Оксид азоту(IV)

Шаблон:Речовина Шаблон:About Окси́д азо́ту(IV), нітроге́н(IV) окси́д, діокси́д азо́ту — неорганічна сполука складу NO₂. За звичайних умов є газом червоно-бурого кольору, з характерним гострим запахом або жовтуватою рідиною. Газ є сумішшю оксиду NO₂ та його димеру N₂O₄. Ця суміш при 21,15 °С згущується на прозору жовту рідину, а при -11,2 °С — замерзає в безбарвну масу. При температурі 140 °C діоксид азоту складається тільки з молекул NO₂, він дуже темного, майже чорного кольору.

Структура

Молекула NO₂ має вигнуту будову із кутом O-N-O у 134,1°. Відстань N-O складає 1,193 Å.

Отримання

Промислове отримання оксиду NO₂ полягає в окисненні повітрям аміаку та продукту реакції — оксиду NO:

$\mathrm{4}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{5}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{400-600^{o}C}{\to }\mathrm{4}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

У лабораторії NO₂ зазвичай отримують дією концентрованої нітратної кислоти на мідь:

$\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Також його можна отримати термічним розкладанням нітрату свинцю, однак при проведенні реакції слід дотримуватися обережності:

$\mathrm{2}\mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{P}\mathrm{b}\mathrm{O}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\uparrow }$

Хімічні властивості

Зріджений оксид NO₂ частково димеризується в N₂O₄ (у діапазоні температур -11,2–20,7 °C):

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\rightleftarrows }{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

При температурі понад 150 °C оксид азоту(IV) починає розкладатися

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\stackrel{>150^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

У воді NO₂ диспропорціонує з утворенням нітратної кислоти та, в залежності від умов, оксидів N₂O₃ або NO:

$\mathrm{4}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}\mathrm{(}\mathrm{l}\mathrm{i}\mathrm{q}\mathrm{u}\mathrm{i}\mathrm{d}\mathrm{)}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{3}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{(}\mathrm{h}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{)}}\mathrm{\to }\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{O}$

При пропусканні оксиду крізь луги утворюється суміш нітратів та нітритів, а при окисненні реакційної суміші — тільки нітрати:

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}\mathrm{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

$\mathrm{4}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}{\mathrm{H}}_{\mathrm{(}\mathrm{h}\mathrm{o}\mathrm{t}\mathrm{)}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{4}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Діоксид азоту відновлюється воднем у присутності каталізаторів (платини, нікелю):

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{7}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\stackrel{Pt,Ni}{\to }\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{H}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Діоксид азоту проявляє себе як дуже сильний окисник. Так, він легко окиснює значну кількість неметалів, металів, а також їхніх сполук:

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{S}\stackrel{130-150^{o}C}{\to }{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{1}\mathrm{0}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{8}\mathrm{P}\stackrel{130-150^{o}C}{\to }\mathrm{5}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{P}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{1}}\mathrm{0}$

$\mathrm{6}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{S}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{3}{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{O}$

$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{\to }\mathrm{K}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{6}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{B}\mathrm{i}\stackrel{70-110^{o}C}{\to }\mathrm{B}\mathrm{i}\mathrm{(}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{N}\mathrm{O}$

$\mathrm{2}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{C}\mathrm{u}\stackrel{500-600^{o}C}{\to }{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{O}$

$\mathrm{4}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{\to }{\mathrm{N}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{H}\mathrm{N}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}\mathrm{(}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{)}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}$

Небезпека

Токсичність

Діоксид азоту дуже отруйний при вдиханні. Однак, інгаляцій зазвичай можна уникнути, адже його легко виявити по запаху, навіть при низьких концентраціях. В лабораторіях одним з джерел NO₂ є димна азотна кислота, яка розкладається при температурі вище 0 °С. Одним з симптомів отруєння є набряк легенів, який, як правило, з'являється через кілька годин після вдихання низьких, але потенційно небезпечних доз NO₂. Крім того, низькі концентрації (4 проміле) можуть призвести до затримки дихання . Існує ряд доказів, які свідчать, що довгостроковий вплив NO₂ при концентраціях вище 40–100 мкг/м³ може знизити функцію легенів і збільшити ризик виникнення респіраторних захворювань.

Забруднення

Щільність оксиду азоту(IV) в атмосфері (2011).

Найбільшими джерелами NO₂ є двигуни внутрішнього згоряння, теплові електростанції і, в меншій мірі, заводи з переробки целюлози. Бутанові газові обігрівачі та печі є також джерелами NO₂. У побуті, гасові обігрівачі та газові обігрівачі є джерелами діоксиду азоту. Діоксид азоту утворюється, також, і в результаті ядерних випробувань, і відповідає за червоний колір грибовидної хмари.

Разом із оксидом NO (так звані оксиди NO_x), діоксид азоту є одним з найбільших забруднювачів атмосфери, в декількох районах землі його концентрація досягає 30 мкг/м³, що лише на декілька одиниць менше ніж гранично допустима концентрація. Діоксид азоту відіграє важливу роль в хімії атмосфери, в тому числі в утворенні тропосферного озону. У 2005 році учені з Університету Каліфорнії припускали взаємозв'язок між рівнем NO₂ і синдромом раптової дитячої смертності.

Діоксид азоту також утворюється під час грози. Такий процес називають атмосферною фіксацією азоту. Дощ, який утворюється при таких бурях, містить певну кількість азотних добрив.

Див. також

• Оксид азоту(II)
• NO_x

Джерела

• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-ru
• Шаблон:Книга