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Pero, ¿qué es exactamente? Aquí profundizaremos en su estructura y fórmula para discutir algunas de sus propiedades y efectos biológicos. Luego veremos cómo su estructura se presta a tener estas propiedades.
- Este artículo trata sobre el óxido nitroso.
- Enprimer lugar, veremos la fórmula del óxido nitroso y la determinación de la estructura de Lewis.
- Después,las propiedades químicas y físicas de la molécula.
- A continuación, analizaremos los usos del gas en muchos campos.
- Para terminar, veremos sus efectos biológicos.
Definición del óxido nitroso
Aquí hablaremos de algunos hechos comúnmente conocidos sobre el óxido nitroso, y para qué se conoce. ¿Qué es el óxido nitroso?
Elóxido nitroso, químicamente conocido como monóxido de dinitrógeno, es un gas incoloro de olor dulce. La fórmula química del óxido nitroso es N2O.
Puede que hayas oído hablar del "gas de la risa", y te interesará saber que ese término suele referirse al óxido nitroso. De hecho, los términos se utilizan a menudo indistintamente.
El término "gas de la risa" se denominó así por sus usos médicos y sus efectos eufóricos cuando se inhala. Se solía utilizar como sedante durante las intervenciones quirúrgicas y otros procedimientos en pacientes.
Para presentar brevemente el gas, cabe mencionar que es inerte. Muchos óxidos forman soluciones ácidas o básicas y sales cuando se disuelven en agua, pero no el óxido nitroso. Esto hace del óxido nitroso un óxido muy interesante que permanece inerte en distintas condiciones, lo que da lugar a sus múltiples usos. Más adelante hablaremos de las propiedades de la molécula.
Fórmula y estructura del óxido nitroso
Aquí trataremos la fórmula química y las propiedades estructurales del óxido nitroso. Primero trataremos la fórmula del óxido inorgánico y después la estructura de Lewis del compuesto.
Fórmula
La fórmula del óxido nitroso es N2O. Pero, ¿qué significa esto para la estructura de la molécula?
Puesto que en la fórmula del compuesto hay dos átomos de nitrógeno y un solo átomo de oxígeno, puede haber varias posibilidades de que estos átomos sustituyentes se unan potencialmente. Sin embargo, sólo hay una estructura válida dentro del marco de la química.
Estructura de Lewis
Aquí hablaremos de la estructura de Lewis del óxido nitroso y de cómo llegamos a las estructuras representativas de las estructuras electrónicas de la molécula.
Así, sabemos que la molécula tiene dos átomos de nitrógeno y un átomo de oxígeno.
Existen dos posibilidades para escribir la estructura del Óxido Nitroso. La forma NNO en la que uno de los nitrógenos forma el átomo central flanqueado por el segundo nitrógeno y el oxígeno a ambos lados. La otra forma de escritura es la forma NO, en la que el oxígeno es el átomo central flanqueado por los nitrógenos a ambos lados.
De las dos estructuras, la NNO se considera más estable y favorecida. La razón es la carga formal del oxígeno. El átomo más electronegativo debe tener una carga negativa o, al menos, debe ser menos positivo. En el óxido nitroso, el átomo de oxígeno es el átomo más electronegativo. Cuando escribimos una estructura colocando el átomo central como oxígeno, el átomo de oxígeno lleva una carga +2 que no es favorable y la molécula no será estable. Dondequiera que observes en química, todas las moléculas, átomos e iones buscan la estabilidad y favorecen las condiciones que les conducen a ella. Por tanto, la NO estructura no es estable. Veamos ambas posibilidades para comprenderlas mejor.
Otra explicación probable de la estabilidad de la estructura NNO es el orden de los enlaces. A mayor orden de enlace, mayor estabilidad. El orden de enlace del enlace N-N es 2,5(casi 3) mientras que el orden de enlace N-O es 1,6(casi 2). Se favorece la estructura que tiene enlaces N-N, de ahí la posibilidad NNO. (Nota: compáralo con el triple enlace, que es más fuerte que el doble enlace, que es más fuerte que el enlace sencillo. El triple enlace tiene el orden de enlace 3, el doble enlace 2 y el enlace sencillo 1, de ahí el orden de estabilidad)
Fig. 1: Las posibilidades NON y NNO-, Óxido Nitroso, Archana Tadimeti, StudySmarter Originals
Para entender cómo se calculan las cargas formales, dirígete a este artículo sobre Carga Formal.
Así pues, si colocamos el nitrógeno como átomo central, y luego el oxígeno a un lado y el otro nitrógeno al otro lado del átomo central, podemos empezar a crear estructuras de enlace.
Lo primero que puedes hacer es dibujar la forma electrónica puntual de cada átomo y luego empezar a crear enlaces covalentes.
Recuerda que los enlaces covalentes son enlaces en los que se comparten electrones, por lo que a partir de las estructuras de puntos, dos puntos tendrán que formar un único enlace.
El óxido nitroso puede existir en tres formas diferentes. De las tres, la estructura A es la más favorecida (mayor contribuyente)[1 ] debido a la baja magnitud de las cargas en los átomos y, lo que es más importante, la carga negativa está en el átomo más electronegativo (oxígeno) de la estructura. Un átomo electronegativo maneja la carga negativa con facilidad. Por tanto, puedes escribir la estructura A como la estructura de Lewis del óxido nitroso cuando te lo pregunten en el examen.
La estructura C es menos favorecida debido a la gran magnitud de las cargas formales y a la carga positiva del oxígeno electronegativo.
Al escribir las estructuras de Lewis del óxido nitroso, es importante mencionar las cargas formales de cada átomo. ¿Por qué?
Fíjate en la estructura A, el nitrógeno central forma 4 enlaces (un enlace triple con el otro N y un enlace simple con el oxígeno). Pero el nitrógeno sólo puede formar 3 enlaces. Por tanto, significa que en este caso el nitrógeno contribuyó con su par solitario de electrones a la formación del enlace con el oxígeno. De ahí la carga positiva. En la misma estructura, el oxígeno tiene carga negativa porque no formó los 2 enlaces habituales que puede formar. Una explicación similar es válida para todas las demás estructuras.
Por tanto, si no mencionas las cargas de los átomos de las siguientes estructuras, éstas podrían no ser válidas.
Fig. 2: Estructuras de Lewis del óxido nitroso, Archana Tadimeti, StudySmarter Originals
Hay que tener en cuenta dos cosas a la hora de escribir estructuras de Lewis para especies químicas complicadas como la del óxido nitroso
1. Hay que elegir una estructura de Lewis con la menor magnitud de cargas formales como estructura más favorable
2. Si dos estructuras de Lewis tienen la misma magnitud de cargas formales, elige la que tenga una carga negativa en el átomo más electronegativo.
Utilizando esta estructura pero desplazando los electrones se pueden crear estructuras de Lewis válidas. En el diagrama anterior, puedes ver dos estructuras de Lewis válidas diferentes para el óxido nitroso desplazando algunos electrones.
Una estructura de Lewis válida del óxido nitroso (Estructura A) consistirá en que el átomo central no tiene pares solitarios, y cuatro enlaces espaciados asimétricamente. Esta asimetría se debe a que uno de los átomos periféricos tiene un enlace sencillo, mientras que el otro tiene un enlace triple con el átomo central. Cuando el átomo central de nitrógeno tiene cuatro enlaces a su alrededor y ningún par solitario, se cumple la regla del octeto (la tendencia de los átomos a tener 8 electrones en la capa más externa), lo que crea una estructura válida. Esto significa que el nitrógeno o el oxígeno periféricos tendrán o bien un enlace simple con el nitrógeno central y tres pares de electrones solitarios, o bien un enlace triple con el nitrógeno central y un único par de electrones solitarios. Pero, como ya se ha dicho, si el triple enlace es entre el nitrógeno central y el oxígeno, éste tendrá una carga formal positiva, y no es favorable.
Mediante este método, podemos llegar a la estructura aceptada del óxido nitroso, que existe en tres conformaciones diferentes, de las cuales la estructura A es la más favorable. Utilizando las estructuras de puntos de electrones y los principios de las estructuras de Lewis, podemos generar estructuras adecuadas y válidas del óxido nitroso.
Fig. 3_Fig. 3: Óxido nitroso, Archana Tadimeti, StudySmarter Originals
Propiedades del óxido nitroso
Aquí hablaremos de las propiedades del óxido nitroso. Éstas pueden dividirse en propiedades físicas y químicas de la molécula, todas ellas derivadas de la estructura del óxido nitroso, así como del modo en que las moléculas de N2Ointeractúan entre sí.
Propiedades físicas
Las propiedades físicas del óxido nitroso pueden explicarse basándose en las interacciones moleculares.
El óxido nitroso es un gas a temperatura ambiente y presión estándar. Esto se debe a la debilidad de las fuerzas intermoleculares. El óxido nitroso carece de enlace de hidrógeno, y las interacciones de VanderWaal existen en estado líquido. Sin embargo, el óxido nitroso puede licuarse cuando se somete a altas presiones y bajas temperaturas.
La razón de que algunos compuestos existan como gases se debe a la debilidad de las fuerzas intermoleculares.
- El óxido nitroso es 1,5 veces más denso que el aire. Su peso molecular es de 44 g/mol.
- Es inerte, neutro y bastante soluble en agua. Es decir, es un óxido que no crea ningún ambiente ácido ni básico cuando se disuelve en agua.
- Es un gas incoloro de olor y sabor agradables.
Propiedades químicas
Aquí hablaremos de las propiedades químicas del óxido nitroso.
A una temperatura de 873 K, la molécula puede descomponerse en gases de nitrógeno y oxígeno. La descomposición del óxido nitroso es crucial en distintos entornos químicos, ya que es uno de los gases que más contribuyen al cambio climático.
El óxido nitroso es incombustible, pero favorece la combustión en presencia de oxígeno.
El óxido nitroso es un fuerte agente oxidante.
El gas de la risa es un gas de efecto invernadero
¿Sabías que el óxido nitroso es un gas de efecto invernadero y más potente que el dióxido de carbono? Esto se debe a que el óxido nitroso puede permanecer más tiempo en la atmósfera. No sólo eso, el óxido nitroso también es responsable del agotamiento de la capa de ozono[4] y contribuye a un fenómeno conocido como Forzamiento Radiactivo, en el que atrapa el calor procedente del sol y, por tanto, calienta la Tierra.
Fuentes de emisión del óxido nitroso
Las fuentes antropogénicas/producidas por el hombre de óxido nitroso incluyen la producción ganadera (emisiones procedentes de la alimentación del ganado), los fertilizantes sintéticos utilizados para la producción de cultivos, la quema de combustibles fósiles, etc. Estas fuentes plantean un grave desafío para frenar las emisiones de óxido nitroso, porque la agricultura y la ganadería son el corazón de la propia existencia humana. ¿Puede sobrevivir el mundo sin ellas?
Es difícil, pero no imposible. ¿Cómo podemos contribuir a salvar la Tierra de las emisiones de óxido nitroso?
Reduciendo el uso de fertilizantes nitrogenados y utilizando en su lugar otros tipos.
Inhibidores de la ureasa: La ureasa descompone la urea del abono nitrogenado en amoníaco, lo que provoca un despilfarro y, a su vez, aumenta la necesidad de utilizar el exceso de urea. El aumento del uso de urea conduce a niveles elevados de producción de óxido nitroso. Por eso, para obtener el máximo beneficio de una pequeña cantidad de urea, en Nueva Zelanda se utilizan inhibidores de la ureasa[2] que inhibirán la producción de ureasa. Por tanto, la urea utilizada se consumirá al máximo sin desperdicio alguno, minimizando así la necesidad de urea adicional.
Agricultura de precisión: Gracias a la tecnología de la información, los agricultores pueden tomar decisiones informadas sobre cuándo y dónde se necesita fertilizante[ 3]. Esta agricultura basada en la tecnología más avanzada contribuye a aumentar la producción de los cultivos y mejora la eficacia y la eficiencia de los fertilizantes, ayudándonos así a utilizar sólo la cantidad necesaria[3].
"La mayor amenaza para nuestro planeta es la creencia de que otro lo salvará".
-RobertSwan
Aportemos nuestro granito de arena al planeta como profesores, científicos, ingenieros, agricultores y seres humanos. La ciencia es una herramienta poderosa que tiene el potencial de cambiar el mundo. Piensa en cómo puedes influir positivamente en el mundo con tu educación científica.
Efectos del óxido nitroso
El óxido nitroso tiene algunos efectos biológicos adversos en el cuerpo humano. Puede desencadenar daños moleculares en la célula y provocar mutaciones en el ADN. Esto suele provocar trastornos mentales.
También puede provocar otras implicaciones biomédicas en el organismo, como deficiencia de oxígeno y agotamiento de la vitamina B12. Puede tener efectos "euforizantes" y una sensación ansiolítica.
También se sabe que el óxido nitroso afecta negativamente al sistema inmunitario humano.
Usos del óxido nitroso
El óxido nitroso tiene una amplia gama de aplicaciones en diversas industrias. A continuación encontrarás una recopilación de los usos más comunes del óxido nitroso.
| Industria | Aplicación del óxido nitroso |
| Medicina humana y veterinaria | Anestesia |
| Odontología | Anestésico en combinación con oxígenoalivia del dolor y la ansiedad |
| Alimentación | Propelente de aerosol/agente espumante para nata montada |
| Química | Síntesis de compuestos orgánicos a base de nitrógeno como los colorantes azoicos |
| Tecnología aeroespacial | Combustible para cohetes |
Tabla 1: Algunas aplicaciones del óxido nitroso en la industria.
Superados los usos en los que se puede emplear el óxido nitroso, así como el conocimiento de la fórmula y las estructuras que adopta la molécula, deberías estar bien equipado para comprender plenamente este tema. Ahora puedes explicar a la gente qué es realmente el gas hilarante, y todas sus aplicaciones e impactos.
Óxido nitroso - Puntos clave
- La fórmula del óxido nitroso es N2O.
- La estructura de Lewis tiene un nitrógeno como átomo central, que tiene 4 enlaces y ningún par solitario.
- Tiene interacciones intermoleculares débiles, lo que lo convierte en un gas.
- Entre sus propiedades químicas está que es inerte y que se descompone violentamente a altas temperaturas.
- Se utiliza sobre todo en la industria médica, pero también tiene efectos secundarios biológicos.
Referencias
- https://chemistry.stackexchange.com/questions/29657/what-are-the-correct-resonance-structures-of-nitrous-oxide
- https://www.agmatters.nz/actions/reduce-nitrogen-fertiliser/
- https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/precision-agriculture
- https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2015AGUFM.B14A..01R/abstract
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