Оксид азота (IV) — свойства, получение и применение

Содержание

Получение
Химические свойства
Применение
Физиологическое действие и токсичность
«Лисий хвост»
Вредное воздействие

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

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
Энергия ионизации	1,6E-18 Дж
Термические свойства
Температура
• плавления	-11,2 °C
• кипения	+21,1 °C
Энтальпия
• образования	33,10 кДж/моль
Давление пара	720 ± 1 мм рт.ст.
Классификация
Рег. номер CAS	10102-44-0
PubChem	3032552
Рег. номер EINECS	233-272-6
SMILES	N(=O)[O]
InChI	1S/NO2/c2-1-3 JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N
RTECS	QW9800000
ChEBI	33101
Номер ООН	1067
ChemSpider	2297499
Безопасность
Предельная концентрация	2 мг/м³
Токсичность	Токсичен, окислитель
NFPA 704

В обычном состоянии NO₂ существует в равновесии со своим димером N₂O₄. Склонность к его образованию 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:

${mathsf {Cu+4HNO_{3}rightarrow Cu(NO_{3})_{2}+2NO_{2}uparrow +2H_{2}O}}$ .

Также взаимодействием нитритов с серной кислотой:

$\text{[math]}$

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

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

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:

${mathsf {2NO_{2}+2Crightarrow 2CO_{2}+N_{2}}}$

${mathsf {10NO_{2}+8Prightarrow 4P_{2}O_{5}+5N_{2}}}$

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

$mathsf{SO_2 + NO_2 rightarrow SO_3 + NO}$

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

${mathsf {2NO_{2}+H_{2}Orightarrow HNO_{3}+HNO_{2}}}$

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

${mathsf {3NO_{2}+H_{2}Orightarrow 2HNO_{3}+NOuparrow }}$

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

${mathsf {4NO_{2}+2H_{2}O+O_{2}rightarrow 4HNO_{3}}}$

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

${mathsf {2NO_{2}+2KOHrightarrow KNO_{3}+KNO_{2}+H_{2}O}}$

Жидкий NO₂ применяется для получения безводных нитратов:

${mathsf {Zn+2N_{2}O_{4}rightarrow Zn(NO_{3})_{2}+2NO}}$

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

$\text{[math]}$

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.