NITRÓGENO

UNIVERSIDAD DE SONORA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Y

METALURGIA

QUIMICA INDUSTRIAL I

MONOGRAFÍA

NITRÓGENO

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NITRÓGENO

PAG.

CONTENIDO

RESÚMEN……………………………………………………………………………3

INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………….4

¿QUPE ES EL NITRÓGENO? …………………………………………………….5

PROPIEDADES…………………………………………………………………......6

FORMAS DE OBTENCIÓN………………………………………………………...8

APLICACIONES DEL N2…………………………………………………………..10

EMPRESAS DONDE SE FABRICA……………………………………………….12

CONCLUSIÓN…………………………………………………………………….…13

BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………..……14

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NITRÓGENO

RESÚMEN

El nitrógeno es un elemento químico que se simboliza con la letra “N”, es un

gas incoloro, indoloro e insípido, este elemento constituye el 78% del volumen en

la atmósfera de la tierra, Se puede considerar que fue descubierto por el químico

escocés Daniel Rutherford.

Este elemento consta de dos isótopos*, 14N y 15N, producidos por una

variedad de reacciones nucleares. Posee una reactividad baja hacia la mayor parte

de las sustancias comunes. A altas temperaturas, reacciona con cromo, silicio,

titanio, aluminio, boro, berilio, magnesio, bario, estroncio, calcio y litio para formar

nitruros; con oxígeno (O2), para formar NO, y en presencia de un catalizador, con

hidrógeno a temperaturas y presión bastante altas, para formar amoniaco (NH3).

El nitrógeno se puede obtener de diversas maneras, entre las cuales se

encuentran: por simple eliminación de oxigeno en el aire, a partir de sus

compuestos, etc.

A nivel industrial el nitrógeno se utiliza para limpieza de tuberías, hinchado

de neumáticos, en alimentos y bebidas, medicinas, en el petróleo y gas, en

electrónica, entre otras.

Hoy en día, en México cuenta con varias empresas encargadas a la fabricación y

distribución de nitrógeno, entre las cuales podemos mencionar: Empresa Cryoinfra,

NITROTIRE, Oxi Air, Dad Mex, etc.

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INTRODUCCIÓN

El siguiente trabajo, se detallará más específicamente sobre un elemento

correspondiente de la tabla periódica: el nitrógeno, describiendo así el concepto

mismo del elemento, propiedades químicas y físicas, aplicaciones a nivel industrial,

elaboración, así como las diferentes empresas del país que lo manejan.

Esta monografía tiene como objetivo de dar a conocer más ampliamente las

grandes y diversas aplicaciones que tiene el elemento N2. Su importancia radica en

que dentro de la composición del aire, se encuentra en mayor cantidad, los seres

vivos dependen del nitrógeno para llevar a cabo diferentes funciones, por

mencionar alguna, se utiliza en las plantas como elemento primario, ya que se

encuentra dentro de las amidas, clorofila, nucleótidos, vitaminas, ácidos nucleicos,

etc.

Sin embargo, en este trabajo, la descripción del nitrógeno se enfocará más

concretamente a nivel industrial.

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NITRÓGENO

¿QUÉ ES EL NITRÓGENO?

El nitrógeno es un elemento químico, de numero atómico 7, se simboliza

con la letra “N”, es un gas incoloro, indoloro e insípido, este elemento constituye el

78% del volumen en la atmósfera de la tierra, además, forma parte del 3% de la

composición elemental del cuerpo humano y también aparece en los restos de los

animales, por ejemplo el guano, usualmente en forma de urea, ácido úrico y

compuestos de ambos.; y en condiciones normales se comporta como gas

diatómico, es decir, dos moléculas del mismo elemento.

Al ser el nitrógeno un gas inerte, suele ser llamado ázoe (que significa “sin

vida”) y, en la antigüedad se usaba el símbolo AZ para nombrarlo. Se puede

considerar que fue descubierto por el químico escocés Daniel Rutherford (1749-

1819), ya que en 1772 Rutherford en sus experimentos encontró que, si se

encerraba un ratón en un frasco herméticamente cerrado, el animal consumía

rápidamente el oxigeno y moría; después, en otro experimento, encendió una vela

y un fósforo en el volumen de aire hasta que dejaron de arder, luego hizo pasar el

aire por una sustancia capaz de absorber el dióxido de carbono; con estoa

resultados, Rutherford descubrió que si se eliminaba el “aire fijo” (CO2) del

recipiente, quedaba un “aire nocivo” incapaz de sustentar ni la combustión ni la

vida; es por eso que Rutherford denominó a este gas como aire desflogisticado,

hoy en día conocido como nitrógeno.

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NITRÓGENO

PROPIEDADES

El nitrógeno, consta de dos isótopos*, 14N y 15N, Además se conocen los

isótopos radiactivos 12N, 13N, 16N y 17N, producidos por una variedad de reacciones

nucleares. A presión y temperatura normales, el nitrógeno molecular es un gas con

una densidad de 1.25046 g por litro.

El nitrógeno elemental tiene una reactividad baja hacia la mayor parte de las

sustancias comunes, a temperaturas ordinarias. A altas temperaturas, reacciona

con cromo, silicio, titanio, aluminio, boro, berilio, magnesio, bario, estroncio, calcio y

litio para formar nitruros; con oxígeno (O2), para formar NO, y en presencia de un

catalizador, con hidrógeno a temperaturas y presión bastante altas, para formar

amoniaco (NH3). Y también, el nitrógeno, carbono e hidrógeno se combinan arriba

de los 1800ºC (3270ºF) para formar cianuro de hidrógeno (HCN).

Los elementos de la familia del nitrógeno muestran tres

estados de oxidación principal, que son: -3, +3 y +5 en sus

compuestos (aunque también se presentan otros estados de

oxidación). Todos los elementos de la familia del nitrógeno

forman hidruros, así como óxidos +3, óxidos +5, haluros. El nitrógeno es el

elemento más electronegativo de la familia. Así, además de los estados de

oxidación típicos de la famila (-3,+3 y +5), el nitrógeno forma compuestos con otros

estados de oxidación.

*Isótopos: Son todos los tipos de átomos de un mismo elemento, que se encuentran en el mismo sitio de la

tabla periódica pero tiene diferente número másico..

-Número másico o número de masa: representa el número de los protones y neutrones. Se simboliza con la

letra A)

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A continuación se presenta una tabla de las propiedades químicas del N2.

FORMAS DE OBTENCIÓN

Una forma para obtener nitrógeno, es a partir del aire, ya que puede

obtenerse por una simple eliminación de oxigeno; este proceso se hace en

laboratorio haciendo pasar el aire arriba de cobre calentado, éste se apodera del

oxígeno para formar óxido cúprico sólido, (CuO). Si se quema fósforo en una

campana invertida sobre agua se forma fósforo pentaoxidado sólido, que se

disuelve en el agua y deja un residuo que en su mayor parte es nitrógeno. (Figura

1.1)

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(figura 1.1)

1 aire, 2 agua, 3 tela de cobre, 4 nitrógeno

El proceso de la figura es el siguiente:

Se calienta una red de alambres de cobre hasta la incandescencia roja (3). A

continuación se vierte agua, con cuidado, en el cilindro a la izquierda. Cuando en-

tren 500 cm3 de agua, se cierra el grifo del embudo de goteo (como se puede

apreciar en el numero 2). En el cilindro a la derecha se observará que no quedará

más que cuatro quintas partes del volumen de aire desplazado del cilindro izquier-

do. Hace falta una quinta parte. Durante el proceso, se observa que el cobre ca-

lentado se ha puesto negro; posee una capa negra de óxido de cobre (II), es decir,

se ha oxidado, el oxígeno del aire fue ligado al cobre.

2 Cu + O2 -- 2 CuO

Posteriormente, se tapa el cilindro a la derecha, sumergido en agua, con una

placa de vidrio. Después de sacarlo del agua se pone en una mesa introduciendo

una vela con llama. Entonces la llama se apaga. Esto quiere decir que 1 quinta par-

te del aire es de oxígeno y 4 quintas partes de nitrógeno.

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Otro método de obtención consiste en hacer burbujear aire

en una solución alcalina de pirogalol que absorbe al oxígeno..

Si hablamos de forma industrial, el nitrógeno se obtiene a

partir de aire líquido (que está compuesto de aire que ha sido

licuado mediante aplicación de alta compresión en pistones y posteriormente

enfriado a muy bajas temperaturas.) En forma líquida se utiliza como medio de

enfriamiento para congelar alimentos con rapidez. El mayor uso está destinado en

la manufactura de fertilizantes nitrogenados los cuales proporcionan una fuente de

nitrógeno fijado.

Otra manera de obtener nitrógeno es a partir de sus compuestos.

El nitrógeno puede elaborarse por oxidación del amoníaco, por lo cual se hace pa-

sar este gas sobre óxido de cobre calentado al rojo vivo.

2NH3 + 3CuO 3H2O + N2 + 3Cu0

Otra forma más conveniente consiste en la descomposición del nitrito de

amonio, NH4NO2. Este compuesto es inestable, y se descompone fácilmente en

agua y da nitrógeno. Cuando se calienta suavemente una disolución que contiene

una mezcla de cloruro de amonio y nitrito de sodio, se desprende nitrógeno.

NH4+ + NO2 2H2O + N2.

APLICACIONES DEL NITRÓGENO

El nitrógeno diatómico es muy utilizado en la industria, ya que con este

elemento se obtiene amoniaco por el proceso de Haber- Bosch, que es la reacción

de nitrógeno e hidrógeno gaseosos para producir amoníaco. La importancia de esta

reacción radica en la dificultad de producir amoníaco a un nivel industrial. Como

sabemos, alrededor del 78% del aire que nos rodea es nitrógeno, entonces, el

elemento como molécula diatómica gaseosa es muy estable y relativamente inerte

por los resistentes enlaces triples que mantienen las moléculas unidas; Sin

embargo, no fue sino hasta los primeros años del siglo XX cuando este proceso fue

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desarrollado para obtener nitrógeno del aire y producir amoníaco, que al oxidarse

forma nitritos (NO2−) y nitratos (NO3−). Éstos son esenciales en los fertilizantes.

De forma natural, esta reacción es muy lenta, para ello, se acelera con un

catalizador de hierro (Fe3+), óxidos de aluminio (Al2O3) y potasio (K2O). Otros

factores que aumentan el rendimiento, al desplazar el equilibrio de la reacción

hacia los productos (este es el Principio de Le Châtelier), y con las condiciones de

alta presión (200 atmósferas) y altas temperaturas (450-500°C), dando un resultado

de un rendimiento del 10-20%.

N2 (g) + 3H2 (g) ↔ 2 NH3 (g)

Otras aplicaciones del nitrógeno a nivel industrial se utiliza para:

Estanqueidad y pruebas de presión

Se utiliza el nitrógeno para comprobar la resistencia de presión de diseño en

recipientes frente a las convencionales pruebas hidráulicas. El N2 no deja

residuos en el interior del recipiente y además actúa como agente secante

de la instalación.

Limpieza de tuberías

Mediante una fuerte corriente de gas, el nitrógeno comprimido es una

técnica rápida y eficaz para la limpieza de la parte interior de las tuberías y

canalizaciones.

Homogenización y agitación

El uso del nitrógeno como agente homogeneizador es habitual en la industria

química: para mezclas de productos de distinta densidad, para disoluciones

de sólidos en líquidos, para mantener sólidos en suspensión o bien para

mezclas de fases en extracciones líquido- líquido.

Hinchado de neumáticos

El nitrógeno comprimido puede sustituir al aire en el hinchado de

neumáticos. El nitrógeno tiene una molécula mayor que el O2 por lo que la

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presión se mantiene mejor. Es ideal para el hinchado de ruedas de los

aviones, de vehículos especialmente pesados y de vehículos deportivos.

En alimentos y Bebidas

Se utiliza nitrógeno líquido criogénico*, es el mas utilizado para enfriar,

congelar o almacenar productos alimenticios

Químicos

El N2 es corrientemente utilizado en contacto con los productos alimenticios

para evitar la oxidación o el crecimiento de microorganismos.

Medicinal

Utilizado para la conservación a baja temperatura de tejidos vivos y células.

Petróleo y gas

Protección de la calidad de productos e instalaciones (inertización**)

Electrónica

El nitrógeno es usado como gas portador para la protección total contra

impurezas y oxidación en semiconductores y procesos soldadura. En su

forma fría y líquida, N2 es usado como un medio de enfriamiento de

dispositivos electrónicos en las pruebas ambientales.

*Criogenia.- es el conjunto de técnicas utilizadas para enfriar un material a la temperatura de

ebullición del nitrógeno o a temperaturas aún más bajas. Esto se alcanza sumergiendo la muestra

en nitrógeno puro

**Inertización.- Que significa "dejar quieto", "dejar inactivo", se aplica en la ingeniería ambiental para

indicar un proceso de tratamiento de residuos catalogados como residuo peligroso, sean líquidos o

sólidos, para inactivar o minimizar su potencial naturaleza química y su posterior disposición final

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EMPRESAS DONDE SE FABRICA NITRÓGENO

Entre las empresas principales para la producción de nitrógeno en el país se

encuentran:

Empresa productora de gases industriales, tales como el CO2, Ar, H2, N2 y

O2. Esta planta realiza una gran variedad de aplicaciones, pero enfocado a lo que

respecta al nitrógeno está la congelación criogénica de alimentos.

EMPRESA NITROTIRE

Es una empresa 100% mexicana que ha estado funcionando desde 1995.

Está especializada a la venta de llantas, pero llenadas con nitrógeno en vez de

aire; esto le da a las llantas mayor tiempo de vida.

Esta empresa se ubica en Querétaro y Ciudad de México.

Genera nitrógeno y ozono de manera industrial, en distintas cantidades de

acuerdo a las necesidades de cada cliente. Se encuentra ubicada en Nuevo Lare-

do, Tamaulipas.

EMPRESA DADMEX

DAMEX es una empresa líder en tecnología de resortes de nitrógeno, ofre-

ciendo una completa línea de resortes de nitrógeno y accesorios. Además, ofrece

servicios de soporte a productos, incluyendo capacitación, asesoría de ingeniería y

soporte técnico. La ubicación de esta empresa está Toluca, Edo. De México.

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CONCLUSIÓN

Como pudimos observar, gracias a este gran descubrimiento (hecho por Da-

niel Rutherford), y a sus posteriores estudios, hoy en día podemos disfrutar de las

ventajas obtenidas del proceso de este elemento, es por ello que es muy importan-

te en las industrias, y en los seres vivos.

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BIBLIOGRAFÍA

Química, La Ciencia Central - Brown T.L. 9na edición.

Química General- Petrucy, harwood, Herring

Nitrógeno- Extraído el día 14/04/10, desde

http://www.lenntech.es/periodica/elementos/n.htm#ixzz0kiw5izsb – 8:55 PM

Isótopo- Extraído el día 14/04/10 desde

http://es.wikipedia.org/wiki/Is%C3%B3topo- 9:14 PM

Empresa DADMEX- Extraído el día 15/04/10 desde

http://www.dadmex.com/ - 03:02 AM

Empresa Cryoinfra- Extraído el día 15/04/10 desde

http://www.cryoinfra.com/ - 03:12 AM

Empresa OxyAir- Extraído el día 15/04/10 desde

http://www.oxiairmexico.com/-03:33 AM

Empresa Nitrotire- Extraído el día 15/04/10

http://www.nitrotire.com.mx/- 03:52 AM

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