Nitrogênio Valências: Configuração Eletrônica e Compostos
As valências do nitrogênio variam de -3, como na amônia e aminas, até +5 como no ácido nítrico (Tyagi, 2009). Este elemento não expande as valências como outras.
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).
Os elementos compartilham certas semelhanças gerais no comportamento químico, embora sejam claramente diferenciados quimicamente um do outro. 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 aplicações 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 conservar 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 se movem para um nível de energia mais alto.
O nível de energia mais externo em um átomo é conhecido como a 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, os elétrons de valência são responsáveis por diferentes propriedades químicas e físicas de um elemento (Valence Electrons, SF).
O nitrogênio, como mencionado antes, tem um número atômico de Z = 7. Isso implica que seus elétrons, preenchendo seus níveis de energia, ou configuração eletrônica, é 1S2 2S2 2P3.
Deve ser lembrado que, na natureza, os átomos sempre buscam ter a configuração eletrônica de gases nobres, seja ganhando, perdendo ou compartilhando elétrons.
No caso do nitrogênio, o gás nobre que procura ter configuração eletrônica é neon, cujo número atômico é Z = 10 (1S2 2S2 2P6) e hélio, cujo número atômico é Z = 2 (1S2) (Reusch, 2013) .
As diferentes maneiras pelas quais o nitrogênio tem que combinar darão sua valência (ou estado de oxidação). No caso específico do nitrogênio, estar no segundo período da tabela periódica, é incapaz de expandir sua camada de valência como fazem os demais elementos do seu grupo.
Espera-se que tenha valências de -3, +3 e +5. No entanto, o nitrogênio tem estados de valência variando de -3, como em 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, devemos levar em conta o número de elétrons na camada de valência e quanto é necessário para adquirir uma configuração de gás nobre.
Compostos nitrogenados
Dado o seu grande número de estados de oxidação, o nitrogênio pode formar um grande número de compostos. Em primeiro lugar, deve ser lembrado 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 = NR) e nitrilas (C≡N).
O estado de oxidação -2, o nitrogênio é deixado com 7 elétrons em sua camada de valência. Esse número ímpar de elétrons no invólucro de valência explica por que os compostos com esse estado de oxidação têm uma ligação entre dois nitrogênio. Exemplos de compostos com este estado de oxidação são hidrazinas (R2-NNR2) e hidrazonas (C = NNR2).
No estado de oxidação -1, o nitrogênio é deixado com 6 elétrons na camada de valência. Exemplo de compostos de nitrogênio com esta valência são hidroxil amina (R 2 NOH) e compostos azo (RN = NR).
Nos estados positivos de oxidação, o nitrogênio é normalmente ligado a átomos de oxigênio formando óxidos, latossolos ou oxácidos. Para o caso do estado de oxidação +1, o nitrogênio tem 4 elétrons em sua camada de valência.
Exemplos de compostos com esta valência são o óxido de dinitrogénio ou gás risonho (N2O) e compostos nitrosos (R = NO) (Reusch, Estados de Oxidação do Nitrogénio, 2015).
Para o caso do estado de oxidação de +2, um exemplo é 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 altamente instável, uma vez que reage com o O2 no ar para formar o gás NO2.
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 normalmente produzir NO (g) ou agentes redutores para formar o ião 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 de nitrogênio (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. Neste caso, o nitrogênio possui 2 elétrons no invólucro de valência, que estão no orbital 2S. (Estados de oxidação de nitrogênio, SF).
Existem também compostos como nitrosilazida e trióxido de dinitrogênio, onde o nitrogênio tem vários estados de oxidação na molécula. No caso da nitrosilazida (N 4 O) o nitrogênio tem valência -1, 0, + 1 e +2; e no caso do trióxido de dinitrogênio, tem valência +2 e +4.
Nomenclatura dos compostos azotados
Dada a complexidade da química dos compostos de nitrogênio, a nomenclatura tradicional não era suficiente para identificá-los, quanto mais para identificá-los adequadamente. É por isso que, entre outras razões, a união internacional da química pura e aplicada (IUPAC por sua sigla em inglês) criou uma nomenclatura sistemática onde os compostos são nomeados de acordo com a quantidade de átomos que eles contêm.
Isso é benéfico quando se trata de nomear óxidos de nitrogênio. Por exemplo, o óxido nítrico seria designado por monóxido de azoto e óxido nitroso (NO), monóxido de dinitrogénio (N2O).
Além disso, no ano de 1919, o químico alemão Alfred Stock desenvolveu um método para nomear os compostos químicos com base no estado de oxidação, que está escrito em algarismos romanos entre parênteses. Assim, por exemplo, o óxido nítrico e o óxido nitroso seriam chamados óxido de nitrogênio (II) e óxido de nitrogênio (I), respectivamente (IUPAC, 2005).
