La familia del nitrógeno corresponde al grupo 15 de la tabla periódica. Los elementos constituyentes de este grupo también se denominan pnictógenos o nitrogenoideos. La denominación de pnitógenos, proviene de la palabra griega pnigein, que significa “estrangular”, haciendo referencia a la propiedad que posee el nitrógeno de producir asfixia.
Como sucede con los restos de los grupos de la tabla periódica, los elementos que constituyen un grupo tienen una configuración electrónica, además de seguir unas tendencias que resulta en unas propiedades químicas fácilmente predecibles.
El grupo del nitrógeno está formado por cinco elementos, que de arriba hacia abajo son: nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio y bismuto. También se habla del elemento sintético denominado moscovio, cuyo descubrimiento ha sido confirmado.
Propiedades periódica
Todos los elementos del grupo 15, siguen las siguientes tendencias periódicas generales:
- Electronegatividad, es la capacidad de los átomos de atraer a los electrones. La electronegatividad disminuye conforme se baja en el grupo.
- Energía de ionización, se refiere a la cantidad de energía que se necesita para quitar un electrón del átomo en fase gaseosa. La energía de ionización disminuye al bajar en el grupo.
- El radio atómico aumenta al bajar en el grupo.
- La afinidad electrónica es la capacidad que tiene un átomo de aceptar un electrón, y disminuye al bajar en el grupo.
- Carácter metálico aumenta al bajar en el grupo.
- Punto de fusión, que es la cantidad de energía necesaria para romper los enlaces y cambiar una sustancia en fase sólida a una sustancia en fase líquida, aumenta al bajar en el grupo.
- Punto de ebullición, es la cantidad de energía requerida para romper los enlaces y cambiar una sustancia en fase líquida a un gas, aumenta en el grupo.
Elementos del grupo 15
Las propiedades físicas de este grupo varían de un elemento a otro y el carácter metálico aumenta a medida que se desciende en el mismo.
El nitrógeno es un elemento no metálico, que no tiene color, sabor y olor, se presenta en la naturaleza como un gas no combustible. Cuando se compara con el resto del grupo, presenta la máxima electronegatividad lo que constituye que sea el elemento con mayor carácter no metálico. Sus números de oxidación habituales son +5, +3 y -3. Se encuentra en un 0,002 % en la corteza terrestre, mientras que en la atmósfera le corresponde un 78 % de abundancia.
Se encuentra de manera natural en las proteínas de animales y plantas, y en restos fósiles de plantas. Antes de descubrirse que a partir del nitrógeno se podía obtener amoníaco, el proceso denominado como de Harber-Bosch, las fuentes de nitrógeno eran limitadas. También destaca su baja solubilidad en agua.
El óxido nitroso, también denominado “gas de la risa”, se usaba en odontología, en los partos y para aumentar la velocidad de los coches.
El fósforo es un elemento no metálico. El estado de oxidación más común del fósforo es -3. Es el elemento que ocupa la posición 11 en abundancia de la corteza terrestre, encontrándose en un 0,11 %. La fuente principal de fósforo. Habitualmente se encuentra formando parte de minerales, y pocas veces de forma pura.
En el fósforo se puede encontrar varios tipos, como por ejemplo el fósforo blanco, que es un sólido ceroso blanco que se puede cortar con un cuchillo. Forma una molécula tetraédrica, P4. El fósforo blanco es tóxico, mientras que el fósforo rojo no es tóxico.
El fósforo rojo se forma cuando el fósforo blanco se calienta a 573 grados Kelvin y no se expone al aire. Es menos reactivo que el fósforo blanco, y tiene una estructura polimérica como una cadena y es más estable. Tanto el fósforo blanco como el rojo, se han empleado para fabricar la punta de las cerillas, pero se trata de evitar el uso del fósforo blanco debido a su toxicidad.
El fósforo tiene muchas aplicaciones: tricloruro de fósforo, por ejemplo, se usa en jabones, detergentes, plásticos, goma de nilón sintética, aceites de motores, insecticidas y herbicidas. El ácido fosfórico se usa en fertilizantes, y también se emplea en la industria de la alimentación.
El arsénico es un metaloide con elevado poder venenoso. Por su carácter semimetálico, presenta elevada densidad, conductividad térmica moderada y un limitado carácter conductor de electricidad. Los estados de oxidación del arsénico son +5, +3, +2, +1 y -3. Las formas alotrópicas del arsénico son: amarillo, negro y gris, siendo este último el más común.
Los compuestos que contienen arsénico se usan en insecticidas, herbicidas y aleaciones. Destacar también que óxido de arsénico tiene carácter anfótero, es decir, puede actuar tanto como ácido y como base.
El antimonio es también un metaloide, cuyos estados de oxidación más comunes son + 3, -3 y + 5. La forma alotrópica más estable del antimonio es la forma metálica, que tiene propiedades similares a las del arsénico: elevada densidad, conductividad térmica moderada, y una limitada habilidad para conducir la electricidad. Uno de los usos por los que destaca el antimonio, es su uso como semiconductor.
El bismuto es un elemento metálico, cuyos estados de oxidación son + 3 y + 5 puntos. El bismuto se usa de manera habitual en productos cosméticos y medicina. Además es el que presenta una electronegatividad menor y también la menor energía de ionización, lo que significa que es más probable que pierda un electrón en comparación con el resto de elementos del grupo 15.
