usata per sciogliere i metalli nobili. L'acido
nitrico è un acido forte, il quale, cioè, in acqua si dissocia completamente
nei suoi ioni ma è anche un eccellente agente ossidante, cioè cede facilmente
elettroni per passare ad un numero di ossidazione minore (v. ossidazione e
riduzione). Esso viene usato per la produzione commerciale di molti altri
composti dell'azoto.
Sono noti molti composti binari formati da idrogeno e azoto. Essi includono l'azide,
o azoturo, di idrogeno (detto anche acido azotidrico); l'idrazina; l'ammoniaca,
e i suoi sali detti sali di ammonio (ione ammonio). L'azide di idrogeno è un
liquido esplosivo che è però stabile in soluzione acquosa. L'idrazina è un
liquido senza colore con proprietà riducenti. Esso viene usato nella sintesi di
composti organici, prodotti farmaceutici, gomma, e talvolta come carburante per
razzi. L'azide di piombo, (da non confondersi col nitruro di piombo), un sale
formatosi dal velenoso acido azotidrico, è importante per il suo uso come
detonatore nell'industria degli esplosivi. Esplode quando viene scaldato, o in
seguito a percussione.
Fra i composti organici più importanti e più utili dell'azoto vi sono le
proteine, l'urea, la cianammide, i cianuri e le vitamine, come la tiamina
(vitamina B1) e la riboflavina (vitamina B2). Molti esplosivi, come, ad esempio,
il TNT (trinitrotoluolo), e le tinture all'anilina sono composti organici
dell'azoto, dove i costituenti di base sono anelli benzenici (v. aromatici,
composti;benzene) nei quali un atomo di idrogeno viene sostituito da un gruppo
amminico o un gruppo nitrico. La penicillina e alcuni sulfamidici contengono
azoto. Il nylon, una poliammide, e lo spandex, un poliuretano, contengono azoto.
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