Característica general de los óxidos
El nitrógeno es capaz de formar toda una serie de óxidos en los que presenta estados de oxidación desde +1 hasta +5. Es importante comprender que en algunas moléculas (por ejemplo, en N₂O o N₂O₃) los átomos de nitrógeno pueden encontrarse en estados electrónicos completamente diferentes. Debido a esto, los estados de oxidación indicados suelen ser solo valores promedio calculados.
Todos los óxidos de nitrógeno son termodinámicamente inestables. Debido a la alta electronegatividad del oxígeno y del nitrógeno, muestran un marcado efecto oxidante frente a metales, hidrocarburos y diversos no metales. Por ejemplo, el magnesio es capaz de arder en óxido de nitrógeno (II) formando óxido de magnesio y nitrógeno libre, mientras que el carbono se quema de manera similar en una atmósfera de óxido de nitrógeno (IV).
Una característica de la estructura electrónica de las moléculas de NO y NO₂ es la presencia de electrones desapareados. Por lo general, las partículas con electrones desapareados son radicales libres altamente reactivos, pero estos óxidos son una rara excepción entre las moléculas estables (la molécula de oxígeno O₂ también posee una estructura similar).
Propiedades de los óxidos de nitrógeno individuales
Las características físicas y químicas de los óxidos dependen en gran medida del estado de oxidación del nitrógeno y de la estructura espacial de la molécula.
| Óxido | Características estructurales | Reacción con agua | Propiedades físicas |
|---|---|---|---|
| Óxido de nitrógeno (I) (N₂O) | Estructura lineal | No reacciona (no salino) | Gas incoloro |
| Óxido de nitrógeno (II) (NO) | Radical | No reacciona (no salino) | Gas incoloro |
| Óxido de nitrógeno (III) (N₂O₃) | Molécula asimétrica | Forma ácido nitroso | Líquido azul (ebulle a -3,5 °C) |
| Óxido de nitrógeno (IV) (NO₂) | Molécula angular, radical | Forma una mezcla de ácidos nitroso y nítrico | Gas pardo («cola de zorro») |
| Dímero de NO₂ (N₂O₄) | Existe enlace N-N | Da una mezcla de ácidos (como el monómero) | Líquido incoloro (ebulle a 21 °C) |
| Óxido de nitrógeno (V) (N₂O₅) | Estructura iónica en fase sólida | Forma ácido nítrico | Cristales blancos (se funden a 41 °C) |
Interacción con agua y álcalis
Con respecto al agua, los óxidos se dividen en no salinos (N₂O, NO) y anhídridos ácidos. Los óxidos de nitrógeno (III) y (V) son anhídridos clásicos: al disolverse en agua forman los ácidos nitroso (HNO₂) y nítrico (HNO₃), respectivamente.
La reacción del óxido de nitrógeno (IV) con el agua transcurre de manera mucho más compleja. El proceso depende de las condiciones de temperatura:
- Desproporción en agua fría. La forma dímera entra en reacción (N₂O₄). Como resultado, se forma una mezcla de dos ácidos a la vez: nitroso y nítrico. Si en este momento se añade un álcali, los ácidos se neutralizan formando una mezcla de sales: nitritos y nitratos.
- Reacción en agua caliente. El ácido nitroso es termodinámicamente inestable. Al aumentar la temperatura, se descompone en agua y dos óxidos (NO y NO₂). Por lo tanto, la ecuación final de la reacción del óxido de nitrógeno (IV) con agua caliente conduce a la formación exclusiva de ácido nítrico con la liberación simultánea de gas óxido de nitrógeno (II).
Aspectos ecológicos y toxicidad
Desde el punto de vista biológico y ecológico, los compuestos de nitrógeno oxidado requieren especial atención. Todos ellos son potentes tóxicos. Afortunadamente, en condiciones normales cerca de la superficie terrestre, el nitrógeno y el oxígeno atmosféricos no reaccionan entre sí; este es un factor biológico crucial que protege la biosfera.
La principal fuente de estos gases tóxicos en las ciudades modernas es el factor antropogénico. A las altas temperaturas que se generan durante la combustión del carburante, el nitrógeno del aire se oxida. Es precisamente por esto que los gases de escape de los automóviles siempre contienen óxidos de nitrógeno (principalmente en forma de gas pardo NO₂), los cuales contribuyen a la formación de smog y lluvia ácida.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué funciones fisiológicas desempeña el óxido de nitrógeno (II) en el organismo humano?
El óxido de nitrógeno (II) en el organismo humano cumple las funciones de factor relajante endotelial, regulando el flujo sanguíneo y ejerciendo una acción vasodilatadora. Inhibe la agregación plaquetaria y, en los macrófagos, muestra actividad bactericida y tumoricida. Además, en ciertos tipos de células cerebrales, el óxido de nitrógeno actúa como un mediador.
El gas pardo «cola de zorro» es siempre óxido de nitrógeno (IV) (NO₂), y los gases no salinos son más fáciles de recordar por sus estados de oxidación más bajos: N₂O y NO.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué los estados de oxidación en los óxidos de nitrógeno se denominan valores medios?
En los óxidos complejos, como N₂O o N₂O₃, los átomos de nitrógeno dentro de una misma molécula se encuentran en diferentes estados electrónicos y tienen entornos distintos. Por lo tanto, el estado de oxidación que se les atribuye es un promedio matemático.
¿Qué ocurre al disolver gas pardo en agua caliente?
Ocurre una reacción compleja en la cual se forma ácido nítrico y se libera óxido de nitrógeno (II). Esto se debe a que el ácido nitroso intermedio se descompone rápidamente al calentarse.
¿Por qué las moléculas de NO y NO₂ no se combinan en polímeros a pesar de la presencia de electrones desapareados?
Tienen la capacidad de formar dímeros (por ejemplo, el NO₂ se convierte en N₂O₄ al enfriarse), sin embargo, son bastante estables también en forma de monómeros, lo cual es una propiedad poco común para los radicales libres.
Qué más repasar sobre el tema
- Mecanismos de interconversión y equilibrio de los óxidos de nitrógeno
- Síntesis de ácido nítrico y obtención de óxido de nitrógeno (V)
- Descomposición térmica del nitrato de amonio y obtención de N₂O
- Reacciones específicas de combustión de metales en atmósfera de óxidos de nitrógeno
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