Оксид азота(IV)

Оксид азота(IV)
Оксид азота(IV)
	;
Общие
Систематическое; наименование	Оксид азота(IV)
Традиционные названия	диоксид азота; двуокись азота, тетраоксид диазота
Хим. формула	NO2
Рац. формула	NO2
Физические свойства
Состояние	бурый газ или желтоватая жидкость
Молярная масса	46,0055 г/моль
Плотность	г. 2,0527 г/л ; ж. 1,4910г/см³; тв. 1,536 г/см³
Термические свойства
	Температура
• плавления	-11,2 °C
• кипения	+21,1 °C
• разложения	выше +500 °C
	Энтальпия
• образования	33,10 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS	10102-44-0
Безопасность
Предельная концентрация	2 мг/м³
Токсичность	Токсичен, окислитель, СДЯВ
Пиктограммы СГС
NFPA 704	0 4 2 OX
	Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Оксид азота (IV) (диоксид азота, двуокись азота) NO₂ — бинарное неорганическое соединение азота с кислородом. Представляет собой ядовитый газ красно-бурого цвета с резким неприятным запахом или желтоватую жидкость.

Димеризация молекулы

В обычном состоянии NO₂ существует в равновесии со своим димером N₂O₄. Склонность к образованию которого объясняется наличием в молекуле NO₂ неспаренного электрона.
При температуре 140 °C диоксид азота состоит только из молекул NO₂, но очень тёмного, почти чёрного цвета.
В точке кипения NO₂ представляет собой желтоватую жидкость, содержащую около 0,1 % NO₂.
При температуре ниже +21°С — это бесцветная жидкость (или желтоватая из-за примеси мономера).
При температуре ниже −12 °C белые кристаллы состоят только из молекул N₂O₄.

Получение

В лаборатории NO₂ обычно получают воздействием концентрированной азотной кислоты на медь:

[math]\displaystyle{ \mathsf{Cu + 4HNO_3\rightarrow Cu(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O} }[/math].

Также взаимодействием нитритов с серной кислотой:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2NaNO_2 + H_2SO_4\rightarrow Na_2SO_4 + NO_2\uparrow + NO\uparrow + H_2O} }[/math],

оксид азота(II) NO тотчас же реагирует с кислородом:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2NO + O_2\rightarrow 2NO_2\uparrow} }[/math]

Также его можно получить термическим разложением нитрата свинца, однако при проведении реакции следует соблюдать осторожность, чтобы не допустить его взрыва:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2Pb(NO_3)_2\rightarrow 2PbO + 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow} }[/math]

Разработан более совершенный лабораторный способ получения NO2^[1].

[math]\displaystyle{ \mathsf{CH_3COOH + 6HNO_3\rightarrow 5NO_2\uparrow + 5H_2O + NO\uparrow + 2CO_2\uparrow} }[/math]

Образующийся монооксид азота тотчас же вступает в реакцию с кислородом:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2NO + O_2\rightarrow 2NO_2\uparrow} }[/math]

Последняя реакция была разработана и реализована в новой химической машине — генераторе окислителя ракетного топлива марки NTO согласно ГОСТ Р ИСО 15859-5-2010^[2].

Другие способы получения оксида азота(IV) перечислены в статье [2].

Химические свойства

Кислотный оксид. NO₂ отличается высокой химической активностью. Он взаимодействует с неметаллами (фосфор, сера и углерод горят в нём). В этих реакциях NO₂ — окислитель:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2NO_2 + 2C \rightarrow 2CO_2\uparrow + N_2\uparrow} }[/math]

[math]\displaystyle{ \mathsf{10NO_2 + 8P \rightarrow 4P_2O_5 + 5N_2\uparrow} }[/math]

Окисляет SO₂ в SO₃ — на этой реакции основан нитрозный метод получения серной кислоты:

[math]\displaystyle{ \mathsf{SO_2 + NO_2 \rightarrow SO_3 + NO\uparrow} }[/math]

При растворении оксида азота(IV) в воде образуются азотная и азотистая кислоты (реакция диспропорционирования):

[math]\displaystyle{ \mathsf{2NO_2 + H_2O \rightarrow HNO_3 + HNO_2} }[/math]

Поскольку азотистая кислота неустойчива, при растворении NO₂ в тёплой воде образуются HNO₃ и NO:

[math]\displaystyle{ \mathsf{3NO_2 + H_2O \rightarrow 2HNO_3 + NO \uparrow} }[/math]

Если растворение проводить в избытке кислорода, образуется только азотная кислота (NO₂ проявляет свойства восстановителя):

[math]\displaystyle{ \mathsf{4NO_2 + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4HNO_3} }[/math]

При растворении NO₂ в щелочах образуются как нитраты, так и нитриты:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2NO_2 + 2KOH \rightarrow KNO_3 + KNO_2 + H_2O} }[/math]

Жидкий NO₂ применяется для получения безводных нитратов:

[math]\displaystyle{ \mathsf{Zn + 2N_2O_4 \rightarrow Zn(NO_3)_2 + 2NO\uparrow} }[/math]

В реакциях с галогенами образует соли нитрония, нитрозила и оксиды галогенов:

[math]\displaystyle{ \mathsf{2NO_2 + 2Cl_2 \rightarrow NOCl\uparrow + NO_2Cl\uparrow + Cl_2O \uparrow} }[/math]

Применение

Диоксид азота применяется при производстве серной и азотной кислот. Также диоксид азота используется в качестве окислителя в жидком ракетном топливе и смесевых взрывчатых веществах.

Физиологическое действие и токсичность

Оксид азота (IV) (диоксид азота) особо токсичен, является мощным окислителем. Числится в списке сильнодействующих ядовитых веществ. В больших дозах может стать сильнейшим неорганическим ядом. Даже в небольших концентрациях он раздражает дыхательные пути, в больших концентрациях вызывает отёк лёгких.

«Лисий хвост»

«Лисий хвост» — жаргонное название выбросов в атмосферу оксидов азота (NOx) на химических предприятиях (иногда — из выхлопных труб автомобилей). Название происходит от оранжево-бурого цвета диоксида азота. При низких температурах диоксид азота димеризуется и становится бесцветным. В летний сезон «лисьи хвосты» наиболее заметны, так как в выбросах возрастает концентрация мономерной формы.

Вредное воздействие

Оксиды азота, улетучивающиеся в атмосферу, представляют серьёзную опасность для экологической ситуации, так как способны вызывать кислотные дожди, а также сами по себе являются токсичными веществами, вызывающими раздражение слизистых оболочек.

Двуокись азота воздействует в основном на дыхательные пути и лёгкие, а также вызывает изменения состава крови, в частности, уменьшает содержание в крови гемоглобина.

Образующаяся в результате взаимодействия диоксида азота с водой азотная кислота является сильным коррозионным агентом.

Примечания

↑ EA201700017A1 20180430 (неопр.). Дата обращения: 17 марта 2022. Архивировано 9 июля 2020 года.
↑ ГОСТ Р ИСО 15859-5-2010 Системы космические. Характеристики, отбор проб и методы анализа текучих сред. Часть 5. Ракетное топливо на основе тетроксида азота (неопр.). Дата обращения: 22 ноября 2018. Архивировано 22 ноября 2018 года.

Литература

1. Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1 (Абл-Дар). — 623 с.
2. A New Method of Nitrogen Dioxide Production / D.A. Rudakov / June 2018. doi: 10.13140/RG.2.2.19010.27844 (https://www.researchgate.net/publication/325846942_A_New_Method_of_Nitrogen_Dioxide_Production Архивная копия от 23 ноября 2018 на Wayback Machine)

[1] EA201700017A1 20180430 (неопр.). Дата обращения: 17 марта 2022. Архивировано 9 июля 2020 года.

[2] ГОСТ Р ИСО 15859-5-2010 Системы космические. Характеристики, отбор проб и методы анализа текучих сред. Часть 5. Ракетное топливо на основе тетроксида азота (неопр.). Дата обращения: 22 ноября 2018. Архивировано 22 ноября 2018 года.

[1]

[2]

п • о • р Оксиды
H₂O
Li₂O LiCoO₂ Li₃PaO₄ Li₅PuO₆ Ba₂LiNpO₆ LiAlO₂ Li₃NpO₄ Li₂NpO₄ Li₅NpO₆ LiNbO₃	BeO											B₂O₃	С₃О₂ C₁₂O₉ CO C₁₂O₁₂ C₄O₆ CO₂	N₂O NO N₂O₃ N₄O₆ NO₂ N₂O₄ N₂O₅	O	F
Na₂O NaPaO₃ NaAlO₂ Na₂PtO₃	MgO											AlO Al₂O₃ NaAlO₂ LiAlO₂ AlO(OH)	SiO SiO₂	P₄O P₄O₂ P₂O₃ P₄O₈ P₂O₅	S₂O SO SO₂ SO₃	Cl₂O ClO₂ Cl₂O₆ Cl₂O₇
K₂O K₂PtO₃ KPaO₃	CaO Ca₃OSiO₄ CaTiO₃	Sc₂O₃	TiO Ti₂O₃ TiO₂ TiOSO₄ CaTiO₃ BaTiO₃	VO V₂O₃ V₃O₅ VO₂ V₂O₅	FeCr₂O₄ CrO Cr₂O₃ CrO₂ CrO₃ MgCr₂O₄	MnO Mn₃O₄ Mn₂O₃ MnO(OH) Mn₅O₈ MnO₂ MnO₃ Mn₂O₇	FeCr₂O₄ FeO Fe₃O₄ Fe₂O₃	CoFe₂O₄ CoO Co₃O₄ CoO(OH) Co₂O₃ CoO₂	NiO NiFe₂O₄ Ni₃O₄ NiO(OH) Ni₂O₃	Cu₂O CuO CuFe₂O₄ Cu₂O₃ CuO₂	ZnO	Ga₂O Ga₂O₃	GeO GeO₂	As₂O₃ As₂O₄ As₂O₅	SeOCl₂ SeOBr₂ SeO₂ Se₂O₅ SeO₃	Br₂O Br₂O₃ BrO₂
Rb₂O RbPaO₃ Rb₄O₆	SrO	Y₂O₃ YOF YOCl	ZrO(OH)₂ ZrO₂ ZrOS Zr₂О₃Сl₂	NbO Nb₂O₃ NbO₂ Nb₂O₅ Nb₂O₃(SO₄)₂ LiNbO₃	Mo₂O₃ Mo₄O₁₁ MoO₂ Mo₂O₅ MoO₃	TcO₂ Tc₂O₇	Ru₂O₃ RuO₂ Ru₂O₅ RuO₄	RhO Rh₂O₃ RhO₂	PdO Pd₂O₃ PdO₂	Ag₂O Ag₂O₂	Cd₂O CdO	In₂O InO In₂O₃	SnO SnO₂	Sb₂O₃ Sb₂O₄ Hg₂Sb₂O₇ Sb₂O₅	TeO₂ TeO₃	I₂O₄ I₄O₉ I₂O₅
Cs₂O Cs₂ReCl₅O	BaO BaPaO₃ BaTiO₃ BaPtO₃		HfO(OH)₂ HfO₂	Ta₂O TaO TaO₂ Ta₂O₅	WO₂Br₂ WO₂ WO₂Cl₂ WOBr₄ WOF₄ WOCl₄ WO₃	Re₂O ReO Re₂O₃ ReO₂ Re₂O₅ ReO₃ Re₂O₇	OsO Os₂O₃ OsO₂ OsO₄	Ir₂O₃ IrO₂	PtO Pt₃O₄ Pt₂O₃ PtO₂ K₂PtO₃ Na₂PtO₃ PtO₃	Au₂O AuO Au₂O₃	Hg₂O HgO (Hg₃O₂)SO₄ Hg₂O(CN)₂ Hg₂Sb₂O₇ Hg₃O₂Cl₂ Hg₅O₄Cl₂	Tl₂O Tl₂O₃	Pb₂O PbO Pb₃O₄ Pb₂O₃ PbO₂	BiO Bi₂O₃ Bi₂O₄ Bi₂O₅	PoO PoO₂ PoO₃	At
Fr	Ra		Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts
		↓
		La₂O₂S La₂O₃	Ce₂O₃ CeO₂	PrO Pr₂O₂S Pr₂O₃ Pr₆O₁₁ PrO₂	NdO Nd₂O₂S Nd₂O₃ NdHO	Pm₂O₃	SmO Sm₂O₃	EuO Eu₃O₄ Eu₂O₃ EuO(OH) Eu₂O₂S	Gd₂O₃	Tb	Dy₂O₃	Ho₂O₃ Ho₂O₂S	Er₂O₃	Tm₂O₃	YbO Yb₂O₃	Lu₂O₂S Lu₂O₃ LuO(OH)
		Ac₂O₃	UO₂ UO₃ U₃O₈	PaO PaO₂ Pa₂O₅ PaOS	ThO₂	NpO NpO₂ Np₂O₅ Np₃O₈ NpO₃	PuO Pu₂O₃ PuO₂ PuO₃ PuO₂F₂	AmO₂	Cm₂O₃ CmO₂	Bk₂O₃	Cf₂O₃	Es	Fm	Md	No	Lr