Los helados pueden elaborarse de muchas maneras. Una de las formas más antiguas de fabricarlos es hacer una mezcla con los ingredientes deseados y batirla con frecuencia mientras se congela.

Así, el aire queda poco a poco atrapado en la mezcla y se logra una consistencia suave. En la actualidad, es común encontrar heladerías que congelan las mezclas en pocos minutos usando nitrógeno líquido. En este estado, el nitrógeno se encuentra a una temperatura menor a -196 oC y, por la rapidez de la congelación, provoca que se formen cristales más pequeños que los que se obtienen con los métodos tradicionales de elaboración de helado. En consecuencia, se logra un producto de consistencia más suave y cremosa. Éste es sólo uno de los usos que tiene el nitrógeno.

El nitrógeno, de símbolo N, es un elemento abundante en los seres vivos, esencial para la vida tal como la conocemos. Aproximadamente, un 3 % de la masa corporal de una persona corresponde a átomos de nitrógeno que están combinados con otros elementos como el carbono, el oxígeno y el hidrógeno, formando aminoácidos, ácidos nucleicos y otras moléculas. Es también un elemento abundante en nuestra atmósfera. Cerca del 78 % del aire está constituido por nitrógeno en su forma molecular, N2. Si hablamos de su clasificación, se trata de un no metal que pertenece al grupo 15 y al periodo 2 de la Tabla Periódica; tiene varias valencias (1, 2, 3, -3, 4, 5) y un peso atómico de 14.006. A temperatura ambiente, el nitrógeno es un gas inerte, incoloro, insípido e inodoro.

Existe un segundo isótopo de nitrógeno, el nitrógeno 15. Éste es estable y no radioactivo. Se encuentra en la naturaleza en concentraciones pequeñas y, con frecuencia, se utiliza en investigación pues puede rastrearse y diferenciarse de los átomos de nitrógeno 14.

En el siglo XVIII, en Edimburgo, Escocia, algunos investigadores experimentaron con un ratón y una vela en un ambiente cerrado. Después de cierto tiempo el ratón moría asfixiado y la vela se apagaba, pues se había consumido todo el oxígeno del aire. Fue con base en éste y otros experimentos, que incluyeron la remoción de bióxido de carbono, que Daniel Rutherford sugirió en septiembre de 1772 que el aire era rico en un elemento químico no descrito anteriormente. Este nuevo elemento recibió el nombre de aire mefítico; posteriormente, se llamó ázoe (sin vida) y en 1790 se designó como nitrógeno.

A pesar de su abundancia en el aire, el N2 no está disponible para combinarse fácilmente con otros elementos.

A pesar de su abundancia en el aire, el N2 no está disponible para combinarse fácilmente con otros elementos. Esto se debe a que el nitrógeno molecular está unido a nivel atómico por un enlace triple que requiere de mucha energía para romperse. En la naturaleza existen sólo unas pocas vías para romper este enlace y obtener compuestos nitrogenados aprovechables por los seres vivos, compuestos que se reciclan a través del llamado “ciclo del nitrógeno”. Este ciclo involucra a los procesos de fijación de nitrógeno, nitrificación, desnitrificación y anammox.

La fijación de nitrógeno puede llevarse a cabo por métodos físicos y biológicos. Los rayos producidos durante una tormenta eléctrica son suficientes para romper el triple enlace del N2 y permitir la formación de nitratos asimilables por las plantas. La fijación biológica del nitrógeno es el otro mecanismo de reducción del N2 atmosférico y lleva a la formación de amoniaco, que ocurre por acción de ciertas variedades de bacterias (algunas eubacterias, archeas y cianobacterias), en vida libre o en simbiosis, gracias a una enzima sensible al oxígeno llamada nitrogenasa. Algunas de las bacterias que fijan nitrógeno en vida libre son también fotosintéticas, por lo que producen oxígeno. Así, han desarrollado estrategias para mantener a la nitrogenasa lejos de este ambiente oxigenado. Por ejemplo, hacer fotosíntesis durante el día y fijar nitrógeno durante la noche es una manera de aislar ambos procesos exitosamente.

La fijación de nitrógeno puede llevarse a cabo por métodos físicos y biológicos.

Algunas cianobacterias, por su parte, forman estructuras especializadas llamadas heterocistos donde fijan nitrógeno en un ambiente de bajas concentraciones de oxígeno. Por último, las bacterias simbióticas fijadoras de nitrógeno establecen relaciones complejas y especializadas con plantas huésped donde encuentran un microambiente propicio para el buen funcionamiento de la nitrogenasa. Por ejemplo, las bacterias del género Rhizobium forman asociaciones con las raíces de plantas leguminosas en las que se desarrollan estructuras llamadas nódulos. En su interior, la concentración de oxígeno se regula por una proteína de origen vegetal llamada leghemoglobina y las bacterias son capaces de reducir el nitrógeno atmosférico a amoniaco. El amoniaco, producto de la fijación biológica del nitrógeno, se transforma rápidamente en amonio que es absorbido por la planta hospedera y, si se produce en exceso, también por las raíces de las plantas que crecen en los alrededores, o es transformado en nitritos y nitratos por bacterias nitrificantes del suelo.

Los restos de plantas y animales son también ricos en compuestos nitrogenados asimilables. Gracias a la acción de organismos descomponedores (algunas bacterias y hongos), se libera amonio en el medio y se recicla por las bacterias nitrificadoras. Un grupo de bacterias desnitrificantes cierra el ciclo convirtiendo los nitratos en N2.

Las reacciones de anammox, como ya dijimos, forman también parte del ciclo del nitrógeno. En estas reacciones, el amonio se oxida al combinarse con nitritos por acción de bacterias anaerobias como Brocadia anammoxidans. El resultado, es la “pérdida” del nitrógeno y su retorno a la forma molecular. Este proceso, descubierto a finales del siglo XX, es muy común en ambientes acuáticos de baja concentración de oxígeno.

El nitrógeno atmosférico puede también reducirse por medio de procesos industriales para la obtención de materias primas útiles en la fabricación de fertilizantes, limpiadores, explosivos (como la nitroglicerina) y combustibles.

El ser humano ha aprendido a usar este elemento a su favor en diversas áreas de su vida. En la industria de los alimentos, además de emplearse en la fabricación de helados, el nitrógeno líquido se utiliza para congelar alimentos rápidamente, y en la industria cervecera se usa para provocar la formación de burbujas de menor tamaño que aquellas formadas cuando se utiliza bióxido de carbono. En las áreas de investigación y medicina, se usa para eliminar verrugas y otras lesiones de la piel como las queratosis seborreicas y hasta algunos tumores, además de ayudar en la conservación de tejidos (técnicas de crioconservación) y en algunos tipos de cirugías (criocirugías). Uno de sus derivados, el óxido nitroso, es ampliamente utilizado como anestésico. El nitrógeno también se usa para inflar llantas pues su volumen es más estable que el del aire (por ser menos sensible a los cambios de temperatura), no sólo en la industria automotriz sino también en la de aviación. El nitrógeno está también presente en la industria de electrónicos, formando ambientes inertes donde los circuitos en construcción no se oxidan y en el cine en la realización de efectos especiales.

El incremento en el uso de fertilizantes nitrogenados, aunque en apariencia es útil en la agricultura, es un arma de doble filo, pues el exceso de nitritos y nitratos derivados de éstos llega a los mantos freáticos y contamina el agua. Un alto consumo de compuestos nitrogenados tiene efectos adversos en la salud, pues provoca, por ejemplo, alteraciones en la estructura de la hemoglobina, y en consecuencia, una disminución en la capacidad de transportación de oxígeno en el cuerpo. También es posible que el aumento en el consumo de aguas contaminadas con nitritos o nitratos tenga una relación directa con la formación de algunos tipos de cáncer. Igualmente se ha observado que existe una relación directa entre el uso de fertilizantes nitrogenados y la disminución en la biodiversidad. Así pues, es importante que el ser humano haga un esfuerzo por optimizar el uso de ciertos compuestos nitrogenados y disminuir su uso en beneficio de todos los seres vivos. Una alternativa viable es el empleo de mezclas con organismos fijadores de nitrógeno que contribuyan a enriquecer las tierras de cultivo.

El nitrógeno es también un elemento abundante en las estrellas formado hacia el interior de ellas; constituye el 98% de la atmósfera de Titán, la luna más grande de Saturno, y sólo representa el 2.6% de la atmósfera marciana. De acuerdo con información de la Administración Nacional de la Aeronáutica y el Espacio (NASA, por sus siglas en inglés) las auroras boreales y australes que adornan el cielo en los polos son resultado del choque de electrones de rápido movimiento del espacio con el oxígeno y el nitrógeno de la atmósfera terrestre. Tras el choque, las moléculas excitadas regresan a su estado de reposo liberando energía en forma de luz.

El nitrógeno es, pues, parte esencial del universo, de nuestra atmósfera y de la vida. Sin darnos cuenta, sus características nos permiten disfrutar con más de uno de nuestros sentidos y con cada respiración llenamos los pulmones con él (aunque salga tal cual entró). Hemos aprendido a usarlo en nuestro provecho y tenemos que controlar su uso antes de que sea demasiado tarde. El nitrógeno es, sin duda, un elemento que seguirá dando mucho de qué hablar en el futuro. C2

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Sobre el autor

Doctora en Ciencias por la UNAM. También estudió la Licenciatura en Lengua y Literaturas Hispánicas en la Facultad de Filosofía y Letras. Trabajó como Investigador Asociado en el Centro de Investigación sobre Fijación de Nitrógeno, actual Centro de Ciencias Genómicas de la UNAM.

Realizó estancias posdoctorales en el Instituto de Investigaciones Biomédicas (2005-2006) y en el Instituto de Ecología (2006-2007). En este último, trabajó también como investigador asociado por proyecto. Le encanta viajar y visitar jardines botánicos.

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Doctora en Ciencias por la UNAM. También estudió la Licenciatura en Lengua y Literaturas Hispánicas en la Facultad de Filosofía y Letras. Trabajó como Investigador Asociado en el Centro...

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