¿Es el N2 polar o no polar?

¿Has hecho alguna vez un experimento en el que sumerges una flor en una sustancia fría y la haces añicos sobre una mesa como si fuera de cristal? Eso era nitrógeno líquido. Incluso los alimentos que consumes y que pueden durar mucho tiempo fueron sin duda conservados con gas nitrógeno. Sin embargo, cuando miramos la estructura química del N2, una pregunta común que puede tener un nuevo químico es si el N2 es polar o no polar. Exploremos algunos temas sobre la estructura y la reactividad del N2 para encontrar la respuesta.

Entonces, ¿el N2 es polar o no polar? El N2 es una molécula no polar debido a su estructura geométrica lineal y es una molécula diatómica. Como resultado, ambos átomos tienen igual electronegatividad y comparten la misma proporción de carga y la molécula en su conjunto tiene un momento dipolar neto nulo, lo que la convierte en una molécula no polar.

El nitrógeno, o N2, es una sustancia química muy abundante y necesaria para la vida biológica y los procesos industriales. El nitrógeno constituye el 78% en volumen del aire que respiramos cada día, y se encuentra en forma de compuesto en todos los seres vivos.

El nitrógeno también es abundante en la química industrial, incluyendo fertilizantes, tintes, nylon y explosivos. Lo más común es que cualquier producto de limpieza que haya utilizado con amoníaco, NH3, haya sido fabricado con nitrógeno molecular.

Polaridad basada en la electronegatividad

Cuando los átomos forman enlaces para crear moléculas, podemos determinar el nivel de polaridad que presentará la molécula. Los enlaces iónicos transfieren completamente los electrones de valencia entre los átomos para formar una carga para ambos átomos.

Por ejemplo, cuando el sodio (Na) se enlaza con el cloro (Cl), el sodio cede su electrón de valencia al cloro, formando Na+y Cl-, la forma más estable de estos átomos.

Sin embargo, estamos hablando de enlaces covalentes, que comparten electrones entre átomos. Estos enlaces se producen entre no metales, y los enlaces covalentes pueden ser polares o no polares.

Cuando se producen enlaces covalentes, hay una transferencia de densidad de electrones de un átomo a otro. Si las electronegatividades de los átomos no son iguales, los electrones no se repartirán por igual, formando cargas parcialmente iónicas en cada átomo.

Un gran ejemplo de esto es la formación del ácido clorhídrico o HCl.

Las electronegatividades se suelen proporcionar para el elemento que se utiliza, así que las proporcionaré aquí. El hidrógeno (H) tiene una electronegatividad de 2,1, mientras que el cloro (Cl) tiene una electronegatividad de 3,0; cuanto mayor sea la electronegatividad, más negativo será un átomo cuando sea estable.

El hidrógeno tiene un electrón de valencia y quiere dos para completar su capa de valencia; el cloro tiene siete electrones y quiere ocho para completar su capa de valencia. Así, compartirán su único electrón, formando un enlace covalente.

Sin embargo, el cloro tomará más densidad de electrones ya que su electronegatividad es mayor que la del hidrógeno.

Esto significa que el cloro va a mostrar una carga parcial negativa por su mayor densidad de electrones. Por el contrario, el hidrógeno desarrolla una carga positiva parcial debido a su falta de densidad de electrones.

Esto crea un momento dipolar, que dirige la densidad de electrones a la molécula más electronegativa.

Por lo tanto, una molécula de ácido clorhídrico va a ser polar porque hay una diferencia de electronegatividades y un momento dipolar molecular.

Aquí está el artículo para comprobar la polaridad del HCl.

¿Por qué el N2 es una molécula no polar?

Apliquemos esta lógica al N2. Los átomos de nitrógeno tienen una electronegatividad de aproximadamente 3,04. Pero en el nitrógeno gaseoso es una molécula homonuclear, lo que significa que son dos átomos iguales unidos entre sí.

No habría diferencia de electronegatividad entre los dos átomos de nitrógeno, lo que significa que compartirían la densidad electrónica por igual.

Si la densidad electrónica se comparte por igual entre los dos átomos, no se puede formar ningún momento dipolar. Por lo tanto, podemos asumir que el N2 es no polar.

Estructura de Lewis del N2

Una estructura de Lewis es una representación muy simple de los electrones de valencia, o más externos, de una molécula. No explica la geometría de la molécula, pero es un paso adelante en la aproximación a la geografía.

Pero para saber si el N2 es polar o no polar, la Estructura de Lewis puede revelar la mejor composición de electrones de la molécula.

El nitrógeno es un miembro del Grupo 5A en la tabla periódica, lo que significa que su capa más externa tiene cinco electrones. La estructura de Lewis de un solo átomo de nitrógeno es la siguiente.

El nitrógeno, como la mayoría de los elementos de la tabla periódica, sigue la regla del octeto, lo que significa que quiere tener ocho electrones en su capa exterior.

Así que buscará otros átomos que también quieran completar la regla del octeto para poder compartir los electrones de valencia. Por ejemplo, el amoníaco es un compuesto formado por una molécula de nitrógeno y tres de hidrógeno.

El objetivo es crear pares de electrones: en la parte superior de la estructura de Lewis para un átomo de nitrógeno, ya hay un par de electrones o un par solitario, por lo que no están disponibles para el enlace.

Los otros tres electrones simples están disponibles para hacer enlaces covalentes o enlaces que comparten los electrones entre dos átomos, con otros átomos que tienen electrones simples.

El hidrógeno tiene un electrón, y sólo necesita dos electrones para completar su capa exterior; por lo tanto, el nitrógeno tiene espacio para tres átomos de hidrógeno.

Como se muestra a continuación, el nitrógeno tiene ahora ocho electrones que lo rodean, en forma de un par solitario y tres enlaces simples.

Ahora la regla del octeto del nitrógeno está completa, y el hidrógeno tiene los dos electrones necesarios para una capa de valencia completa.

Esto nos deja con la estructura de Lewis del amoníaco, que coincide con su fórmula molecular, NH3. Revisa el artículo para ver la polaridad del NH3.

Ahora tomemos la fórmula molecular del nitrógeno, N2. El nitrógeno es una molécula diatómica, lo que significa que a temperatura y presión estándar (1 atm a 25°C), los átomos de nitrógeno se enlazan naturalmente con otro átomo de nitrógeno para cumplir la regla del octeto de átomos.

El nitrógeno existe en esta familia con otras moléculas diatómicas, como el oxígeno, el hidrógeno y los cuatro halógenos (flúor, cloro, yodo y bromo). Entonces, ¿cuál es la estructura de Lewis de N2?

Bien, recordando que el nitrógeno tiene cinco electrones de valencia, con dos de estos electrones formando un par solitario, necesitan completar la regla del octeto uniendo sus otros tres electrones libres.

Como se muestra en la figura anterior, un electrón de una molécula de nitrógeno formará un enlace simple con otro electrón del otro nitrógeno.

Para que ambos átomos de nitrógeno cumplan la regla del octeto, los tres electrones libres formarán enlaces, creando un triple enlace. Por lo tanto, una molécula de nitrógeno existe en la naturaleza con un triple enlace, por lo que es de baja energía y estable en la naturaleza.

Geometría molecular de N2

Ahora que hemos cubierto la estructura de Lewis, podemos explorar la geometría molecular para N2.

Típicamente se puede predecir la estructura de la molécula a partir de la estructura de Lewis, pero la estructura de Lewis puede dirigirnos a la repulsión de pares de electrones de la cáscara de valencia, o teoría VSEPR.

La teoría VSEPR trabaja en la suposición de que la geometría de una molécula minimizará la repulsión entre los electrones de la capa de valencia de ese átomo.

Recuerda que los electrones son negativos y, al igual que los imanes, se repelen entre sí si se acercan demasiado, creando una tensión en la molécula. Por lo tanto, queremos minimizar esa tensión.

Sabemos que el nitrógeno gaseoso existe como una molécula diatómica, y la estructura de Lewis muestra sólo dos átomos que participan en su estructura.

De acuerdo con la teoría VSEPR, la única estructura que podría tomar el N2 es lineal, o simplemente una línea recta. Esto significa que los dos átomos están separados en un ángulo de 180°., como se ve a continuación.

Típicamente, las moléculas lineales serán no polares, pero no siempre es así (véase: ácido clorhídrico, ácido fluorhídrico, monóxido de carbono), por lo que no podemos suponer que el N2 sea no polar sólo por esto.

Para ello, tendremos que profundizar un poco más en la densidad de electrones y la electronegatividad como ya se ha comentado anteriormente.

Para una mayor comprensión, también deberías repasar el artículo sobre Estructura de Lewis y Geometría Molecular del N2, e Hibridación.

Conclusión

El nitrógeno como compuesto es tremendamente abundante en nuestra vida cotidiana. Como molécula diatómica y homonuclear, podemos determinar su polaridad a partir de su estructura, geometría y densidad de electrones.

Descubrimos que el nitrógeno gaseoso forma un fuerte triple enlace, tiene una geometría lineal con 180° entre los átomos de nitrógeno y comparte su densidad de electrones por igual entre los átomos de nitrógeno. Por lo tanto, podemos determinar que el gas nitrógeno es no polar.