O nitrogênio foi descoberto independentemente por vários químicos no final do século XVIII. Em 1772, o médico e químico escocês Daniel Rutherford (1749-1819) isolou este gás removendo o oxigênio e o dióxido de carbono do ar, deixando um resíduo gasoso que ele chamou de "ar viciado" ou "ar flogisticado". Na mesma época, Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) na Suécia, Henry Cavendish (1731-1810) na Inglaterra e Joseph Priestley (1733-1804) realizaram experimentos similares. Em 1790, o químico francês Jean-Antoine Chaptal (1756-1832) propôs o nome azote (do grego a = sem e zoe = vida), enfatizando que este gás não poderia sustentar a vida ou a combustão. O nome inglês "nitrogen" (gerador de nitrato) foi introduzido em 1790 por Chaptal também, em referência ao salitre (nitrato de potássio).
O nitrogênio (símbolo N, número atômico 7) é um não-metal do grupo 15 (pnicogênios) da tabela periódica, composto por sete prótons, geralmente sete nêutrons (para o isótopo mais comum) e sete elétrons. Os dois isótopos estáveis são o nitrogênio-14 \(\,^{14}\mathrm{N}\) (≈ 99,636%) e o nitrogênio-15 \(\,^{15}\mathrm{N}\) (≈ 0,364%).
À temperatura ambiente, o nitrogênio existe como um gás diatômico (N₂), incolor, inodoro e relativamente inerte quimicamente. A molécula N₂ possui uma ligação tripla muito forte (N≡N) que a torna particularmente estável e pouco reativa em condições normais. Esta estabilidade explica por que o gás nitrogênio constitui cerca de 78% da atmosfera terrestre em volume. O gás N₂ tem uma densidade de aproximadamente 1,251 g/L à temperatura e pressão padrão. A temperatura na qual os estados líquido e sólido podem coexistir (ponto de fusão): 63,15 K (−210,00 °C). A temperatura na qual passa do estado líquido para o gasoso (ponto de ebulição): 77,355 K (−195,795 °C).
| Isótopo / Notação | Prótons (Z) | Nêutrons (N) | Massa atômica (u) | Abundância natural | Meia-vida / Estabilidade | Decaimento / Observações |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Nitrogênio-13 — \(\,^{13}\mathrm{N}\,\) | 7 | 6 | 13.005739 u | Não natural | 9,965 minutos | Radioativo β\(^+\) decai para \(\,^{13}\mathrm{C}\); usado em tomografia por emissão de pósitrons (PET). |
| Nitrogênio-14 — \(\,^{14}\mathrm{N}\,\) | 7 | 7 | 14.003074 u | ≈ 99,636 % | Estável | Isótopo majoritário; base de todas as proteínas e ácidos nucleicos da vida terrestre. |
| Nitrogênio-15 — \(\,^{15}\mathrm{N}\,\) | 7 | 8 | 15.000109 u | ≈ 0,364 % | Estável | Utilizado em espectroscopia de RMN, como traçador em biologia e para estudar o ciclo do nitrogênio. |
| Nitrogênio-16 — \(\,^{16}\mathrm{N}\,\) | 7 | 9 | 16.006102 u | Não natural | 7,13 s | Radioativo β\(^-\) decai para \(\,^{16}\mathrm{O}\); produzido em reatores nucleares. |
| Nitrogênio-17 — \(\,^{17}\mathrm{N}\,\) | 7 | 10 | 17.008450 u | Não natural | 4,173 s | Radioativo β\(^-\); usado em pesquisa nuclear. |
| Outros isótopos — \(\,^{10}\mathrm{N}-\,^{12}\mathrm{N},\,^{18}\mathrm{N}-\,^{25}\mathrm{N}\) | 7 | 3-5, 11-18 | — (ressonâncias) | Não naturais | \(10^{-22}\) — 0,63 s | Estados muito instáveis observados em física nuclear; decaimento por emissão de partículas ou radioatividade β. |
O nitrogênio tem cinco elétrons de valência e forma tipicamente três ligações covalentes (estado de oxidação −3 na amônia NH₃) ou pode perder seus elétrons para atingir vários estados de oxidação de −3 a +5. A ligação tripla N≡N na molécula diatômica N₂ é uma das ligações químicas mais fortes conhecidas (energia de dissociação ≈ 945 kJ/mol), tornando o nitrogênio molecular muito pouco reativo à temperatura ambiente. Esta inércia é explorada industrialmente para criar atmosferas inertes protetoras.
No entanto, uma vez quebrada a ligação tripla (requer alta temperatura, alta pressão ou catalisadores), o nitrogênio se torna muito reativo. Forma compostos com quase todos os elementos, notavelmente com hidrogênio (amônia NH₃, hidrazina N₂H₄), oxigênio (óxidos de nitrogênio: NO, NO₂, N₂O, N₂O₃, N₂O₅), halogênios (tri-haletos de nitrogênio) e muitos metais (nitretos). Os compostos nitrogenados exibem uma gama extraordinária de propriedades, desde fertilizantes essenciais (nitratos, amônia) até explosivos poderosos (TNT, nitroglicerina) até proteínas e ácidos nucleicos da vida.
O ciclo do nitrogênio é um dos ciclos biogeoquímicos mais importantes na Terra. Embora o N₂ seja abundante na atmosfera, a maioria dos organismos não pode usá-lo diretamente. A fixação biológica de nitrogênio por certas bactérias (simbióticas ou de vida livre) converte N₂ em amônia, que pode então ser assimilada pelas plantas. Outras bactérias realizam a nitrificação (conversão em nitritos e depois nitratos) e a desnitrificação (retorno do nitrogênio à atmosfera). A humanidade perturbou profundamente este ciclo natural com a produção industrial massiva de fertilizantes nitrogenados (processo Haber-Bosch).
O nitrogênio é o quinto elemento mais abundante no universo observável (depois do hidrogênio, hélio, oxigênio e carbono) e desempenha um papel importante na evolução química das galáxias. Ao contrário dos elementos primordiais, o nitrogênio é inteiramente produzido por nucleossíntese estelar.
A principal via de produção de nitrogênio nas estrelas é o ciclo CNO (carbono-nitrogênio-oxigênio), onde o nitrogênio aparece como um intermediário catalítico na fusão do hidrogênio em hélio. Em estrelas massivas, este ciclo domina a produção de energia. O nitrogênio-14 é produzido principalmente em estrelas de massa intermediária (2-8 massas solares) durante a fase AGB (ramo assintótico das gigantes), onde é sintetizado a partir do carbono através do ciclo CN. Estas estrelas enriquecem então o meio interestelar com nitrogênio através de seus poderosos ventos estelares.
O nitrogênio também pode ser produzido por reações de espalação no meio interestelar (fragmentação de átomos mais pesados por raios cósmicos), embora esta contribuição seja menor em comparação com a nucleossíntese estelar.
No meio interestelar, o nitrogênio existe em várias formas: atômico (N, N⁺), molecular (N₂, CN, HCN, NH₃ e muitas outras moléculas complexas contendo nitrogênio). Moléculas contendo nitrogênio são traçadores importantes das condições físicas e químicas em nuvens moleculares densas onde as estrelas se formam. O dinitrogênio (N₂) é difícil de detectar diretamente no espaço devido à falta de um momento dipolar permanente, mas sua abundância pode ser inferida indiretamente através de outras espécies nitrogenadas.
A proporção isotópica ¹⁴N/¹⁵N varia consideravelmente no universo e fornece informações valiosas sobre os processos de nucleossíntese e mistura nas estrelas. Esta proporção, medida em meteoritos, cometas, atmosferas planetárias e o meio interestelar, revela a história complexa do reciclo da matéria em nossa galáxia. O sistema solar tem uma proporção ¹⁴N/¹⁵N de cerca de 272, mas esta proporção pode variar significativamente dependendo das fontes e objetos observados.
Nas atmosferas planetárias, o nitrogênio desempenha um papel importante. Na Terra, constitui 78% da atmosfera e é essencial à vida. Em Titã (lua de Saturno), a atmosfera é 98% nitrogênio. O estudo do nitrogênio nas atmosferas e seu ciclo químico em diferentes corpos do sistema solar e em exoplanetas potencialmente habitáveis é crucial para entender a evolução planetária e a busca por vida extraterrestre.
N.B.:
O processo Haber-Bosch, desenvolvido no início do século XX, revolucionou a agricultura global ao permitir a síntese industrial de amônia a partir de nitrogênio atmosférico e hidrogênio sob alta pressão e temperatura, com um catalisador de ferro. Esta inovação permitiu a produção massiva de fertilizantes nitrogenados, aumentando significativamente os rendimentos agrícolas e alimentando uma população mundial em crescimento exponencial. Estima-se que mais da metade do nitrogênio presente nas proteínas humanas hoje provém do nitrogênio fixado artificialmente por este processo. No entanto, esta fixação industrial massiva de nitrogênio (cerca de 150 milhões de toneladas por ano) agora supera em muito a fixação biológica natural e criou grandes problemas ambientais: poluição da água por nitratos, eutrofização dos ecossistemas aquáticos, emissões de óxido nitroso (N₂O, um potente gás de efeito estufa) e uma perturbação profunda do ciclo natural do nitrogênio em escala planetária. O desafio do século XXI é manter a produção de alimentos enquanto se restaura um ciclo do nitrogênio mais equilibrado e sustentável.
Berílio (Z=4): um metal
raro com propriedades excepcionais 
