Oxid dusný - Dinitrogen pentoxide
 | |
 | |
| Jména | |
|---|---|
| Název IUPAC Oxid dusný | |
| Ostatní jména Anhydrid dusnatý Nitronium dusičnan Nitryl nitrát DNPO Bezvodá kyselina dusičná | |
| Identifikátory | |
3D model (JSmol ) | |
| ChEBI | |
| ChemSpider | |
| Informační karta ECHA | 100.030.227  |
| Číslo ES |
|
PubChem CID | |
| UNII | |
Řídicí panel CompTox (EPA) | |
| |
| |
| Vlastnosti | |
| N2Ó5 | |
| Molární hmotnost | 108,01 g / mol |
| Vzhled | bílá pevná látka |
| Hustota | 1,642 g / cm3 (18 ° C) |
| Bod tání | 41 ° C (106 ° F; 314 K) [1] |
| Bod varu | 47 ° C (117 ° F; 320 K) sublimuje |
| reaguje dát HNO3 | |
| Rozpustnost | rozpustný v chloroform zanedbatelné v CCl4 |
| −35.6·10−6 cm3/ mol (aq) | |
| 1,39 D. | |
| Struktura | |
| šestihranný | |
| rovinný, C2v (Cca. D2h) N – O – N ≈ 180 ° | |
| Termochemie | |
Std molární entropie (S | 178,2 J K.−1 mol−1 (s) 355,6 J K.−1 mol−1 (G) |
Std entalpie of formace (ΔFH⦵298) | -43,1 kJ / mol (s) +11,3 kJ / mol (g) |
Gibbsova volná energie (ΔFG˚) | 114,1 kJ / mol |
| Nebezpečí | |
| Hlavní nebezpečí | silné oxidační činidlo, při kontaktu s vodou tvoří silnou kyselinu |
| NFPA 704 (ohnivý diamant) | |
| Bod vzplanutí | Nehořlavé |
| Související sloučeniny | |
| Oxid dusičitý Oxid dusnatý Oxid dusný Oxid dusičitý Oxid dusný | |
Související sloučeniny | Kyselina dusičná |
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
 ověřit (co je   ?) | |
| Reference Infoboxu | |
Oxid dusný je chemická sloučenina s vzorec N2Ó5, také známý jako oxid dusičitý nebo anhydrid kyseliny dusičné. Je to jeden z binárních souborů oxidy dusíku, skupina sloučenin, které obsahují pouze dusík a kyslík. Existuje jako bezbarvé krystaly, které se taví při 41 ° C. Jeho teplota varu je 47 ° C a sublimuje mírně nad pokojovou teplotou,[1] čímž se získá bezbarvý plyn.[2]
Oxid dinitrogenový je nestabilní a potenciálně nebezpečný oxidant, který byl kdysi používán jako a činidlo po rozpuštění chloroform pro nitrace ale byl do značné míry nahrazen NO2BF4 (nitronium tetrafluorborát ).
N2Ó5 je vzácný příklad sloučeniny, která přijímá dvě struktury v závislosti na podmínkách. Pevná látka je sůl, nitronium dusičnan, skládající se ze samostatných nitroniové kationty [NE2]+ a dusičnanové anionty [NE3]−; ale v plynné fázi a za některých dalších podmínek je to kovalentně vázán molekula.[3]
Dějiny
N2Ó5 byl poprvé nahlášen uživatelem Deville v roce 1840, který jej připravil zpracováním AgNO3 s Cl2.[4][5]
Struktura a fyzikální vlastnosti
Čistá pevná látka N2Ó5 je sůl, skládající se z oddělených lineárních nitroniové ionty NE2+ a planární trigonální dusičnan anionty č3−. Oba dusík centra mají oxidační stav +5. Krystalizuje ve vesmírné skupině D46h (C6/mmc) s Z = 2, s NE−
3 anionty v D3h stránky a NE+
2 kationty v D3d stránky.[6]
Tlak par P (v torr ) jako funkce teploty T (v kelvin ), v rozmezí 211 až 305 K, je dobře aproximován vzorcem
je asi 48 torr při 0 ° C, 424 torr při 25 ° C a 760 torr při 32 ° C (9 stupňů pod teplotou tání).[7]
V plynné fázi nebo po rozpuštění v nepolární fázi rozpouštědla jako CCl4, sloučenina existuje jako kovalentně vázán molekuly O2N – O – NE2. V plynné fázi naznačují teoretické výpočty konfigurace s minimální energií úhel O – N – O v každém z nich NE
2 křídlo je asi 134 ° a úhel N – O – N je asi 112 °. V této konfiguraci dva NE
2 skupiny se otáčejí kolem 35 ° kolem vazeb na centrální kyslík, pryč od roviny N – O – N. Molekula má tedy tvar vrtule s jednou osou 180 ° rotační symetrie (C2) [8]
Když plynné N
2Ó
5 je rychle ochlazován ("kalen"), lze získat metastabilní molekulární forma, která se exotermicky převádí na iontovou formu nad -70 ° C.[9]
Plynný N
2Ó
5 absorbuje ultrafialové světlo s disociací na radikály oxid dusičitý NE
2 a oxid dusičitý NE
3 (nenabitý dusičnan). Absorpční spektrum má široké pásmo s maximem při vlnové délce 160 nm.[10]
Příprava
Doporučená laboratorní syntéza vyžaduje dehydrataci kyselina dusičná (HNO3) s oxid fosforečný (V):[9]
- P4Ó10 + 12 HNO3 → 4 H3PO4 + 6 N.2Ó5
Dalším laboratorním procesem je reakce dusičnan lithný Linoleum
3 a pentafluorid bromitý BrF
5, v poměru přesahujícím 3: 1. Nejprve se vytvoří reakce nitrylfluorid FNO
2 který dále reaguje s dusičnanem lithným:[6]
- BrF
5 + 3Linoleum
3 → 3LiF + BRONO
2 + O2 + 2FNO2 - FNO2 + Linoleum
3 → LiF + N
2Ó
5
Sloučenina může být také vytvořena v plynné fázi reakcí oxid dusičitý NE
2 nebo N
2Ó
4 s ozón:[11]
- 2NE
2 + Ó
3 → N
2Ó
5 + Ó
2
Produkt však katalyzuje rychlý rozklad ozonu:[11]
- 2Ó
3 + N
2Ó
5 → 3Ó
2 + N
2Ó
5
Oxid dinitrogenový se také tvoří, když směs kyslíku a dusíku prochází elektrickým výbojem.[6] Další cestou jsou reakce POCl
3 nebo NE
2Cl s AgNO
3[6]
Reakce
Oxid dusný reaguje s vodou (hydrolyzuje ) k výrobě kyselina dusičná HNO
3. Tím je oxid dusný anhydrid kyseliny dusičné:[9]
- N2Ó5 + H2O → 2 HNO
3
Roztoky oxidu dusného v kyselině dusičné lze považovat za kyselinu dusičnou s více než 100% koncentrací. Fázový diagram systému H
2Ó−N
2Ó
5 ukazuje známý negativní azeotrop na 60% N
2Ó
5 (tj. 70% HNO
3), pozitivní azeotrop na 85,7% N
2Ó
5 (100% HNO
3) a další negativní na 87,5% N
2Ó
5 ("102% HNO
3").[12]
Reakce s chlorovodík HCl také dává kyselinu dusičnou a nitrylchlorid NE
2Cl:[13]
- N
2Ó
5 + HCl → HNO
3 + NE
2Cl
Oxid dusný se nakonec při pokojové teplotě rozloží na NE2 a Ó2.[14][11] Rozklad je zanedbatelný, pokud se pevná látka udržuje při 0 ° C ve vhodně inertních nádobách.[6]
Oxid dusný reaguje s amoniakem NH
3 dát několik produktů, včetně oxid dusičitý N
2Ó, dusičnan amonný NH
4NE
3, nitramid NH
2NE
2 a amonný dinitramid NH
4N (č
2)
2, v závislosti na reakčních podmínkách.[15]
Aplikace
Nitrace organických sloučenin
Oxid dusný, například jako roztok v chloroform, bylo použito jako činidlo k zavedení NO2 funkčnost v organické sloučeniny. Tento nitrace reakce je znázorněna následovně:
- N2Ó5 + Ar – H → HNO3 + Ar – NE2
kde Ar představuje arene skupina.[16] Reaktivita NO2+ lze dále vylepšit silnými kyselinami, které generují „superelektrofilní“ HNO22+.
Při tomto použití N
2Ó
5 byl do značné míry nahrazen nitronium tetrafluorborát [NE
2]+[BF
4]−. Tato sůl si zachovává vysokou reaktivitu NO2+, ale je tepelně stabilní a rozkládá se při asi 180 ° C (na NE2F a BF3 ).
Oxid dusný je relevantní pro přípravu výbušnin.[5][17]
Atmosférický výskyt
V atmosféra „oxid dusný je důležitým rezervoárem NOX druhy, za které jsou odpovědné poškozování ozonové vrstvy: jeho vznik poskytuje a nulový cyklus s nimiž NO a NO2 jsou dočasně drženi v nereaktivním stavu.[18] Míchací poměry ve znečištěných oblastech noční troposféry bylo pozorováno několik ppbv.[19] Ve stratosféře byl také pozorován oxid dusný[20] na podobných úrovních se předpokládalo, že tvorba nádrže byla uvažována o záhadných pozorováních náhlého poklesu stratosférického NO2 úrovně nad 50 ° severní šířky, takzvaný „Noxonský útes“.
Variace v N2Ó5 reaktivita v aerosolech může vést k významným ztrátám troposférického ozonu, hydroxylové radikály a koncentrace NOx.[21] Dvě důležité reakce N.2Ó5 v atmosférických aerosolech jsou: 1) Hydrolýza za vzniku kyselina dusičná[22] a 2) reakce s halogenidovými ionty, zejména Cl−, za vzniku ClNO2 molekuly, které mohou sloužit jako prekurzory reaktivních atomů chloru v atmosféře.[23][24]
Nebezpečí
N2Ó5 je silný oxidant, který vytváří výbušné směsi s organickými sloučeninami a amonný soli. Rozklad oxidu dusného vytváří vysoce toxický produkt oxid dusičitý plyn.
Reference
- ^ A b Emeleus (1. ledna 1964). Pokroky v anorganické chemii. Akademický tisk. str. 77–. ISBN 978-0-12-023606-0. Citováno 20. září 2011.
- ^ Peter Steele Connell Fotochemie oxidu dusného. Práce Ph. D., Lawrence Berkeley National Laboratory.
- ^ W. Rogie Angus, Richard W. Jones a Glyn O. Phillips (1949): „Existence nitrosyl iontů (NE+
) v oxidu dusičitém a nitroniových iontech (NE+
2) v kapalném oxidu dusičitém “. Příroda, svazek 164, strany 433–434. doi:10.1038 / 164433a0 - ^ M.H. Deville (1849). „Note sur la production de l'acide nitrique anhydre“. Compt. Vykreslit. 28: 257 –260.
- ^ A b Jai Prakash Agrawal (19. dubna 2010). Vysokoenergetické materiály: pohonné látky, výbušniny a pyrotechnika. Wiley-VCH. str. 117–. ISBN 978-3-527-32610-5. Citováno 20. září 2011.
- ^ A b C d E William W. Wilson a Karl O. Christe (1987): „Dinitrogen Pentoxide. New Synthesis and Laser Raman Spectrum“. Anorganická chemie, svazek 26, strany 1631-1633. doi:10.1021 / ic00257a033
- ^ A. H. McDaniel, J. A. Davidson, C. A. Cantrell, R. E. Shetter a J. G. Calvert (1988): „Entalpie tvorby oxidu dusného a volných radikálů dusičnanu“. Journal of Physical Chemistry, svazek 92, číslo 14, strany 4172-4175. doi:10.1021 / j100325a035
- ^ S. Parthiban, B. N. Raghunandan a R.Sumathi (1996): „Struktury, energie a vibrační frekvence oxidu dusného.“ Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, svazek 367, strany 111-118. doi:10.1016 / S0166-1280 (96) 04516-2
- ^ A b C Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils (ed.), Anorganická chemie, přeloženo Eaglesonem, Mary; Brewer, William, San Diego / Berlin: Academic Press / De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Bruce A. Osborne, George Marston, L. Kaminski, N. C. Jones, J. M. Gingell, Nigel Mason, Isobel C. Walker, J. Delwiche a M.-J. Hubin-Franskin (2000): „Vakuové ultrafialové spektrum oxidu dusného“. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, svazek 64, číslo 1, strany 67-74. doi:10.1016 / S0022-4073 (99) 00104-1
- ^ A b C Francis Yao, Ivan Wilson a Harold Johnston (1982): „Teplotně závislé ultrafialové absorpční spektrum pro oxid dusný.“ Journal of Physical Chemistry, svazek 86, číslo 18, strany 3611-3615. doi:10.1021 / j100215a023
- ^ L. Lloyd a P. A. H. Wyatt (1955): "Tlak par roztoků kyseliny dusičné. Část I. Nové azeotropy v systému voda - oxid dusný". Journal of the Chemical Society (obnoveno), svazek 1955, strany 2248-2252.doi:10.1039 / JR9550002248
- ^ Robert A. Wilkins Jr. a I. C. Hisatsune (1976): „Reakce oxidu dusného s chloridem“. Základy průmyslové a inženýrské chemie, svazek 15, číslo 4, strany 246-248. doi:10.1021 / i160060a003
- ^ Oxid dusičitý. Anorganické syntézy. 3. 1950. s. 78–81.
- ^ C. Frenck a W. Weisweiler (2002): „Modelování reakcí amoniaku a oxidu dusného na syntézu dinitramidu amonného (ADN)“. Chemické inženýrství a technologie, svazek 25, číslo 2, strany 123-128. doi:10.1002 / 1521-4125 (200202) 25: 2 <123 :: AID-CEAT123> 3.0.CO; 2-W
- ^ Jan M. Bakke a Ingrd Hegbom (1994): „Dinitrogen-pentoxid-oxid siřičitý, nový nitrační systém“. Acta chemica scandinavica, svazek 48, číslo 2, strany 181-182. doi:10,3891 / acta.chem.scand.48-0181
- ^ Talawar, M. B .; et al. (2005). „Založení procesní technologie pro výrobu oxidu dusného a jeho využití pro syntézu nejmocnějších výbušnin současnosti - CL-20“. Journal of Hazardous Materials. 124 (1–3): 153–64. doi:10.1016 / j.jhazmat.2005.04.021. PMID 15979786.
- ^ Finlayson-Pitts, Barbara J .; Pitts, James N. (2000). Chemie horní a dolní atmosféry: teorie, experimenty a aplikace. San Diego: Academic Press. ISBN 9780080529073. OCLC 162128929.
- ^ HaiChao Wang; et al. (2017). „Vysoké koncentrace N2O5 pozorované v městském Pekingu: důsledky cesty tvorby velkého dusičnanu“. Věda o životním prostředí a technologické dopisy. 4 (10): 416–420. doi:10.1021 / acs.estlett.7b00341.
- ^ C.P. Rinsland; et al. (1989). „Stratosférické profily N205 při východu a západu slunce z další analýzy slunečních spekter ATMOS / Spacelab 3“. Journal of Geophysical Research. 94: 18341–18349. Bibcode:1989JGR .... 9418341R. doi:10.1029 / JD094iD15p18341.
- ^ Macintyre, H.L .; Evans, M. J. (09.08.2010). "Citlivost globálního modelu na absorpci N2Ó5 troposférickým aerosolem ". Atmosférická chemie a fyzika. 10 (15): 7409–7414. doi:10.5194 / acp-10-7409-2010. ISSN 1680-7324.
- ^ Brown, S. S .; Dibb, J. E .; Stark, H .; Aldener, M .; Vozella, M .; Whitlow, S .; Williams, E. J .; Lerner, B. M .; Jakoubek, R. (2004-04-16). "Noční odstranění NOx v letní námořní hraniční vrstvě". Dopisy o geofyzikálním výzkumu. 31 (7): n / a. doi:10.1029 / 2004 GL019412. ISSN 1944-8007.
- ^ Gerber, R. Benny; Finlayson-Pitts, Barbara J .; Hammerich, Audrey Dell (2015-07-15). „Mechanismus tvorby prekurzorů atomu Cl v atmosféře při reakci oxidů dinitrogenů s HCl / Cl− na vodných filmech“ (PDF). Fyzikální chemie Chemická fyzika. 17 (29): 19360–19370. Bibcode:2015PCCP ... 1719360H. doi:10.1039 / C5CP02664D. ISSN 1463-9084. PMID 26140681.
- ^ Kelleher, Patrick J .; Menges, Fabian S .; DePalma, Joseph W .; Denton, Joanna K .; Johnson, Mark A .; Weddle, Gary H .; Hirshberg, Barak; Gerber, R. Benny (2017-09-18). „Zachytávání a strukturní charakterizace komplexů výstupního kanálu XNO2 · NO3– (X = Cl, Br, I) ve vodě zprostředkovaných reakcích X– + N2O5 s kryogenní vibrační spektroskopií“. The Journal of Physical Chemistry Letters. 8 (19): 4710–4715. doi:10.1021 / acs.jpclett.7b02120. ISSN 1948-7185. PMID 28898581.