Autora:
Antonella Alejandra Barilá
Fecha: 25 de julio del 2018
Introducción:
En este practico, trabajaremos los compuestos
químicos que tengan relación con el ciclo del Nitrógeno. Veremos cómo se
relacionan con la biología como por ejemplo el N2, que lo van a utilizar las
bacterias fijadoras, el amonio que es asimilado por las plantas y es también
resultado químico de la descomposición de animales y plantas muertas ó
desechos; el nitrato y el nitrito donde las bacterias nitrificantes van a obtener
energía de ello. También tendremos en
cuenta las interrupciones de este ciclo y sus componentes debido a la manipulación industrial del ser humano y las
consecuencias que contrae.
¿Por qué el nitrógeno atmosférico no puede ser
utilizado por los organismos superiores?
¿Se terminaría la vida en la tierra por una
constante pérdida de nitrógeno (desnitrificación)?
Datos
de los compuestos
v
Tipo de
compuesto, esquema de la estructura química y características químicas.
Di
nitrógeno o Nitrógeno molecular El N2
·
Es una molécula diatómica homonuclear (compuestas sólo por un elemento) formada
por dos átomos de nitrógeno.
·
Enlaces triples.
·
Es un gas (a condiciones normales de presión y
temperatura) que constituye el orden del 78 % del aire atmosférico.
·
Se encuentra en forma libre (estado gaseoso) y en
mayor abundancia en la atmósfera (78 %.).
·
Es un elemento muy estable, y
por esa razón no es propenso a intervenir en reacciones químicas y combinándose con otros
elementos y, por tanto, es difícil que los organismos lo asimilen.
·
Se necesita de una gran cantidad de energía para
desdoblarlo.
El nitrato NO3¯
·
Forma
inorgánica
·
Es
un oxoanion
·
Soluble en Agua
·
Contienen
nitrógeno y oxígeno.
·
El
nitrato es un ion de origen natural que forma parte del ciclo del nitrógeno.
·
Los nitratos son sales o ésteres del ácido nítrico HNO3.
·
Los nitratos tienen en su composición el anión NO3¯.
Cuando el nitrógeno se encuentra en el estado de oxidación +5, éste se
encuentra en un triángulo que está formado por tres oxígenos.
Nitrito NO2¯
·
Es un Ion poliatomico.
·
Es una Sal formada por combinación del ácido nitroso y una
base.
·
En el ambiente nitrito (NO2 - )
generalmente se convierte a nitrato (NO3 - ), lo que significa que nitrito ocurre raramente en aguas
subterráneas.
Amonio NH3
·
Se forma mediante la protonación del amoníaco (NH3).
·
Es un ión
poliatómico cargado positivamente.
·
Radical univalente formado por
hidrógeno y nitrógeno, NH4.
·
Forma cuatro enlaces covalentes.
·
Forma
inorgánica.
·
El amonio es el nitrato más importante, es de hecho, el
producto químico que representa el principal uso del ácido nítrico.
Desarrollo
El nitrógeno es un elemento increíblemente versátil que
existe en forma inorgánica y orgánica, y a la vez en muchos y diferentes
estados de oxidación. El principal reservorio de este elemento es la atmósfera.
El 78% de la atmósfera es N2 gaseoso. Todas las formas de vida dependen del
nitrógeno. Es el componente esencial de proteínas, ácidos nucleicos y otras
macromoléculas fundamentales del metabolismo, pero que son pocos los organismos
capaces de asimilarlo como tal.
Relación de los
compuestos con los seres vivos,
Metabolismo y función.
Cada compuesto químico se relaciona
con los seres vivos a traves de los procesos principales que componen el ciclo
del nitrógeno. Estos procesos son
·
La fijación del
nitrógeno
·
La toma del
nitrógeno (crecimiento de organismos)
·
La mineralización
del nitrógeno (desintegración)
·
La nitrificación
·
La
desnitrificación.
(Imagen: nódulos de especies
leguminosas)
Se dice que, a través de esta reacción
química (fijación) el nitrógeno (N) se fija. En realidad lo que se logra es que
la sustancia nitrógeno (N2) del aire se
transforme en una forma más universalmente asimilable por los organismos vivos
como por ejemplo el amoniaco (NH3).
El amoniaco disuelto en la célula se
incorpora directamente a algún derivado de los azucares (las moléculas que se
sintetizaron en las hojas gracias a la fotosíntesis) y así se convierte en Nitrógeno
orgánico, es decir, en un átomo de nitrógeno que ya forma parte de las
sustancias celulares.
Estos compuestos como el
amoniaco y los nitratos, que la planta
los absorbió para formar sustancias celulares como proteínas y aminoácidos, son
aprovechados por los animales herbívoros para su crecimiento y formación
muscular. Los carnívoros aprovechan las proteínas a través de la carne que
consumen.
Luego que el nitrógeno se incorpora en la materia orgánica en los
organismos, frecuentemente se vuelve a convertir en nitrógeno inorgánico a
través de un proceso llamado mineralización del nitrógeno, también conocido
como desintegración. Cuando los organismos mueren, los organismos
descomponedores (como las bacterias y los hongos) consumen la materia orgánica
y llevan al proceso de descomposición. Durante este proceso, una cantidad
significativa del nitrógeno contenido dentro del organismo muerto se convierte
en amonio.
Una vez que el nitrógeno está en forma de amonio, está también
disponible para ser usado por las plantas o para transformaciones posteriores
transformándolo en nitrito (NO2¯) y en nitrato (NO3¯) a través del proceso llamado nitrificación.
Las bacterias que
llevan a cabo esta reacción obtienen energía de la misma. La nitrificación
requiere la presencia del oxígeno. Por consiguiente, la nitrificación puede
suceder solamente en ambientes ricos de oxígeno, como las aguas que circulan o
que fluyen y las capas de la superficie de los suelos y sedimentos. El proceso
de nitrificación tiene algunas importantes consecuencias. Los iones de amonio
(NH4+) tienen carga positiva y por consiguiente se pegan a partículas y
materias orgánicas del suelo que tienen carga negativa. La carga positiva
previene que el nitrógeno del amonio sea barrido del suelo por las lluvias. Por
otro lado, el ión de nitrato (NO3¯) con carga negativa no se mantiene en las
partículas del suelo y puede ser barrido del perfil de suelo. Esto lleva a una
disminución de la fertilidad del suelo y a un enriquecimiento de nitrato de las
aguas corrientes de la superficie y del subsuelo (contaminación).
Por
procesos químicos, con intervención de bacterias, los compuestos nitrogenados
como NITRATO (NO3¯) pueden ser descompuestos hasta gas nitrógeno, proceso que
se denomina desnitrificación.
De
esta forma el N2 al final, retorna a la atmósfera, para reiniciar el ciclo. El proceso es parte de un metabolismo degradativo
de la clase llamada
respiración anaerobia, en la que distintas sustancias, en este caso el nitrato,
toman el papel de oxidante
(aceptor de electrones) que en la respiración celular normal o
aerobia corresponde al oxígeno (O2). El proceso se produce en condiciones
anaerobias por bacterias que normalmente prefieren utilizar el oxígeno si está
disponible.
El proceso sigue unos pasos en los que
el átomo de
nitrógeno se encuentra sucesivamente bajo las siguientes formas:
Nitrato → nitrito → óxido nítrico → óxido nitroso → nitrógeno
molecular
Artículos
en venta
Se
encuentran en venta, entre los compuestos trabajados el nitrógeno en
forma de urea, nitratos,
compuestos de amonio o amoníaco puro para administrarse en las plantas como productos fertilizantes en la
agricultura
Degradación
y acumulación en el medio ambiente
Según
el medio ambiente del que estemos posicionados, abra una mayor acumulación o
degradación. Por ejemplo: La
lluvia aporta cantidades variables de N en forma de amonio, nitrato y óxidos de
nitrógeno, lo que constituye una fuente importante de N para algunos
ecosistemas naturales. Este aporte oscila entre 5 y 15 kg de N por hectárea y
año. No obstante, para muchos sistemas agrícolas, este valor resulta
insuficiente si lo comparamos con las necesidades que habitualmente se cubren
con fertilizantes químicos.
Reglamentación
de su utilización a nivel industrial
Hay reglamentaciones para la
utilización de estos compuestos de nitrógeno a nivel industrial para la
producción agrícola, como por ejemplo que la
dosis óptima de nitrógeno que se debe aportar a un cultivo dependa de tres
factores: el cultivo; la “fertilidad” de la parcela (parte
en que se divide un terreno agrícola) en el momento de realizar la
aplicación; y el objetivo que desean alcanzar. Por lo tanto, en la mayor parte
de los casos, la decisión de utilizar una determinada dosis no puede tomarse a
partir del mero cálculo de las extracciones que lleva a cabo el cultivo, siguiendo
las recomendaciones de los tratados clásicos de fertilización en agricultura.
Hay una normativa vigente en materia de abonado nitrogenado,
y de acuerdo con ella es que en las denominadas Zonas Vulnerables al Nitrógeno
(especialmente), antes de tomar la decisión de aplicar una determinada cantidad
de N a un cultivo debemos realizar un balance.
En este balance se trata de calcular las necesidades que
presenta el cultivo, en función de la producción esperada y restar todas las
aportaciones que van a ser realizadas, como consecuencia de: el cultivo
anterior; la cantidad de estiércol
aplicada; la materia orgánica que será mineralizada; los restos vegetales que
puedan ser incorporados; el agua de riego; y otras aportaciones.
¿Están
presentes en las etiquetas de los productos
de
consumo doméstico?
En
las sustancias trabajadas no están presentes más que solo el mencionado
amoniaco NH3, siendo a nivel doméstico
lo empleado como producto de limpieza.
Antecedentes de la pérdida
de nitrógeno
·
La
tala de árboles y plantas del suelo.
·
Incendios
forestales que dañan las capas de la tierra.
·
Los
desastres naturales.
·
Los
fertilizantes y pesticidas.
·
La
contaminación
·
Los
desechos tóxicos y residuos peligrosos.
·
Las
grandes empresas (al no cuidar sus forma de reciclar)
·
La
velocidad de las transformaciones llevadas a cabo por los microorganismos (que
se ven afectadas por factores ambientales como la temperatura, la humedad y la
disponibilidad de recursos que influyen en la actividad microbiana.)
La mayoría de las
actividades humanas responsables del aumento en las aportaciones globales de
nitrógeno se da a escalas locales, desde la producción y uso de fertilizantes
nitrogenados hasta la quema de combustibles fósiles en automóviles, plantas de
generación de energía e industrias. No obstante, las actividades humanas no
sólo han incrementado los aportes sino que también han incrementado el
movimiento global de diversas formas nitrogenadas a través del aire y el agua.
Debido al aumento de esta movilidad, el exceso de nitrógeno por aportes
antropogénicos tiene serias consecuencias ambientales a largo plazo para grandes
regiones del planeta.
Repercusiones por el
impacto del dominio humano
sobre el ciclo del
Nitrógeno
Las actividades humanas han incrementado al
doble la tasa a la cual se fija el nitrógeno, y el paso tiende a acelerarse.
Serias consecuencias en el medio ambiente ya se han hecho presentes. En la
atmósfera, las concentraciones de gases de efecto invernadero, como el óxido
nitroso y los precursores del smog y la lluvia ácida se están incrementando.
Los suelos en muchas regiones se están acidificando además de que están
perdiendo nutrimentos esenciales para su fertilidad. Las aguas de ríos y lagos
en éstas regiones, también se están viendo afectados y el exceso de nitrógeno
está siendo transportada por los ríos hacia los estuarios y costas marinas. Es
muy probable que éstas aportaciones de nitrógeno sin precedentes haya
contribuido ya de alguna manera a la disminución a largo plazo en la producción
pesquera y en la aceleración de la pérdida de diversidad de plantas y animales
tanto en los ecosistemas acuáticos como en los terrestres
·
Repercusiones
sobre el ciclo del carbono: El incremento en las emisiones de nitrógeno hacia
el aire tales como el óxido
nitroso, óxido nítrico y amoníaco (NH3) ha inducido un aumento en la deposición de
nitrógeno en la tierra y los océanos. Gracias al efecto fertilizante del
nitrógeno, al estimular el crecimiento vegetal, es posible que éstas
deposiciones influyan indirectamente sobre la atmósfera alterando el ciclo
global del carbono
·
Incremento
en las concentraciones globales de óxido nitroso (N2 O), un potente gas de
invernadero, en la atmósfera así como el aumento regional de otras formas de
óxidos de nitrógeno (incluyendo óxido nítrico, NO) que conducen a la formación
de smog fotoquímico (problema medioambiental que afecta principalmente a las
grandes ciudades).
·
Perdida de nutrimentos del suelo, tales como
calcio y potasio, que son esenciales para su fertilidad a largo plazo.
·
Acidificación
substancial de suelos y cuerpos de agua de diversas regiones.
·
Fuertes incrementos en el transporte de
nitrógeno por los ríos hacia los estuarios y aguas costeras en donde se
constituye en un contaminante principal.
·
Aceleración
en la pérdida de diversidad biológica, especialmente entre plantas adaptadas a
suelos pobres en nitrógeno y subsecuentemente, de los animales y microorganismos
que dependen de dichas plantas.
·
Causado
cambios en la vida vegetal y animal, así como en los procesos ecológicos estuarios
y costeros, contribuyendo a la disminución de especies de peces.
·
Conclusiones
¿Por
qué el nitrógeno atmosférico no puede ser utilizado por los organismos superiores?
Porque entre los seres vivos, los únicos capaces de llevar a cabo la
fijación de Nitrógeno son organismos procariotas. Estos organismos fijadores de
Nitrógeno llevan a cabo este proceso
gracias al complejo enzimático nitrogenasa que se encuentra exclusivamente en
organismos procariotas. Este complejo enzimático es muy sensible al oxígeno.
Por lo tanto muchos de estos organismos presentan adaptaciones que les permiten
fijar Nitrógeno en condiciones muy diversas. En primer lugar se debe distinguir
entre organismos capaces de llevar a cabo la fijación de Nitrógeno en vida
libre y aquellos que establecen asociaciones simbióticas para llevar a cabo
este proceso. Por eso, los organismos superiores no pueden utilizar el N2, ya
que no tienen la enzima necesaria para fijar esta sustancia
¿Se
terminaría la vida en la tierra por una constante pérdida de nitrógeno
(desnitrificación)?
La desnitrificación es
fundamental para que el nitrógeno vuelva a la atmósfera, la única manera de que
no termine acumulándose en el medio ambiente, disuelto íntegramente en los
mares, dejando sin nutrientes a la vida continental. Sin él la fijación de
nitrógeno, abiótica y biótica, habría terminado por provocar la depleción
(eliminación) del N2 atmosférico.
Opinión
El
nitrógeno (N) es unos de los elementos más esenciales para la vida, está presente en
plantas y animales y también forma parte de la atmósfera en forma de N2 (gas)
que es la fuente original que utilizan los seres vivos para formar aminoácidos.
Es por ello que está en continuo movimiento desde el medio físico (litosfera,
atmósfera, hidrosfera) a los seres
vivos y viceversa. Así el nitrógeno se recicla y pasa de unos compartimentos a
otros a través de los procesos biológicos, geológicos y químicos (el ciclo
natural), aunque este se ve afectado por la actividad del hombre quedándose
abierto y acumulándose nitrógeno reactivo (amonio y nitrato) en la biosfera.
Las actividades como la fertilización de los campos agrícolas, el creciente
cultivo de leguminosas y las combustiones de fábricas, vehículos y centrales
térmicas influyen en el ciclo natural del nitrógeno. La fertilización
nitrogenada es una práctica muy extendida en el mundo, pero su aplicación
también supone importantes problemas económicos y medioambientales asociados a
la volatilización de amoniaco (NH3 ) y la emisión de óxidos de nitrógeno (N2O y
NO). Lo mejor sería utilizar el fertilizante de acuerdo a la demanda del
cultivo y llevar un registro de la acumulación de nitratos que llevan los cultivos.
Bibliografía
o
Tópicos en Ecología Número 1 Primavera 1997;
Issues in Ecology -Alteración Antrópogenica del Ciclo Global del Nitrógeno:
Causas y Consecuencias
o
Ahorro, Eficiencia Energética y Fertilización
Nitrogenada - Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación, Madrid, julio
2007
o
II. ANTECEDENTES BIBLIOGRÁFICOS 2.1. Ciclo del
Nitrógeno y fijación biológica http://tesis.uson.mx/digital/tesis/docs/20806/Capitulo2.pdf
o
José M. Durán, Norma Retamal y Rubén Moratiel
del Departamento de Producción Vegetal (Fitotecnia) de la ETSIA (Universidad
Politécnica de Madrid) “El papel del
nitrógeno en la agricultura y la contaminación por nitrato” 23/04/2010
http://www.interempresas.net/Agricola/Articulos/39819-El-papel-del-nitrogeno-en-la-agricultura-y-la-contaminacion-por-nitrato.html
o
Peralta, J., E.
González. 2009. Leguminosas de Navarra. Herbario de la Universidad Pública de
Navarra. “fijación del nitrógeno atmosférico: organismos
fijadores de nitrógeno”.
o
CICEANA – Centro de información y comunicación
ambiental del norte américa. A.C. “Saber
más… Ciclo del nitrógeno” www.ciceana.org.mx
o
Josep Costa Martín y Celia Ocete Soto – El ciclo
del nitrógeno.
o
Khan Academy 2018 ;Ciclos biogeoquímicos; El
ciclo del nitrógeno.
o
Bioquímica.
Lubert Stryer, Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko. 5ta Ed.
o
Biología de los Microorganismos . Brock. Michael T. Madigan, John M. Martinko, Jack Parker. 10 Ed.
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