Nitrógeno

Qué es el nitrógeno

El nitrógeno es un elemento no metálico situado en el grupo 15 y el periodo 2 de la tabla periódica, con símbolo N y una masa atómica de 14,007 u. En condiciones normales de presión y temperatura se presenta como un gas incoloro, inodoro e insípido que se licua a -195,8 °C y se solidifica a -210 °C.

En la naturaleza aparece casi siempre en su forma molecular diatómica, N2: dos átomos unidos por un triple enlace covalente, uno de los más fuertes que existen entre átomos. Ese enlace explica por qué el nitrógeno atmosférico apenas reacciona a temperatura ambiente. Constituye cerca del 78 % del volumen del aire que se respira, casi cuatro veces más que el oxígeno.

Se conocen dos isótopos estables, el ¹⁴N y el ¹⁵N, con una abundancia relativa aproximada del 99,6 % y el 0,4 %. El segundo, menos frecuente, tiene una aplicación concreta en investigación biomédica que se detalla más adelante.

Origen del nombre y descubrimiento del elemento

En 1772, el médico escocés Daniel Rutherford aisló por primera vez este gas en Edimburgo. Lo obtuvo encerrando un ratón en un recipiente cerrado hasta su muerte, y quemando después una vela y fósforo en el aire restante hasta que ambos dejaron de arder: lo que quedaba, incapaz de sostener la combustión o la respiración, era nitrógeno casi puro. Rutherford lo llamó «aire nocivo» sin llegar a identificarlo como un elemento independiente.

Casi al mismo tiempo, Carl Wilhelm Scheele, Henry Cavendish y Joseph Priestley describieron gases muy parecidos desde sus propios laboratorios. El mérito, sin embargo, quedó repartido entre varios nombres a la vez. Fue el químico francés Antoine Lavoisier quien, hacia 1776, lo identificó como una sustancia elemental distinta y lo bautizó «azote», del griego a-zotikos, sin vida, porque los animales morían y las llamas se apagaban en una atmósfera formada solo por este gas.

El nombre que ha llegado hasta hoy no salió de Lavoisier. Lo propuso el médico y químico francés Jean-Antoine Chaptal, quien en su obra Élémens de chimie, publicada en 1790, sustituyó azote por nitrogène, formado sobre las raíces griegas nitro- y geno-, generador de nitro o salitre. La voz castellana nitrógeno se documenta ya en 1791, apenas un año después, en una reseña de esa misma obra publicada en un periódico literario de Madrid.

Papel biológico

Aunque el aire está compuesto en su mayor parte por nitrógeno, ni los animales ni la inmensa mayoría de las plantas pueden incorporarlo directamente del ambiente. El triple enlace que mantiene unidos a los dos átomos de la molécula N2 solo se rompe mediante procesos que consumen mucha energía, de origen biológico o industrial. Ese proceso recibe el nombre de fijación del nitrógeno y determina cuánto de este elemento queda disponible para los seres vivos.

Una vez fijado, el nitrógeno se incorpora a moléculas que sostienen la vida celular. Forma parte del grupo amino de los aminoácidos que componen las proteínas, y también de las bases nitrogenadas que constituyen el ADN y el ARN. El organismo regula de forma continua el equilibrio entre el nitrógeno que ingiere con la dieta y el que elimina, sobre todo en forma de urea, algo que se sigue mediante indicadores como el nitrógeno ureico en sangre y que se resume en el concepto de balance nitrogenado.

Usos industriales y médicos

La forma líquida del nitrógeno, obtenida por destilación fraccionada del aire, reúne buena parte de sus aplicaciones prácticas. En estado gaseoso se emplea en la fabricación de amoniaco, ácido nítrico, explosivos y fertilizantes, y también para desplazar el oxígeno en el envasado de alimentos y retrasar así su oxidación.

En los laboratorios biomédicos, el nitrógeno líquido permite conservar muestras y tejidos a temperaturas cercanas a los -196 °C, un frío suficiente para detener casi por completo la actividad metabólica de las células. Esa misma propiedad criogénica se aprovecha en resonancia magnética, donde ayuda a mantener superconductores a temperaturas extremadamente bajas antes de que el helio tome el relevo en el enfriamiento final.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene la palabra "nitrógeno"?

La acuñó el químico francés Jean-Antoine Chaptal en 1790, combinando las raíces griegas nitro- y geno-. La voz llegó al español al año siguiente, en 1791, mucho antes de que se entendiera bien su papel biológico.

¿Es tóxico el nitrógeno?

No. En su forma gaseosa y en las proporciones habituales del aire, el nitrógeno es inerte y no resulta tóxico para el ser humano. El riesgo aparece únicamente en espacios cerrados donde desplaza al oxígeno y provoca asfixia por falta de este, no por una acción tóxica del propio gas.

¿Por qué el nitrógeno del aire no sirve directamente a las plantas?

Porque la molécula N2 es prácticamente inerte: su triple enlace resiste la mayoría de las reacciones químicas a temperatura ambiente. Las plantas dependen de microorganismos capaces de romper ese enlace y transformar el nitrógeno atmosférico en compuestos que sus raíces puedan absorber, un proceso descrito con detalle en la fijación del nitrógeno.

¿Para qué se usa el isótopo nitrógeno-15?

El ¹⁵N es el isótopo estable minoritario del elemento, presente en apenas el 0,4 % del nitrógeno natural. Su núcleo, ligeramente más pesado que el del isótopo mayoritario, permite distinguirlo mediante centrifugación en gradiente de densidad o espectrometría de masas. Esa propiedad lo convirtió en la herramienta central del experimento de Meselson y Stahl, que en 1958 demostró que la replicación del ADN es semiconservativa: cada nueva molécula conserva una hebra original y sintetiza una hebra nueva. A diferencia de los marcadores radiactivos, no emite radiación, así que su manejo en el laboratorio no exige las mismas precauciones. Hoy sigue empleándose para trazar el recorrido del nitrógeno en estudios de nutrición y de fertilidad de suelos.

Referencias

1. Real Academia Española. Nitrógeno. Diccionario de la lengua española.
2. Real Academia Española. Nitrógeno. Diccionario histórico de la lengua española.
3. Royal Society of Chemistry. Nitrogen. Periodic Table.
4. Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. The Meselson-Stahl experiment and the discovery of semiconservative DNA replication. PMC.