Динитроген пентооксид
Динитроген пентооксид (исто така познат како азот пентооксид или азотен анхидрид) е хемиско соединение со формулата N
2O
5. Тој е еден од бинарните азотни оксиди, фамилија на соединенија кои содржат само азот и кислород. Постои како безбојни кристали кои се сублимираат малку над собната температура, давајќи безбоен гас.[1]
Динитроген пентооксид е нестабилен и потенцијално опасен оксидатор кој некогаш се користел како реагенс кога се растворал во хлороформ за нитрации, но во голема мера бил заменет со нитрониум тетрафлуороборат (NO
2BF
4).
N
2O
5 е редок пример за соединение кое има две структури во зависност од ситуацијата. Цврстата структура е сол, нитрониум нитрит, која се состои од одвоени катјони на нитрониум ([NO
2]+
) и нитратни анјони ([NO
3]−
); но во гасовита состојба и во други ситуации претставува ковалентно сврзана молекула.
Историја
уредиN
2O
5 првпат бил регистриран од Девил во 1840 година, кој го подготвил на тој начин што помешал сребро нитрат (AgNO
3) со хлор.[2][3]
Структура и физички својства
уредиЧисто цврстиот N
2O
5 е сол, составена од одвоени линеарни јони на нитрониум NO+
2 и рамни тригонални нитратни анјони NO−
3 . Двата азотни центри имаат оксидациона состојба +5. Се кристализира во вселенската група D4
6h
4
6h (C6/mmc) со Z = 2, со NO−
3 анјони во местата D3hи на NO+
2 катјони во местата D3d.[4]
Притисокот на пареата P (во atm) како функција од температурата T (во келвин ), во опсег 211 to 305 К (-62 до 32 °C), е приближно одреден со формулата
кој е околу 48 torr на 0 °C, 424 torr на 25 °C и 760 torr на 32 °C (9 °C под точката на топење).[5]
Во гасната фаза, или кога се раствора во неполарни растворувачи, како што е јаглерод тетрахлорид, соединението постои како ковалентно врзани молекули O
2N–O–NO
2. Во гасната фаза, теоретските пресметки за минималната енергетска конфигурација укажуваат на тоа дека O–N–O агол во секое–NO
2 крило е околу 134° и на N–O–N аголот е околу 112°. Во таа конфигурација, двете–NO
2 групите се ротираат околу 35° околу врските до централниот кислород, подалеку од N–O–N рамнина. Така, молекулата има облик на пропелер, со една оска од 180° ротациона симетрија (C 2) [6]
Кога гасовитиот N
2O
5 се лади брзо („изгаснат“), може да се добие метастабилна молекуларна форма, која егзотермично се претвора во јонска форма над -70 °C.[7]
Гасовитиот N
2O
5 апсорбира ултравиолетова светлина со дисоцијација во слободните радикали азот диоксид NO
2•
и азот триоксид NO
3•
(ненаполнет нитрат). Апсорпциониот спектар има широк опсег со максимум на бранова должина 160 nm .[8]
Подготовка
уредиПрепорачаната лабораториска синтеза вклучува дехидрација на азотна киселина (HNO
3) со фосфор(V) оксид:[7]
- P
4O
10 + 12 HNO
3 → 4 H
3PO
4 + 6 N
2O
5
Друг лабораториски процес е реакцијата на литиум нитрат LiNO
3 и бром пентафлуорид BrF
5, во сооднос кој надминува 3:1. Реакцијата прво формира нитрил флуорид FNO
2 кој дополнително реагира со литиум нитрат:[4]
- BrF
5 + 3 LiNO
3 → 3 LiF + BrONO
2 + O
2 + 2 FNO
2 - FNO
2 + LiNO
3 → LiF + N
2O
5
Соединението може да се создаде и во гасната фаза со реакција на азот диоксид NO
2 или N
2O
4 со озон:[9]
- 2 NO
2 + O
3 → N
2O
5 + O
2
Сепак, производот го катализира брзото распаѓање на озонот:[9]
- 2 O
3 + N
2O
5 → 3 O
2 + N
2O
5
Динитроген пентооксид се формира и кога мешавина од кислород и азот се пренесува преку електрично празнење.[4] Друг пат се реакциите на фосфорил хлорид POCl
3 или нитрил хлорид NO
2Cl со сребро нитрат AgNO
3 [4][10]
Реакции
уредиДинитроген пентооксид реагира со вода (хидролиза) за да произведе азотна киселинаHNO
3. Така, динитроген пентооксид е анхидрид на азотна киселина:[7]
- N
2O
5 + H
2O → 2 HNO
3
Растворите на динитроген пентоксид во азотна киселина може да се видат како азотна киселина со повеќе од 100% концентрација. Фазен дијаграм на системот H
2O -N
2O
5 го покажува добро познатиот негативен азеотроп на 60% N
2O
5 (односно, 70% HNO
3 ), позитивен азеотроп на 85,7 %N
2O
5 (100% HNO
3 ), и уште еден негативен од 87,5% N
2O
5 („102% HNO
3 ").[11]
Реакцијата со хлороводород HCl исто така дава азотна киселина и нитрил хлорид NO
2Cl :[12]
- N
2O
5 + HCl → HNO
3 + NO
2Cl
Динитроген пентооксид на крајот се распаѓа на собна температура во NO
2 и O
2.[9][13] Распаѓањето е занемарливо ако цврстото тело се одржува на 0 °C, во соодветно инертни контејнери.[4]
Динитроген пентооксид реагира со амонијак NH
3 да даде неколку производи, вклучувајќи азотен оксид N
2O, амониум нитрат NH
4NO
3, нитрамид NH
2NO
2 и амониум динитрамид NH
4N(NO
2)
2, во зависност од условите на реакцијата.[14]
Распаѓање на динитроген пентооксид на високи температури
уредиДинитроген пентооксид помеѓу високи температури од 600 and 1,100 К (327-827 °C), се разложува во два последователни стехиометриски чекори:
- N
2O
5 → NO
2 + NO
3 - 2 NO
3 → 2 NO
2 + O
2
Во ударниот бран,N
2O
5 се распаѓа стехиометриски на азот диоксид и кислород. На температури од 600 К и повисоко, азот диоксидот е нестабилен во однос на азотниот оксид NO и кислородот. За термичкото распаѓање од 0,1 mM азот диоксид на 1000 К поознато е дека се потребни околу две секунди.[10]
Распаѓање на динитроген пентооксид во јаглерод тетрахлорид на 30 °C
уредиОсвен разградувањето на N
2O
5 на високи температури, може да се разложи и во јаглерод тетрахлорид CCl
4 на 30 °C (303 К).[15] И двата N
2O
5 и NO
2 се растворливи во CCl
4 и остануваат во раствор додека кислородот е нерастворлив и излегува. Волуменот на кислородот формиран во реакцијата може да се мери во гасна бирета. По овој чекор можеме да продолжиме со разградување, мерејќи ја количината на O
2 што се произведува со текот на времето бидејќи единствената форма да се добие O
2 е со N
2O
5 распаѓање. Равенката подолу се однесува на распаѓање на N
2O
5 во CCl
4 :
- 2 N
2O
5 → 4 NO
2 + O
2(g)
И оваа реакција го следи законот за стапка од прв ред кој гласи:
![{\displaystyle -{\frac {d[\mathrm {A} ]}{dt}}=k[\mathrm {A} ]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1ea7552714a906687c0d9bed4d10c829c4c85633)
Распаѓање на азотен пентооксид во присуство на азотен оксид
уредиN
2O
5 може да се распадне во присуство на азотен оксид NO:
- N
2O
5 + NO → 3 NO
2
Атмосферска појава
уредиВо атмосферата, динитроген пентооксид е важен резервоар на NO
x видови кои се одговорни за осиромашување на озонската обвивка: неговото формирање обезбедува нулти циклус со кој NO и NO
2 се привремено задржани во нереактивна состојба.[16] Соодносот на мешање од неколку делови на милијарда по волумен е забележан во загадените региони на ноќната тропосфера.[17] Динитроген пентооксид, исто така, е забележан во стратосферата [18] на слични нивоа, формирањето на резервоарот е постулирано при разгледувањето на збунувачките набљудувања на ненадеен пад во стратосферските нивоа на NO
2 над 50 °N, таканаречената „ноксонска карпа“.
Опасности
уредиN
2O
5 претставува силно оксидациско средство кое формира експлозивни смеси со органски соединенија и амониумови соли. Распадот на динитроген пентоксид создава високо токсичен гас на азот диоксид.
Наводи
уреди- ↑ Connell, Peter Steele. (1979) The Photochemistry of Dinitrogen Pentoxide.
- ↑ Deville, M.H. (1849). „Note sur la production de l'acide nitrique anhydre“. Compt. Rend. 28: 257–260.
- ↑ Agrawal, Jai Prakash (2010). High Energy Materials: Propellants, Explosives and Pyrotechnics. Wiley-VCH. стр. 117. ISBN 978-3-527-32610-5. Посетено на 20 September 2011.
- ↑ 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 Wilson, William W.; Christe, Karl O. (1987). „Dinitrogen pentoxide. New synthesis and laser Raman spectrum“. Inorganic Chemistry. 26 (10): 1631–1633. doi:10.1021/ic00257a033.
- ↑ McDaniel, A. H.; Davidson, J. A.; Cantrell, C. A.; Shetter, R. E.; Calvert, J. G. (1988). „Enthalpies of formation of dinitrogen pentoxide and the nitrate free radical“. The Journal of Physical Chemistry. 92 (14): 4172–4175. doi:10.1021/j100325a035.
- ↑ Parthiban, S.; Raghunandan, B.N.; Sumathi, R. (1996). „Structures, energies and vibrational frequencies of dinitrogen pentoxide“. Journal of Molecular Structure: Theochem. 367: 111–118. doi:10.1016/S0166-1280(96)04516-2.
- ↑ 7,0 7,1 7,2 Holleman, Arnold Frederik; Wiberg, Egon (2001), Wiberg, Nils (уред.), Inorganic Chemistry, Преведено од Eagleson, Mary; Brewer, William, San Diego/Berlin: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ↑ Osborne, Bruce A.; Marston, George; Kaminski, L.; Jones, N.C; Gingell, J.M; Mason, Nigel; Walker, Isobel C.; Delwiche, J.; Hubin-Franskin, M.-J. (2000). „Vacuum ultraviolet spectrum of dinitrogen pentoxide“. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 64: 67–74. doi:10.1016/S0022-4073(99)00104-1.
- ↑ 9,0 9,1 9,2 Yao, Francis; Wilson, Ivan; Johnston, Harold (1982). „Temperature-dependent ultraviolet absorption spectrum for dinitrogen pentoxide“. The Journal of Physical Chemistry. 86 (18): 3611–3615. doi:10.1021/j100215a023.
- ↑ 10,0 10,1 Schott, Garry; Davidson, Norman (1958). „Shock Waves in Chemical Kinetics: The Decomposition of N2O5 at High Temperatures“. Journal of the American Chemical Society. 80 (8): 1841–1853. doi:10.1021/ja01541a019.
- ↑ Lloyd, L.; Wyatt, P. A. H. (1955). „The vapour pressures of nitric acid solutions. Part I. New azeotropes in the water–dinitrogen pentoxide system“. J. Chem. Soc.: 2248–2252. doi:10.1039/JR9550002248.
- ↑ Wilkins, Robert A.; Hisatsune, I. C. (1976). „The Reaction of Dinitrogen Pentoxide with Hydrogen Chloride“. Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 15 (4): 246–248. doi:10.1021/i160060a003.
- ↑ Gruenhut, N. S.; Goldfrank, M.; Cushing, M. L.; Caesar, G. V.; Caesar, P. D.; Shoemaker, C. (1950). „Nitrogen(V) Oxide (Nitrogen Pentoxide, Dinitrogen Pentoxide, Nitric Anhydride)“. Inorganic Syntheses: 78–81. doi:10.1002/9780470132340.ch20.
- ↑ Frenck, C.; Weisweiler, W. (2002). „Modeling the Reactions Between Ammonia and Dinitrogen Pentoxide to Synthesize Ammonium Dinitramide (ADN)“. Chemical Engineering & Technology. 25 (2): 123. doi:10.1002/1521-4125(200202)25:2<123::AID-CEAT123>3.0.CO;2-W.
- ↑ Jaime, R. (2008).
- ↑ Finlayson-Pitts, Barbara J.; Pitts, James N. (2000). Chemistry of the upper and lower atmosphere : theory, experiments, and applications. San Diego: Academic Press. ISBN 9780080529073. OCLC 162128929.
- ↑ Wang, Haichao; Lu, Keding; Chen, Xiaorui; Zhu, Qindan; Chen, Qi; Guo, Song; Jiang, Meiqing; Li, Xin; Shang, Dongjie (2017). „High N2O5 Concentrations Observed in Urban Beijing: Implications of a Large Nitrate Formation Pathway“. Environmental Science and Technology Letters. 4 (10): 416–420. doi:10.1021/acs.estlett.7b00341.
- ↑ Rinsland, C.P. (1989). „Stratospheric N2O5 profiles at sunrise and sunset from further analysis of the ATMOS/Spacelab 3 solar spectra“. Journal of Geophysical Research. 94: 18341–18349. Bibcode:1989JGR....9418341R. doi:10.1029/JD094iD15p18341.
Цитирани извори
уреди- Haynes, William M., уред. (2016). CRC Handbook of Chemistry and Physics (97th. изд.). CRC Press. ISBN 9781498754293.