O nitrogênio é pouco solúvel em água devido a vários fatores:
1.
Natureza não polar: O nitrogênio é uma molécula apolar, o que significa que não possui uma carga elétrica significativa. A água, por outro lado, é uma molécula polar com carga parcial positiva nos átomos de hidrogênio e carga parcial negativa no átomo de oxigênio. As moléculas não polares geralmente não interagem fortemente com as moléculas polares, levando a uma solubilidade limitada.
2.
Fortes Intermoleculares: As moléculas de nitrogênio têm fortes forças intermoleculares conhecidas como forças de van der Waals. Estas forças surgem da atração entre as regiões ligeiramente positivas e negativas das moléculas vizinhas. A força dessas forças entre as moléculas de nitrogênio as mantém firmemente unidas, reduzindo a capacidade das moléculas de água de penetrar e dissolver o gás nitrogênio.
3.
Baixa polarizabilidade: Polarizabilidade refere-se à capacidade de uma molécula distorcer sua nuvem de elétrons em resposta a um campo elétrico. As moléculas de nitrogênio têm baixa polarizabilidade, o que significa que não são facilmente deformadas ou distorcidas pelo campo elétrico das moléculas de água. Isto enfraquece ainda mais as interações entre nitrogênio e água, resultando em solubilidade reduzida.
4.
Ponto de ebulição alto: O nitrogênio tem um ponto de ebulição relativamente alto (-195,8°C) em comparação com outros gases como oxigênio e dióxido de carbono. O ponto de ebulição de uma substância é um indicador da intensidade de suas forças intermoleculares. O ponto de ebulição mais alto do nitrogênio sugere forças intermoleculares mais fortes, o que torna menos provável que ele se dissolva em água.
5.
Energia de Hidratação: Energia de hidratação refere-se à energia liberada quando íons ou moléculas polares interagem com moléculas de água e ficam rodeados por uma camada de hidratação. O nitrogênio, sendo uma molécula apolar, não sofre hidratação significativa. A falta de interações de hidratação favoráveis contribui ainda mais para a sua baixa solubilidade em água.
Em contraste com o nitrogênio, gases como o oxigênio e o dióxido de carbono são mais solúveis em água devido à sua maior polaridade, forças intermoleculares mais fracas, pontos de ebulição mais baixos e interações de hidratação mais favoráveis.
