Оксид азота (IV)
| Оксид азота (IV) | |
| |
| |
| Общие | |
|---|---|
| Систематическое наименование |
Оксид азота(IV)
|
| Традиционные названия | диоксид азота; двуокись азота, тетраоксид диазота, бурый газ |
| Химическая 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 |
| Термические свойства | |
| Т. плав. | -11,2 |
| Т. кип. | +21,1 °C |
| Т. разл. | выше +500 °C |
| Энтальпия образования | 33,10 кДж/моль |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 10102-44-0 |
| Безопасность | |
| ПДК | 2 мг/м³ |
| Токсичность | Токсичен, окислитель, СДЯВ |
| NFPA 704 | |
| Приводятся данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иного. | |
Оксид азота (IV) (диоксид азота, двуокись азота, лисий хвост) — бинарное неорганическое соединение, состоящее из кислорода и азота, где азот имеет степень окисления +4.
Этот газ имеет характерный бурый цвет, поэтому его иногда называют «лисий хвост»[1]. Он тяжелее воздуха и обладает резким раздражающим запахом[2][3].
При низких температурах диоксид азота () существует в форме димера – тетраоксида диазота (). Это бесцветная жидкость обладает резким, характерным запахом[4].
Оксид азота(IV) является кислотным оксидом, хотя не существует кислот с аналогичной степенью окисления азота (+4). Он также обладает сильными окислительными свойствами[2][3].
Пары этого газа ядовиты и могут вызвать сильное раздражение дыхательных путей при вдыхании, что может привести к серьёзному отравлению[2][3].
Свойства вещества[править]
Химическое строение[править]
Молекула диоксида азота () имеет угловую форму. Это связано с тем, что атом азота находится в состоянии sp²-гибридизации. В результате этого образуется угол между связями N–O, составляющий примерно 134 0. Длина связи N–O составляет около 0,119 нм, что соответствует полуторной связи между атомами азота и кислорода[5][6].
В молекуле NO₂ присутствует один неспаренный электрон, что делает это соединение свободным радикалом. Этот свободный электрон значительно влияет на химические свойства и его реакционную способность[5][6].
При нормальных условиях находится в равновесии со своим димером . Димеризация происходит из-за наличия неспаренного электрона в молекуле NO₂, что делает её склонной к образованию более стабильных структур. В результате этого процесса две молекулы объединяются, образуя молекулу , которая является более стабильной и менее реакционноспособной[5][6].
Структура молекулы определяет её химические и физические свойства, включая способность к димеризации и высокую реакционную способность[5][6].
Физические свойства[править]
Диоксид азота () представляет собой газ бурого цвета с резким удушливым запахом. Плотность NO₂ составляет 1,491 г/см³ при 0 0C[3]. Он является ядовитым веществом. При нормальных условиях (20 0C и 760 мм рт. ст.) находится в жидком состоянии, так как его температура кипения составляет 21 °C. В жидком и твердом состояниибесцветен и состоит из молекул вследствие димеризации[3][5][6][7].
Температура плавления составляет −11,2 0C, а температура кипения — 21 0C. При нормальных условиях находится в равновесии со своим димером [8]. В жидком состоянии недимеризовано только 1 %, а при 100 °C остается в виде димера 10 % . Молекулы полностью димеризуется в тетраоксид диазота () при −9,3 °C[3][5][6][7].
Благодаря наличию неспаренного электрона, обладает магнитными свойствами[3][5][6][7].
NO₂ при растворении реагирует с водой, образуя азотную () и азотистую () кислоты. В сероуглероде и хлороформе диоксид азота растворим[3][5][6][7].
Кристаллическая решетка молекулярная. Поскольку молекула тяжелее и имеет более высокую склонность к димеризации, она плавится и кипит при более высоких температурах[3][5][6][7].
Химические свойства[править]
Реакция с водой[править]
- Оксид азота (IV) реагирует с водой с образованием двух кислот — азотной и азотистой[9]:
- Поскольку азотистая кислота неустойчива, то при растворении NO2 в теплой воде образуются азотная кислота (HNO3) и оксид азота(II) (NO)[9]:
- Если растворение NO2 в воде проводить в избытке кислорода, то образуется только азотная кислота[9]:
Реакция с щелочами[править]
- При растворении оксида азота (IV) в щелочных растворах происходит образование солей азотной кислоты (нитратов) и азотистой кислоты (нитритов). Взаимодействие диоксида азота с гидроксидом натрия приводит к образованию нитрата натрия и нитрита натрия, а также воды[2]:
- В случае если процесс протекает при увеличенном содержании кислорода, то результатом становятся исключительно соли азотной кислоты (нитраты). Присутствие кислорода оказывает воздействие на состав продуктов реакции, окисляя азот с его степенью окисления +3 до +5, что приводит к смещению равновесия в сторону образования нитратов[2]:
- В результате взаимодействия двух оксидов азота (II) и (IV) с гидроксидом натрия образуется нитрит натрия и вода[9]:
Окисление веществ[править]
Оксид азота (IV) является сильным окислителем. В атмосфере этого вещества происходит активное взаимодействие с различными веществами. Например, такие элементы и соединения, как фосфор, уголь и сера, способны гореть при контакте с оксидом азота (IV). В результате реакции образуется азот и соответствующие оксиды. Кроме того, оксид серы (IV), взаимодействуя с оксидом азота (IV), подвергается процессу окисления, превращаясь в более окисленную форму — оксид серы(VI)[10].
- Диоксид азота (NO₂) реагирует с серой (S), образуя азот (N₂) и диоксид серы (SO₂). В этой реакции диоксид азота выступает в роли окислителя, а сера — в роли восстановителя[10]:
- Диоксид азота (NO₂) реагирует с углеродом (C), образуя азот (N₂) и диоксид углерода (CO₂). В этой реакции диоксид азота также выступает в роли окислителя, а углерод — в роли восстановителя[10]:
- Диоксид азота (NO₂) реагирует с фосфором (P), образуя азот (N₂) и пентаоксид дифосфора (P₂O₅). В этой реакции диоксид азота выступает в роли окислителя, а фосфор — в роли восстановителя[10]:
- Диоксид азота (NO₂) реагирует с диоксидом серы (SO₂), образуя триоксид серы (SO₃) и оксид азота (NO). В этой реакции диоксид азота выступает в роли окислителя, а диоксид серы — в роли восстановителя[10].
Оксид азота (IV) димеризуется:[править]
Диоксид азота (NO₂) димеризуется, образуя тетраоксид диазота (N₂O₄). Эта реакция является обратимой, и при повышении температуры или снижении давления равновесие смещается в сторону диоксида азота. При низких температурах и высоких давлениях преобладает тетраоксид диазота[2]:
Способы получения[править]
В лаборатории[править]
Реакция взаимодействия меди с горячей концентрированной азотной кислотой[6]:
В этой реакции медь взаимодействует с горячей концентрированной азотной кислотой, образуя нитрат меди(II), диоксид азота и воду[6].
Термическое разложение сухих нитратов тяжёлых металлов[править]
При нагревании нитратов тяжёлых металлов, таких как нитрат свинца, происходит их разложение с образованием оксида свинца, диоксида азота и кислорода[6].
В промышленности[править]
Окисление оксида азота(II) кислородом происходит самопроизвольно на воздухе[6]:
Эта реакция представляет собой процесс окисления оксида азота(II) молекулярным кислородом. Реакция является обратимой и используется в промышленности для получения диоксида азота[10].
Применение[править]
Диоксид азота (NO₂) — это химическое соединение, которое находит широкое применение в различных отраслях промышленности и быта.
Синтез химических продуктов[править]
- Азотная кислота. Диоксид азота играет важную роль как промежуточное соединение в процессе производства азотной кислоты. Этот процесс включает несколько стадий, начиная с окисления аммиака до оксида азота (II), который затем превращается в диоксид азота. Далее диоксид азота вступает в реакцию с водой, образуя азотную кислоту. Полученная таким образом азотная кислота находит широкое применение в различных отраслях промышленности. Она используется при изготовлении удобрений, которые необходимы для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме того, азотная кислота применяется в производстве взрывчатых веществ, таких как нитроглицерин и тротил, а также в синтезе множества других важных химических соединений[11].
- Серная кислота. В процессе синтеза серной кислоты также возможно использование диоксида азота, хотя это не основной путь получения данного вещества. Однако в некоторых специфичных каталитических реакциях диоксид азота может быть задействован для ускорения процесса образования серной кислоты. Серная кислота является одним из наиболее востребованных промышленных химикатов и широко используется в производстве минеральных удобрений, красителей, моющих средств, а также в металлургии и нефтехимической отрасли[11].
Целлюлозно-бумажная промышленность:[править]
- В данной отрасли диоксид азота () используется благодаря своим сильным окислительным свойствам, которые делают его реагентом во многих химических процессах. Одним из таких процессов является отбеливание целлюлозы, где 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{NO2}} играет ключевую роль в удалении примесей и улучшении качества конечного продукта. Этот процесс особенно важен для производства высококачественной бумаги и других изделий на основе целлюлозы[11].
Органический синтез:[править]
- Диоксид азота (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{NO2}} ) играет важную роль в процессе органического синтеза как эффективный нитрующий агент. Он способен избирательно внедрять нитрогруппы (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{-NO2}} ) в структуру органических молекул. Этот процесс широко применяется при производстве различных химических веществ, таких как красители, фармацевтические препараты и другие сложные органические соединения. Благодаря своим свойствам диоксид азота позволяет получать целевые продукты с высокой степенью чистоты и точности, что делает его инструментом в современной химической промышленности[11].
Аэрокосмическая индустрия:[править]
- В аэрокосмической индустрии диоксид азота (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{NO2}} ) и тетраоксид диазота (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{N2O4}} ) широко применяется в качестве одного из компонентов ракетного топлива. Этот газ выполняет важную функцию окислителя, обеспечивая процесс горения топливной смеси с высокой энергетической эффективностью. Благодаря своим свойствам, NO₂ способствует стабильности работы ракетных двигателей, что является критически важным для обеспечения безопасности и надежности полетов космических аппаратов[11].
Уровень опасности и меры предосторожности[править]
Источники диоксида азота[править]
На сжигание приходится почти 98% антропогенных выбросов 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{NO2}} , большинство из которых происходит из стационарных источников. Оксиды азота, образующиеся при сгорании, являют собой относительно безвредные газы, которые выдыхаются преимущественно виде оксида азота 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}} и 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{N2}} , попадая в атмосферу, очень быстро превращаются в смертельно опасный диоксид азота[11].
Опасности диоксида азота[править]
Диоксид азота (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{NO2}} ) представляет собой высокотоксичное вещество, оказывающее разрушительное воздействие на организм человека и окружающую среду. Его токсичность проявляется в нескольких аспектах, приводя к серьёзным последствиям для здоровья. 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{NO2}} обладает выраженным раздражающим и прижигающим действием на дыхательные пути, особенно на их глубокие отделы. Это приводит к воспалению и повреждению слизистых оболочек, вызывая кашель, одышку и боль в груди. При вдыхании 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{NO2}} может развиться токсический отёк лёгких, характеризующийся накоплением жидкости в лёгких, что затрудняет газообмен и приводит к гипоксии (недостатку кислорода в организме)[11][12].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{NO2}} также угнетает аэробное окисление в лёгочной ткани, нарушая нормальное функционирование клеток и приводя к их повреждению и гибели. В то же время он стимулирует анаэробное окисление, что может привести к накоплению токсичных продуктов метаболизма и дальнейшему повреждению тканей. Существует вероятность общего токсического действия 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{NO2}} на организм, включая всасывание продуктов клеточного распада с поверхности лёгких в кровь, что может вызвать системные эффекты, такие как интоксикация и повреждение других органов[11][12].
При длительном воздействии даже небольших концентраций 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{NO2}} (0,2–0,7 мг/л в течение 6–8 часов) его токсичность может превышать токсичность оксида азота (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}} ). Это связано с кумулятивным эффектом и способностью 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{NO2}} накапливаться в организме. В частности, при реакции с гемоглобином в крови 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{NO2}} приводит к потере способности гемоглобина переносить кислород[11][12].
NO₂ может находиться в абсорбированном состоянии в виде мелких частиц, которые оседают на почву и отравляют её, а затем и животных, питающихся травой с этих участков. Повышение концентрации NO₂Невозможно 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{NO2}} в атмосфере может привести к трагическим последствиям, включая загрязнение окружающей среды, повышение риска развития заболеваний и смертности[11][12].
Источники[править]
- ↑ Ерёмин В. В., Антипин Р. Л., Дроздов А. А., Карпова Е. В., Рыжова О. Н. Химия: углублённый курс подготовки к ЕГЭ. — М: Эксмо, 2020. — С. 299. — ISBN 978-5-04-104070-3.
- ↑ 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 Степанов В. Н. Оксид азота IV: получение и химические свойства. Chemege.ru. Проверено 7 января 2025.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 Оксиды азота • Химия, Элементы VA группы - пниктогены. Фоксфорд Учебник. Проверено 7 января 2025.
- ↑ Диоксид азота. Оксид азота(IV), химические свойства, получение. Acetyl. Проверено 7 января 2025.
- ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,5 5,6 5,7 5,8 «Оксиды и гидроксиды азота».
- ↑ 6,00 6,01 6,02 6,03 6,04 6,05 6,06 6,07 6,08 6,09 6,10 6,11 6,12 6.8.4. Оксид азота (IV) NO2 и N2O4. Томский государственный университет. Проверено 7 января 2025.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 § 37.1. Оксиды азота(II) и (IV). Профильное обучение. Проверено 7 января 2025.
- ↑ «Оксиды азота». ISSN 5-85270-329-X.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 9,3 Некрасов Б. В. Общая химия Т.1 изд. 3-е. — Л: Химия, 1973. — С. 415 - 416.
- ↑ 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 10,5 6.8.4. Оксид азота (IV) NO2 и N2O4. Томский государственный университет. Проверено 7 января 2025.
- ↑ 11,0 11,1 11,2 11,3 11,4 11,5 11,6 11,7 11,8 11,9 Оксид азота NO2 (диоксид азота). Aqva-lab. Проверено 7 января 2025.
- ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей 7-е изд. т.3 / Лазарев Н. В., Гадаскина И. Д.. — Л: Химия, 1977. — С. 109-110.
![]() | Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Знание.Вики» («znanierussia.ru») под названием «Оксид азота(IV)», расположенная по следующим адресам:
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?». |
|---|




