Azoto: differenze tra le versioni

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== Metodi di preparazione ==

La [[distillazione]] dell'[[Liquefazione dell'aria|aria liquida]] produce azoto con una [[Purezza (gas)|purezza]] superiore al 99,99%, ma piccole quantità di azoto molto puro possono essere ottenute dalla [[Termolisi|decomposizione termica]] dell'[[azoturo di sodio]]:<ref name=":24">{{Cita web|lingua=en|url=https://chem.libretexts.org/Bookshelves/General_Chemistry/Map:_Chemistry_(Zumdahl_and_Decoste)/18:_The_Representative_Elements/18.08:_The_Chemistry_of_Nitrogen|titolo=18.8: The Chemistry of Nitrogen|sito=Chemistry LibreTexts|data=2014-07-02|accesso=2025-03-20}}</ref>

<chem>2 NaN3(s) -> 2Na(l) + 3N2(g)</chem>

In [[laboratorio]] N₂ si può ottenere sottraendo O₂ all'aria facendola passare attraverso fili di [[rame]] al calor rosso; si può anche, e questa è un'area di ricerca in forte crescita, separare N₂ e O₂ sfruttando membrane permeabili all'ossigeno biatomico ma non all'azoto biatomico. L'azoto atomico può essere prodotto da N₂, a bassa pressione, con scariche elettriche.

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[[File:P-v-Diagramm N2.jpg|thumb|upright=1.6|[[Diagramma p-V]] dell'azoto]]

{| class="wikitable"

| colspan=2 style="background:#BDBEB3; text-align:center"|'''Caratteristiche termodinamiche di N₂'''<ref>{{Cita web|url=https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?ID=C7727379&Mask=1E9F#Thermo-Gas|titolo=NIST Chemistry WebBook, SRD 69 - Nitrogen|accesso=20 marzo 2025}}</ref>

|-

|style="text-align:left"|[[Punto di fusione]] (p = 1 bar)

|style="text-align:center"|63,179 K

|-

|style="text-align:left"|[[Entalpia di fusione]] ([[Joule|kJ mol<sup>−1<]]/sup>mol)

|style="text-align:center"|0,719

|-

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|style="text-align:center"|77,244 K

|-

|style="text-align:left"|[[Entalpia di vaporizzazione]] (kJ mol⁻¹mol)

|style="text-align:center"|5,586

|-

|style="text-align:left"|[[Entropia molare standard]] a 298 K (J/K*mol)<ref>{{Cita pubblicazione|nome=M. W.|cognome=Chase|data=1996-03-01|titolo=NIST-JANAF Thermochemical Tables for Oxygen Fluorides|rivista=Journal of Physical and Chemical Reference Data|volume=25|numero=2|pp=551–603|accesso=2025-03-20|doi=10.1063/1.555992|url=https://doi.org/10.1063/1.555992}}</ref>

|style="text-align:left"|[[Entropia molare]] a 298 K (J K⁻¹ mol⁻¹)

|style="text-align:center"|191,61

|-

|style="text-align:left"|[[Capacità termica molare a pressione costante|C_p,m]] a 298 K (J /K⁻¹ *mol⁻¹)

|style="text-align:center"|29,125

|-

|style="text-align:left"|[[Capacità termica molare a volume costante|C_v,m]] a 298 K (J /K⁻¹ *mol⁻¹)

|style="text-align:center"|20,818

|-

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| −293

|-

| rowspan="6" |[[Viscosità]] (Pa.s)

|100K

|7,0

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=== Considerazioni generali ===

Presenta un'eccezionale [[Inerzia|inerzia chimica]], dovuta principalmente all'elevata [[energia di legame]], alla scarsa [[polarizzabilità]] e all'assenza di [[Dipolo elettrico|momento dipolare]].<ref name=":21">{{Cita pubblicazione|nome=Núbia Maria|cognome=Nunes Rodrigues|nome2=Rodrigo A.|cognome2=Lemos Silva|nome3=Daniel F.|cognome3=Scalabrini Machado|titolo=Car-Parrinello Molecular Dynamics Elucidate Atomic Nitrogen Reactivity Under Nanoflask (C70) Confinement Conditions|rivista=ChemPhysChem|volume=n/a|numero=n/a|pp=e202400755|lingua=en|accesso=2025-03-20|doi=10.1002/cphc.202400755|url=https://chemistry-europe.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cphc.202400755}}</ref> L'azoto è un tipico [[non metallo]] ed è uno dei pochi elementi per cui la [[regola dell'ottetto]] è valida con poche eccezioni. La sua chimica è quasi esclusivamente [[legame covalente|covalente]], l'[[anione]] N³⁻ è fortemente polarizzabile e può essere individuato come tale solo nei [[nitruri]] dei [[metalli alcalini]] e [[metalli alcalino terrosi|alcalino terrosi]]. È Importante notare che mentre lo stato fondamentale N(⁴s) non reagisce con H₂, lo stato eccitato N(²D) forma NH₂.<ref name=":21" />

Come il carbonio, l'azoto ha [[4 (numero)|quattro]] [[Orbitale di valenza|orbitali di valenza]] (uno 2s e tre 2p), quindi può partecipare al massimo a quattro legami di coppia usando [[Ibridizzazione|orbitali ibridi]] sp3. Tuttavia, a differenza del carbonio, l'azoto non forma lunghe catene a causa delle [[Interazione|interazioni]] repulsive tra coppie solitarie di elettroni su atomi adiacenti. Queste interazioni diventano significative alle distanze internucleari più corte incontrate con i piccoli elementi del secondo periodo dei gruppi 15, 16 e 17. I [[Composto chimico|composti]] stabili con legami N–N sono limitati a catene di non più di tre atomi di azoto, come lo [[Azoturo|ione azide]] (N₃⁻).<ref name=":24" />

L'azoto è l'unico [[Gruppo dell'azoto|pnicogeno]] che normalmente forma legami multipli con sé stesso e con altri elementi del secondo periodo, utilizzando la [[Stato quantico|sovrapposizione π]] degli [[Orbitale molecolare|orbitali np]] adiacenti. Pertanto, il legame N≡N è più forte (DN≡N = 942 kJ/mol) rispetto ai legami N–N e N=N (DN–N = 167 kJ/mol; DN=N = 418 kJ/mol), dunque tutti i composti contenenti legami N–N e N=N sono [[Termodinamica|termodinamicamente]] instabili rispetto alla formazione di N₂. In effetti, la formazione del legame N≡N è così favorita termodinamicamente che praticamente tutti i composti contenenti legami N–N sono potenzialmente [[Esplosivo|esplosivi]].<ref name=":24" />

==== Stereochimica ====

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|style="text-align:left"|[[nitruri|nitruri ternari]]

|}

L'azoto forma legami con tutti gli elementi della tavola periodica ad eccezione dei [[gas nobili]] più leggeri ([[Elio|He]], [[Neon|Ne]] e [[Argon|Ar]]). Nella tabella a fianco sono riportate le numerose [[stereochimiche]] che può adottare.

=== Reazioni nell'atmosfera ===

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=== Reazioni a temperature elevate ===

A temperature più elevate l'N₂ reagisce con elementi più elettropositivi, come quelli del [[Gruppo del boro|gruppo 13]], per dare [[nitruri]] binari, che vanno da covalenti a ionici. Come i corrispondenti composti del carbonio, i composti binari dell'azoto con ossigeno, idrogeno o altri non metalli sono solitamente sostanze molecolari covalenti.<ref name=":24" />

A temperature elevate N₂ mostra una reattività maggiore combinandosi direttamente con [[berillio]], [[magnesio]], [[Calcio (elemento chimico)|calcio]], [[stronzio]], [[bario]], [[torio]], [[alluminio]], [[scandio]], [[titanio]], [[vanadio]], [[cromo]], [[manganese]], [[ittrio]], [[zirconio]], [[afnio]], [[molibdeno]], [[tungsteno]], [[torio]], [[uranio]], [[plutonio]] e tutti i [[lantanoidi]] con formazione dei rispettivi [[nitruri]].

Pochi composti molecolari binari dell'azoto si formano per reazione diretta degli elementi. Ad alte temperature, N₂ reagisce con:<ref name=":24" />

* H₂ per formare ammoniaca,

* O₂ per formare una miscela di NO e NO₂,

* il carbonio per formare [[cianogeno]] (N≡C–C≡N)

L'azoto elementare non reagisce con gli [[alogeni]] o altri [[Elementi del gruppo 16|calcogeni]]. Tuttavia, tutti gli [[alogenuri di azoto binari]] (NX₃) sono conosciuti. Ad eccezione di NF₃, tutti sono [[Veleno|tossici]], termodinamicamente instabili e potenzialmente esplosivi, e tutti vengono preparati reagendo l'alogeno con NH₃ piuttosto che con N₂.<ref name=":24" />

Sia il [[monossido di azoto]] (NO) che il [[Diossido di azoto|biossido di azoto]] (NO2) sono termodinamicamente instabili, con [[Energia libera|energie libere]] di formazione positive. A differenza di NO, NO₂ reagisce prontamente con acqua in eccesso, formando una miscela 1:1 di [[acido nitroso]] (HNO₂) e [[acido nitrico]] (HNO₃). L'azoto forma anche N₂O ([[Ossido di diazoto|monossido di diazoto]], o ossido nitroso), una molecola lineare [[Isoelettronico|isoelettronica]] con il [[Anidride carbonica|CO₂]] e può essere rappresentata come −N=N+=O. Come gli altri due ossidi di azoto, l'ossido nitroso è termodinamicamente instabile.<ref name=":24" />

Ad alte temperature, l'azoto reagisce con i [[Metallo|metalli]] altamente elettropositivi per formare nitruri ionici, come [[Nitruro di litio|Li₃N]] e [[Nitruro di calcio|Ca₃N₂]]. Questi composti sono costituiti da [[Reticolo di Bravais|reticoli ionici]] formati da ioni Mn⁺ e N³⁻. Proprio come il [[boro]] forma boruri interstiziali e il carbonio forma carburi interstiziali, con i metalli meno elettropositivi l'azoto forma una gamma di nitruri interstiziali, nei quali l'azoto occupa i "vuoti" di una struttura metallica compatta. Come i carburi e i boruri interstiziali, queste sostanze sono tipicamente materiali molto duri, con elevati [[Punto di fusione|punti di fusione]], una lucentezza metallica e [[Conduttività elettrica|conduttività]].<ref name=":24" />

L'azoto reagisce anche con i [[Metalloide|metalloidi]] a temperature molto elevate per produrre nitruri covalenti, come [[Nitruro di silicio|Si₃N₄]] e [[Nitruro di boro|BN]], che sono [[Solido|solidi]] con strutture reticolari covalenti estese simili a quelle della [[grafite]] o del diamante. Di conseguenza, sono materiali solitamente ad alto punto di fusione e chimicamente inerti.<ref name=":24" />

Scaldando il [[Coke (carbone)|coke]] all'incendescenza in atmosfera di azoto, si ha la sintesi di [[cianogeno]], (CN)₂.

=== Processo di Haber-Bosch ===

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{{vedi anche|composti dell'azoto}}

== Applicazioni ==

Circa il 90% dell'azoto prodotto oggi viene utilizzato per fornire un'atmosfera inerte per processi o reazioni sensibili all'ossigeno, come la produzione dell'[[acciaio]], la [[Raffineria di petrolio|raffinazione del petrolio]] e il [[Confezionamento degli alimenti|confezionamento di alimenti]] e [[Farmaco|prodotti farmaceutici]].<ref name=":24" />

=== Fertilizzanti ===