Оксид азота (III)

← другие значения синонима Оксид азота

Оксид азота (III)
Файл:Dinitrogen-trioxide-2D-geometry.png
Общие
Систематическое наименование	Оксид азота(III)
Химическая формула	N2O3
Физические свойства
Состояние	темно-синяя непрозрачная жидкость
Молярная масса	76.01184 г/моль
Плотность	1.4·103 кг м−3, жидкость г/см³
Термические свойства
Т. плав.	−102
Т. кип.	-40 °C
Т. разл.	-4
Энтальпия образования	81 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость в воде	0,01 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	[10544-73-7]
Безопасность
NFPA 704	0 3 0 OX
Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного.

Оксид азота (III) (азотистый ангидрид, диазота триоксид, сесквиоксид) — кислотный оксид N₂O₃, обладающий как восстановительными, так и окислительными свойствами благодаря наличию азота в степени окисления +3. Стабильность этого соединения ограничена низкотемпературными условиями, и при повышении температуры происходит разрушение молекулы. В качестве индивидуального соединения оксид азота (III) существует только в твёрдом состоянии при температуре −101 °C. При более высоких температурах он находится в равновесии с продуктами распада: оксидом азота(II) (NO) и оксидом азота(IV) (NO₂).

Оксид азота (III) — бурый газ, при низких температурах — тёмно-синяя жидкость, в твёрдом состоянии — бесцветное кристаллическое вещество.

Оксид азота (III) токсичен в больших количествах и является сильным окислителем, вызывающим тяжёлые ожоги кожи.

Строение вещества

Файл:Dinitrogen-trioxide-2D-canonicals.png

Резонансные структуры молекулы N2O3

Триоксид диазота (N₂O₃) обладает плоской геометрией. В центре молекулярной структуры располагаются два атома азота, соединённые посредством одинарной ковалентной связи. Один из атомов азота образует σ-связь с одиночным атомом кислорода. Оставшиеся два атома кислорода образуют две π-связи с другим атомом азота, что приводит к образованию триоксида диазота.

Плоские молекулы оксида азота (III) образуются посредством донорно-акцепторного механизма N⁺— O^-. В этом процессе один атом выступает в роли донора электронной пары, а другая — в роли акцептора этой пары. В результате такого взаимодействия формируется ковалентная связь между атомами, что приводит к образованию плоской структуры молекулы N₂O₃.

Физические свойства

Файл:Nitrogen trioxide.jpg

Жидкая и газообразная фаза оксида азота (III)

В газообразном состоянии — бурый газ. При низких температурах оксид азота (III) представляет собой тёмно-синюю непрозрачную жидкость, а в твёрдом состоянии — бесцветное кристаллическое вещество. Температура плавления оксида азота (III) составляет −102 °C, а температура кипения −40 °C. При температуре −4 °C происходит его разложение. Растворимость оксида азота (III) в воде составляет 0,01 г/100 мл, и при взаимодействии с водой он образует азотистую кислоту. В диэтиловом эфире оксид азота (III) хорошо растворим. Плотность жидкости при 2 °C составляет 1,447 г/см³.

Химические свойства

Разлагается при нагревании

При увеличении температуры достигается состояние равновесия между оксидом азота (III), оксидом азота (II) и оксидом азота (IV). Дальнейшее повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону образования продуктов реакции.

${\ce {N2O3 <=>> NO + NO2}}$

Реагирует с водой

Оксид азота(III) представляет собой кислотный оксид, который характеризуется высокой степенью гидратации и способностью к образованию азотистой кислоты при взаимодействии с водной средой.

_{${\ce {N2O3 + H2O -> 2HNO2}}$}

Реагирует с щелочами

Оксид азота(III) является кислотным оксидом и проявляет свойства, характерные для кислотных оксидов при взаимодействии со щелочными реагентами. В результате таких реакций образуются соответствующие соли (нитриты) и вода.

${\ce {N2O3 + 2NaOH -> 2NaNO2 + H2O}}$

Реагирует с водным раствором аммиака

Реакция присоединения происходит благодаря образованию связи в ионе аммония посредством донорно-акцепторного механизма.

${\ce {N2O3 + 2NH3 + H2O -> 2NH4NO2}}$

Реагирует с основными оксидами

Оксид азота(III) (азотистый ангидрид, N₂O₃) проявляет кислотные свойства при взаимодействии с основными оксидами, что приводит к образованию соответствующей соли — нитрита.

${\ce {N2O3 + Na2O -> 2NaNO2}}$

Основные свойства

В присутствии концентрированных кислот происходит растворение с образованием катионной формы нитрозония (NO⁺).

${\ce {N2O3 + 2HCIO4 -> 2[NO]CIO4 + H2O}}$

Получение

Реакция азотистоводородной кислоты с оксидом мышьяка (III)

В растворе азотистоводородная кислота проявляет свойства сильного окислителя благодаря наличию центрального атома азота с высокой степенью окисления (+5). Оксид мышьяка (III), напротив, выступает как восстановитель.

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{2HN3 + 8 H2O + As2O3 -> N2O3 + 2(NH4)2HAsO4 }}

Конпропорционирование оксида азота (II) и оксида азота (III)

Оксид азота(III) образуется при низких температурах в ходе окислительно-восстановительной реакции между оксидом азота(II) и оксидом азота(IV). В нормальных условиях реакция протекает в обратном направлении.

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{NO + NO2 -> N2O3}}

Реакция соединения азота и кислорода.

Данная реакция осуществляется в среде жидкого воздуха посредством прохождения электрического разряда. Оксид азота(III) демонстрирует стабильность при пониженных температурах.

${\ce {2N2 + 3O2 -> 2N2O3}}$

Восстановление азотной кислоты оксидом мышьяка (III)

Для проведения реакции предлагается использовать 50%-й водный раствор азотной кислоты для обработки твёрдого оксида мышьяка(III). В ходе реакции, которая протекает при взаимодействии двух молекул азотной кислоты с одной молекулой триоксида мышьяка, образуются газообразные продукты — оксид азота(II) и оксид азота(II), а также мышьяковая кислота. Уравнение данной реакции можно представить следующим образом.

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{2HNO3 + As2O3 -> NO2 + NO + HAsO3 }}

После завершения основной стадии реакции, когда смесь продуктов охладится до температуры −36 °C, произойдёт дополнительная химическая реакция между образовавшимися ранее оксидами азота. В результате взаимодействия монооксида азота и диоксида азота образуется оксид азота(III). Эта реакция описывается уравнением:

Невозможно разобрать выражение (SVG с запасным PNG (MathML можно включить с помощью плагина для браузера): Недопустимый ответ («Math extension cannot connect to Restbase.») от сервера «https://wikimedia.org/api/rest_v1/»:): {\displaystyle \ce{NO + NO2 -> N2O3 }}

Реакция тетраоксида диазота с водой

При взаимодействии тетраоксида диазота с водной средой при низких температурах протекает реакция диспропорционирования. В результате данной реакции образуются соответствующие продукты — азотная кислота и оксид азота(III).

${\ce {2N2O4 + 2H2O -> 2HNO3 +N2O3}}$

Реакция тетраоксида диазота и монооксида азота

Азотистый ангидрид (N₂O₃) синтезируется путем растворения оксида азота (II) в жидком диоксиде азота, который подвергается интенсивному охлаждению. В результате химической реакции между N₂O₄ и двумя молекулами NO образуется два моль азотистого ангидрида.

${\ce {N2O4 + 2NO -> 2N2O3}}$

Реакция азотной кислоты с крахмалом

N₂O₃ может быть получен путём воздействия азотной кислоты (50 %) на крахмал. Образовавшуюся смесь газов осушают с использованием дегидратирующих агентов, таких как, например, безводный сульфат магния или оксид фосфора(V). Затем, попадая в охлаждающую часть химического аппарата, газы вступают в реакцию между собой, превращаясь в синюю жидкость — оксид азота(III). Реакция предложенная Юстусом фон Либихом.

(С₆Н₁₀О₅)n → 12nHNO₃ -> 6nNO + 6nNO₂ + 6nCO₂ + 11nH₂O

Применение

Триоксид азота представляет собой мощный окислитель, обладающий высокой реакционной способностью и находящий применение в различных областях химической промышленности. Одним из ключевых направлений его использования является синтез разнообразных производных азотной кислоты и нитратов. В частности, N₂O₃ выступает в качестве важного реагента при получении таких соединений, как нитриты и нитраты, которые находят применение в качестве удобрений, взрывчатых веществ и реактивов в аналитической химии. Триоксид азота используется в топливных системах, где он выполняет функцию окислителя, способствуя более эффективному сгоранию топлива и повышению мощности двигателей.

В лабораторных условиях триоксид азота участвует в ряде реакций синтеза органических и неорганических соединений, включая производство красителей, полимеров, таких как нейлон, а также фармацевтических препаратов.

Уровень опасности и меры предосторожности

Триоксид азота относится к классу опасности 3 согласно классификации ООН, что означает значительную токсичность и необходимость соблюдения строгих мер предосторожности при обращении с ним. Предельно допустимая концентрация (ПДК) триоксида азота в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м³ (пересчёт на NO₂), и превышение этого значения может привести к негативным последствиям для здоровья персонала.

Согласно стандарту ГОСТ 31340-07, триоксид азота должен быть помечен символами «Череп и скрещенные кости» (ядовитость), «Пламя над окружностью» (пожароопасность), «Сухое дерево и мёртвая рыба» (экологическая опасность), «Выливающаяся жидкость» (реакция с металлом), а также сигнальными словами «Ядовитый газ» и «Окислитель». Характеристики опасности включают ядовитость, взрывоопасность при нагревании, способность вызывать или усиливать пожар, коррозионное воздействие при взаимодействии с водой и экологическую опасность.

При транспортировке триоксида азота необходимо соблюдать следующие требования: номер ООН 2421, надлежащее отгрузочное наименование "Азота триоксид", запрет на перевозку железнодорожным транспортом, классификация опасности по ГОСТ 19433 (класс 2, подклассы 2.2 и 5.1, классификационный шифр 2223), транспортная маркировка (знак опасности по ГОСТ 19433 № 6a, 5, 8) и группа упаковки не применяется.

Для обеспечения безопасной работы с триоксидом азота следует контролировать концентрацию газа в зонах потенциального скопления, использовать средства индивидуальной защиты (специальная одежда, перчатки, защитные очки, респираторы, изолирующий противогаз ИП-4М и огнезащитная экипировка для аварийных ситуаций), и хранить вещество в специально оборудованных помещениях, исключающих контакт с несовместимыми материалами. Срок и условия хранения определяются производителем.

Отходы, связанные с использованием триоксида азота, подлежат специальной утилизации в соответствии с действующими нормами и правилами.

Экологическое воздействие

Оксид азота(III), известный своей термодинамической нестабильностью, не оказывает существенного непосредственного влияния на экологический статус окружающей среды. Увеличение выбросов оксида азота(III) чаще всего наблюдается исключительно в лабораторных условиях, поскольку N₂O₃ может существовать в стабильной газовой фазе только при температурах ниже -4°C. В твёрдой фазе оксид азота(III) представляет собой голубоватый порошок. Однако азотистый сесквиоксид, помимо своей токсичности, проявляет мутагенные свойства.

Источники

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Оксид азота(III)», расположенная по следующим адресам: — https://baza.znanierussia.ru/mediawiki/index.php/Оксид_азота(III) — «https://znanierussia.ru/articles/Оксид_азота(III)» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Знание.Вики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».