Ciclo Del Nitrógeno
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Ciclo Del Nitrógeno
- 1. Ciclo del Nitrógeno Fabiola Rivera Velarde
- 2. El nitrógeno Número atómico 7 Valencia 1,2,+3,-3,4,5 Estado de oxidación - 3 Electronegatividad 3,0 Radio covalente (Å) 0,75 Radio iónico (Å) 1,71 Radio atómico (Å) 0,92 Configuración electrónica 1s 2 2s 2 2p 3 Primer potencial de ionización (eV) 14,66 Masa atómica (g/mol) 14,0067 Densidad (g/ml) 0,81 Punto de ebullición (ºC) -195,79 ºC Punto de fusión (ºC) -218,8 Descubridor Rutherford en 1772
- 7. Nódulos
Notas del editor
- El nitrógeno es un elemento químico , de número atómico 7, símbolo N y que en condiciones normales forma un gas diatómico ( nitrógeno diatómico o molecular) que constituye del orden del 78% del aire atmosférico . En ocasiones es llamado ázoe (antiguamente se usó también Az como símbolo del nitrógeno). Pertenece al grupo 15 (o VA) de la tabla periódica. El nitrógeno fue aislado por el físico británico Daniel Rutherford en 1772 y reconocido en 1776 como gas elemental por el químico francés Antoine Laurent de Lavoisier.
- El nitrógeno es componente esencial de los aminoácidos y los ácidos nucleicos , vitales para la vida y los seres vivos. Las legumbres son capaces de absorber el nitrógeno directamente del aire mediante las bacterias que viven en simbiosis con ellas, siendo éste transformado en amoníaco y luego en nitrato. El nitrato es posteriormente utilizado por la planta para formar el grupo amino de los aminoácidos de las proteínas que finalmente se incorporan a la cadena trófica . En la industria química, la mayor parte del nitrógeno utilizado se obtiene por destilación fraccionada del aire líquido, y se usa para sintetizar amoníaco. A partir de este amoníaco se preparan una gran variedad de productos químicos, como fertilizantes, ácido nítrico, urea, hidracina y aminas. También se usa el amoníaco para elaborar óxido nitroso (N 2 O), un gas incoloro conocido popularmente como gas de la risa. Este gas, mezclado con oxígeno, se utiliza como anestésico en cirugía. El nitrógeno líquido tiene una aplicación muy extendida en el campo de la criogenia como agente enfriante. Su uso se ha visto incrementado con la llegada de los materiales cerámicos que se vuelven superconductores en el punto de ebullición del nitrógeno.
- El ciclo del nitrógeno es cada uno de los procesos biológicos y abióticos en que se basa el suministro de este elemento a los seres vivos. Es uno de los ciclos biogeoquímicos importantes en que se basa el equilibrio dinámico de composición de la biosfera .
- El nitrógeno es crucial para todos los organismos porque es parte esencial de las moléculas de proteínas, ácidos nucleicos y clorofila. Puesto que la atmósfera terrestre es aproximadamente 78 % de nitrógeno gaseoso (N 2 ), podría parecer imposible una baja disponibilidad de este elemento para los organismos. Sin embargo, el nitrógeno molecular es tan estable que no se combina con facilidad con otros elementos. Así, el N 2 debe ser escindido para que el nitrógeno pueda combinarse con otros elementos y formar proteínas, ácidos nucleicos y clorofila. La reacción química que separa el nitrógeno molecular y combina los átomos resultantes con oxígeno e hidrógeno requiere mucha energía. Además, ni las plantas ni los animales pueden extraer el gas nitrógeno de la atmósfera porque carecen de las enzimas necesarias para este proceso. Por consiguiente, las plantas necesitan una provisión de nitrato (NO 3 - ) o amoniaco (NH 3 ) ya que de alguna forma necesitan adquirir el nitrógeno necesario para la formación de sus estructuras. El ciclo del nitrógeno, en el que dicho elemento circula entre el ambiente abiótico y los organismos, tiene cinco fases: fijación de nitrógeno, nitrificación, asimilación, amonificación y desnitrificación. Todos estos pasos excepto la asimilación son realizados por bacterias.
- Implica la conversión de Nitrógeno gaseoso (N2) en amoniaco (NH3). Este proceso se llama fijación del nitrógeno porque dicho elemento se fija en una forma utilizable para los organismos. Existen 3 formas de fijación de nitrógeno: Fijación biológica: Se realiza mediante la acción de las bacterias fijadoras de nitrógeno que poseen las enzimas necesarias para este proceso, como Azotobacter, Clostridium y Rhizobium y algunas cianofíceas en el agua. Algunas de esas bacterias viven libremente en el suelo. Sin embargo, la fijación de nitrógeno es muy costosa en términos de energía, pues consume al menos 12 moléculas de ATP por cada ión amonio sintetizado. Por ello, las bacterias no suelen fabricar mucho amonio extra que iría a dar al suelo. Algunas plantas, sobre todo las leguminosas (chícharos, trébol y soya), forjan una relación mutuamente benéfica con ciertas especies de bacterias fijadoras de nitrógeno. Al secretar sustancias químicas al suelo, las leguminosas atraen a bacterias fijadoras de nitrógeno hacia sus raíces. Una vez ahí, las bacterias entran en los pelos radiculares y digieren canales a través del citoplasma de las células epidérmicas y dentro de las células subyacentes de la corteza. Al multiplicarse tanto las bacterias como sus células huéspedes de la corteza, se forma un nódulo: un abultamiento que alberga los complejos raíz-bacterias. Se desarrolla una relación cooperativa. La planta transporta azúcares de sus hojas a la corteza, como hace normalmente para almacenarlos. Las bacterias que están en las células de la corteza toman el azúcar y utilizan su energía para todos sus procesos metabólicos, entre ellos la fijación de nitrógeno. Las bacterias obtienen tanta energía que producen más amonio del que necesitan. El exceso de amonio se difunde al citoplasma de sus células huéspedes y proporciona a la planta un abasto constante de nitrógeno utilizable. El exceso de amonio también se difunde por el suelo circundante y lo hace más propicio para el crecimiento de otros tipos de plantas. Los agricultores plantan leguminosas no sólo por su valor comercial, sino también para enriquecer el suelo con amonio para cosechas futuras. En ambientes acuáticos, las cianobacterias realizan la mayor parte de la fijación de nitrógeno. Las cianobacterias filamentosas tienen células excluidoras de oxígeno llamadas heterosistos, que participan en la fijación de Nitrógeno. Fijación atmosférica: Se realiza mediante un proceso físico-químico, que se presenta cuando los relámpagos convierten el nitrógeno atmosférico en ácido nítrico. Este se disuelve en la lluvia y se precipita al suelo. Las plantas lo adquieren al absorber el agua y otros minerales a través de sus raíces. Fijación industrial: Se realiza mediante un proceso físico-químico y que se basa en el mismo principio de la fijación atmosférica.
- Algunas plantas, sobre todo las leguminosas (chícharos, trébol y soya), forjan una relación mutuamente benéfica con ciertas especies de bacterias fijadoras de nitrógeno. Al secretar sustancias químicas al suelo, las leguminosas atraen a bacterias fijadoras de nitrógeno hacia sus raíces. Una vez ahí, las bacterias entran en los pelos radiculares y digieren canales a través del citoplasma de las células epidérmicas y dentro de las células subyacentes de la corteza. Al multiplicarse tanto las bacterias como sus células huéspedes de la corteza, se forma un nódulo: un abultamiento que alberga los complejos raíz-bacterias. Se desarrolla una relación cooperativa. La planta transporta azúcares de sus hojas a la corteza, como hace normalmente para almacenarlos. Las bacterias que están en las células de la corteza toman el azúcar y utilizan su energía para todos sus procesos metabólicos, entre ellos la fijación de nitrógeno. Las bacterias obtienen tanta energía que producen más amonio del que necesitan. El exceso de amonio se difunde al citoplasma de sus células huéspedes y proporciona a la planta un abasto constante de nitrógeno utilizable. El exceso de amonio también se difunde por el suelo circundante y lo hace más propicio para el crecimiento de otros tipos de plantas. Los agricultores plantan leguminosas no sólo por su valor comercial, sino también para enriquecer el suelo con amonio para cosechas futuras.
- Es la conversión de amoniaco (NH 3 ) en nitrato (NO 3 - ). Es un proceso en dos etapas realizado por bacterias del suelo. Primero, las bacterias del suelo Nitrosomonas y Ntírococcus convierten el amoniaco en nitrito (NO 2 - ). Después la bacteria del suelo Nitrobacter oxida el nitrito a nitrato. El proceso de nitrificación aporta energía a estas bacterias, llamadas bacterias nitrificantes.
- Durante la asimilación, las raíces de las plantas absorben el amoniaco (NH 3 ) o el nitrato (NO 3 - ) que se formaron por fijación y nitrificación, e incorporan el nitrógeno en proteínas, ácidos nucleicos y clorofila. Cuando los animales comen tejidos de las plantas también asimilan nitrógeno al consumir los compuestos nitrogenados vegetales y convertirlos en compuestos nitrogenados animales.
- Es la conversión de compuestos nitrogenados orgánicos en amoniaco. Comienza cuando los organismos producen desechos nitrogenados como urea (en la orina) y ácido úrico (en las excretas de las aves). Estas sustancias y los compuestos de nitrógeno contenidos en los organismos muertos son degradados para liberar como amoniaco (NH 3 ) el nitrógeno en el ambiente abiótico. Las bacterias que realizan este proceso tanto en el suelo como en ambientes acuáticos reciben el nombre de bacterias amonificantes. El amoniaco producido por amonificación queda disponible una vez más para los procesos de nitrificación y asimilación; de hecho, la mayor parte del nitrógeno disponible en el suelo proviene de la recirculación de nitrógeno orgánico por amonificación.
- Es la reducción de nitrato (NH 3 ) a nitrógeno gaseoso (N 2 ). Las bacterias desnitrificantes revierten la acción de las bacterias fijadoras de nitrógeno y nitrificantes; esto es, devuelven nitrógeno a la atmósfera en la forma de gas. Las bacterias desnitrificantes son anaerobias, por lo que viven y prosperan más en sitios con poco o nada de oxígeno libre. Por ejemplo, se encuentran en capas profundas del suelo cerca del nivel freático, un ambiente casi anóxico.
- El ser humano afecta el ciclo del nitrógeno al producir grandes cantidades de fertilizante nitrogenado, tanto amoniaco como nitrato, a partir de nitrógeno gaseoso. El uso creciente de fertilizantes ha dado por resultado mayores rendimientos de los cultivos. En 1997, por ejemplo, en todo el mundo se usaron 131 millones de toneladas de fertilizantes; esta cantidad equivale a 22.4 kg de fertilizante por persona. Si bien la producción y el uso de fertilizantes no son perjudiciales, el abuso de los fertilizantes comerciales en tierra puede causar problemas de calidad del agua. La cantidad de nitrato o amoniaco en la mayor parte de los ecosistemas acuáticos es limitada, y por tanto limita la proliferación del fitoplancton. El fertilizante a base de nitrato-es arrastrado por la lluvia hacia ríos y lagos, donde estimula la proliferación de algas. Cuando éstas mueren, su descomposición por bacterias aerobias consume el oxígeno disuelto del agua, lo que a su vez provoca que otros organismos acuáticos, incluidos muchos peces, mueran asfixiados. Los nitratos de los fertilizantes también pueden lixiviarse (disolverse y filtrarse) a través del suelo y contaminar el agua subterránea. Muchas personas del medio rural beben agua de pozos, la que resulta tóxica (en especial para los niños) cuando está contaminada por nitratos. Nitratos y nitritos son conocidos por causar varios efectos sobre la salud. Estos son los efectos más comunes: Reacciones con la hemoglobina en la sangre, causando una disminución en la capacidad de transporte de oxígeno por la sangre (nitrito). Disminución del funcionamiento de la glándula tiroidea (nitrato). Bajo almacenamiento de la vitamina A (nitrato). Producción de nitrosaminas, las cuales son conocidas como una de las más comunes causas de cáncer (nitratos y nitritos). También es necesario mencionar que cada año, los automóviles, las centrales termoeléctricas y la industria emiten 24 millones de toneladas de óxido de nitrógeno (sólo en Estados Unidos). A finales de la década de 1960 se identificó la producción excesiva de esta sustancia como la causa de una creciente ambiental: la lluvia ácida o, en términos más precisos, la sedimentación ácida. Al combinarse con el vapor de agua de la atmósfera, los óxidos de nitrógeno se transforman en ácido nítrico. Algunos días después, y con frecuencia a cientos miles de kilómetros de la fuente, el ácido se precipita y corroe las estatuas y edificios, dañan los árboles y los cultivos y dejan los lagos sin vida.