Оксид азота (IV) ( диоксид азота , двуокись азота ) NO ₂ — 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 NO ₂ существует в равновесии со своим димером N ₂ O ₄ . Склонность к образованию которого объясняется наличием в молекуле NO ₂ неспаренного электрона.
При температуре 140 °C диоксид азота состоит только из молекул NO ₂ , но очень тёмного, почти чёрного цвета.
В точке кипения NO ₂ представляет собой желтоватую жидкость, содержащую около 0,1 % NO ₂ .
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 N ₂ O ₄ .

Получение

В лаборатории NO ₂ обычно получают воздействием концентрированной азотной кислоты на медь :

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

Однако данный метод плох тем, что со временем, концентрация азотной кислоты падает, и в качестве дополнительного продукта реакции выделяется оксид азота(II) :

${\displaystyle {\ce {3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O}}}$

Также взаимодействием нитритов с серной кислотой:

${\displaystyle {\mathsf {2NaNO_{2}+H_{2}SO_{4}\rightarrow Na_{2}SO_{4}+NO_{2}\uparrow +NO\uparrow +H_{2}O}}}$ ,

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

${\displaystyle {\mathsf {2NO+O_{2}\rightarrow 2NO_{2}\uparrow }}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {2Pb(NO_{3})_{2}\rightarrow 2PbO+4NO_{2}\uparrow +O_{2}\uparrow }}}$

Разработан более совершенный лабораторный способ получения NO2 .

${\displaystyle {\mathsf {CH_{3}COOH+6HNO_{3}\rightarrow 5NO_{2}\uparrow +5H_{2}O+NO\uparrow +2CO_{2}\uparrow }}}$

Образующийся монооксид азота тотчас же вступает в реакцию с кислородом :

${\displaystyle {\mathsf {2NO+O_{2}\rightarrow 2NO_{2}\uparrow }}}$

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 [2].

Химические свойства

Кислотный оксид. NO ₂ отличается высокой химической активностью. Он взаимодействует с неметаллами ( фосфор , сера и углерод горят в нём). В этих реакциях NO ₂ — окислитель:

${\displaystyle {\mathsf {2NO_{2}+2C\rightarrow 2CO_{2}\uparrow +N_{2}\uparrow }}}$

${\displaystyle {\mathsf {10NO_{2}+8P\rightarrow 4P_{2}O_{5}+5N_{2}\uparrow }}}$

Окисляет SO ₂ в SO ₃ — на этой реакции основан нитрозный метод получения серной кислоты :

${\displaystyle {\mathsf {SO_{2}+NO_{2}\rightarrow SO_{3}+NO\uparrow }}}$

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

${\displaystyle {\mathsf {2NO_{2}+H_{2}O\rightarrow HNO_{3}+HNO_{2}}}}$

Поскольку азотистая кислота неустойчива, при растворении NO ₂ в тёплой воде образуются HNO ₃ и NO :

${\displaystyle {\mathsf {3NO_{2}+H_{2}O\rightarrow 2HNO_{3}+NO\uparrow }}}$

Если растворение проводить в избытке кислорода , образуется только азотная кислота (NO ₂ проявляет свойства восстановителя):

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

При растворении NO ₂ в щелочах образуются как нитраты , так и нитриты :

${\displaystyle {\mathsf {2NO_{2}+2KOH\rightarrow KNO_{3}+KNO_{2}+H_{2}O}}}$

Жидкий NO ₂ применяется для получения безводных нитратов :

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

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

${\displaystyle {\mathsf {2NO_{2}+2Cl_{2}\rightarrow NOCl\uparrow +NO_{2}Cl\uparrow +Cl_{2}O\uparrow }}}$

Реагирует с концентрированной азотной кислотой (97-98%) при −10 °C с образованием соединения, похожего на олеум, именуемого нитроолеум:

${\displaystyle {\ce {nNO2 + HNO3 -> HNO3*nNO2}}}$

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.

Помимо этого, он может быть применён для лабораторного получения красной дымящей азотной кислоты. Для этого, его продувают в 65% (или более концентрированную) азотную кислоту.

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

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 ( от 23 ноября 2018 на Wayback Machine )

п • • р Оксиды
H 2 O
Li 2 O LiCoO 2 Li 3 PaO 4 Li 5 PuO 6 Ba 2 LiNpO 6 LiAlO 2 Li 3 NpO 4 Li 2 NpO 4 Li 5 NpO 6 LiNbO 3	BeO											B 2 O 3	С 3 О 2 C 12 O 9 CO C 12 O 12 C 4 O 6 CO 2	N 2 O NO N 2 O 3 N 4 O 6 N 2 O 4 N 2 O 5	O	F
Na 2 O NaPaO 3 NaAlO 2 Na 2 PtO 3	MgO											AlO Al 2 O 3 NaAlO 2 LiAlO 2 AlO(OH)	SiO SiO 2	P 4 O P 4 O 2 P 2 O 3 P 4 O 8 P 2 O 5	S 2 O SO SO 2 SO 3	Cl 2 O ClO 2 Cl 2 O 6 Cl 2 O 7
K 2 O K 2 PtO 3 KPaO 3	CaO Ca 3 OSiO 4 CaTiO 3	Sc 2 O 3	TiO Ti 2 O 3 TiO 2 TiOSO 4 CaTiO 3 BaTiO 3	VO V 2 O 3 V 3 O 5 VO 2 V 2 O 5	FeCr 2 O 4 CrO Cr 2 O 3 CrO 2 CrO 3 MgCr 2 O 4	MnO Mn 3 O 4 Mn 2 O 3 MnO(OH) Mn 5 O 8 MnO 2 MnO 3 Mn 2 O 7	FeCr 2 O 4 FeO Fe 3 O 4 Fe 2 O 3	CoFe 2 O 4 CoO Co 3 O 4 CoO(OH) Co 2 O 3 CoO 2	NiO NiFe 2 O 4 Ni 3 O 4 NiO(OH) Ni 2 O 3	Cu 2 O CuO CuFe 2 O 4 Cu 2 O 3 CuO 2	ZnO	Ga 2 O Ga 2 O 3	GeO GeO 2	As 2 O 3 As 2 O 4 As 2 O 5	SeOCl 2 SeOBr 2 SeO 2 Se 2 O 5 SeO 3	Br 2 O Br 2 O 3 BrO 2
Rb 2 O RbPaO 3 Rb 4 O 6	SrO	Y 2 O 3 YOF YOCl	ZrO(OH) 2 ZrO 2 ZrOS Zr 2 О 3 Сl 2	NbO Nb 2 O 3 NbO 2 Nb 2 O 5 Nb 2 O 3 (SO 4 ) 2 LiNbO 3	Mo 2 O 3 Mo 4 O 11 MoO 2 Mo 2 O 5 MoO 3	TcO 2 Tc 2 O 7	Ru 2 O 3 RuO 2 Ru 2 O 5 RuO 4	RhO Rh 2 O 3 RhO 2	PdO Pd 2 O 3 PdO 2	Ag 2 O Ag 2 O 2	Cd 2 O CdO	In 2 O InO In 2 O 3	SnO SnO 2	Sb 2 O 3 Sb 2 O 4 Hg 2 Sb 2 O 7 Sb 2 O 5	TeO 2 TeO 3	I 2 O 4 I 4 O 9 I 2 O 5
Cs 2 O Cs 2 ReCl 5 O	BaO BaPaO 3 BaTiO 3 BaPtO 3		HfO(OH) 2 HfO 2	Ta 2 O TaO TaO 2 Ta 2 O 5	WO 2 Br 2 WO 2 WO 2 Cl 2 WOBr 4 WOF 4 WOCl 4 WO 3	Re 2 O ReO Re 2 O 3 ReO 2 Re 2 O 5 ReO 3 Re 2 O 7	OsO Os 2 O 3 OsO 2 OsO 4	Ir 2 O 3 IrO 2	PtO Pt 3 O 4 Pt 2 O 3 PtO 2 K 2 PtO 3 Na 2 PtO 3 PtO 3	Au 2 O AuO Au 2 O 3	Hg 2 O HgO (Hg 3 O 2 )SO 4 Hg 2 O(CN) 2 Hg 2 Sb 2 O 7 Hg 3 O 2 Cl 2 Hg 5 O 4 Cl 2	Tl 2 O Tl 2 O 3	Pb 2 O PbO Pb 3 O 4 Pb 2 O 3 PbO 2	BiO Bi 2 O 3 Bi 2 O 4 Bi 2 O 5	PoO PoO 2 PoO 3	At
Fr	Ra		Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts
		↓
		La 2 O 2 S La 2 O 3	Ce 2 O 3 CeO 2	PrO Pr 2 O 2 S Pr 2 O 3 Pr 6 O 11 PrO 2	NdO Nd 2 O 2 S Nd 2 O 3 NdHO	Pm 2 O 3	SmO Sm 2 O 3	EuO Eu 3 O 4 Eu 2 O 3 EuO(OH) Eu 2 O 2 S	Gd 2 O 3	Tb	Dy 2 O 3	Ho 2 O 3 Ho 2 O 2 S	Er 2 O 3	Tm 2 O 3	YbO Yb 2 O 3	Lu 2 O 2 S Lu 2 O 3 LuO(OH)
		Ac 2 O 3	UO 2 UO 3 U 3 O 8	PaO PaO 2 Pa 2 O 5 PaOS	ThO 2	NpO NpO 2 Np 2 O 5 Np 3 O 8 NpO 3	PuO Pu 2 O 3 PuO 2 PuO 3 PuO 2 F 2	AmO 2	Cm 2 O 3 CmO 2	Bk 2 O 3	Cf 2 O 3	Es	Fm	Md	No	Lr