Дополнительный материал по теме «Оксиды азота»
Азот образует несколько оксидов:
- солеобразующие оксиды:
- N2O3- оксид азота (III)
- NO2- оксид азота (IV)
- N2O4- димер оксида азота (IV)
- N2O5- оксид азота (V)
- несолеобразующие оксиды:
- N2O- оксид азота (I)
- NO- оксид азота (II)
Все оксиды азота, за исключением N2O, являются ядовитыми веществами.
Оксид азота N2O (I)
Строение молекулы линейное:
- +
N=N=O
N2O (I) - бесцветный газ со слабым запахом и сладковатым вкусом.
- растворяется в воде, но не реагирует с ней;
- разлагается при слабом нагревании:
2N2O → 2N2+O2 - реагирует с водородом со взрывом:
N2O+H2→ N2+H2O - получают разложением нитрата аммония:
NH4NO3→ N2O+2H2O - применяют в смеси с кислородом в качестве "веселящего газа", как средство общего наркоза в медицине, а также для получения азидов:
N2O+NaNH2→ NaN3+H2O
Оксид азота NO(II)
Молекула имеет вид:
- N=O
Оксид азота NO(II) димеризуется (образуется новое вещество путём соединения двух структурных элементов) только при низких температурах.
- Бесцветный газ, без запаха.
- Малорастворим в воде.
- Легко окисляется на воздухе с образованием диоксида азота:
2NO+O2=2NO2. - Взаимодействует с другими окислителями (CrO3,Cl2, KMnO4).
- Реагирует с активными металлами, водородом:
K+NO=KNO
2NO+2H2=N2+2H2O
NO(II) содержится в выхлопных газах автомобилей с двигателями внутреннего сгорания - проходя через каталитический конвертор, состоящий из нагретых до высокой температуры керамических ячеек, оксиды азота восстанавливаются, а СО окисляется:
2NO+2CO → N2+2CO2
В природе NO(II) образуется во время грозы в результате взаимодействия азота с кислородом при высокой температуре:
N2+O2=2NO.
В промышленных целях NO(II) получают каталитическим окислением аммиака (в роли катализатора используется платина):
4N-3H3+5O20 → 4N+2O-2+6H2O
В лабораторных условиях NO(II)получают действием разбавленной азотной кислотой на медь:
3Cu0+8HN+5O3 = 3Cu+2(NO3)2+2N-2O↑+4H2O
Монооксид азота используют для получения азотной кислоты.
Оксид азота N2O3(III)
Строение молекулы:
Связь N+-O- образована по донорно-акцепторному механизму.
Оксид азота N2O3(III) при н.у. является темно-синей жидкостью. При низких температурах (ниже -100°C) кристаллизуется.
Оксид азота N2O3(III) является кислотным оксидом, в значительной степени диссоциирует и реагирует со щелочами:
N2O3 ↔ NO2+NO
N2O3+2NaOH = 2NaNO2+H2O
Оксид азота N2O3(III) взаимодействует с водой с образованием азотистой кислоты:
N2O3+H2O = 2HNO2
Азотистая кислота является слабой кислотой, и существует только в водном растворе.
Соли азотистой кислоты - нитриты NaNO2, KNO2 являются устойчивыми соединениями, проявляя, как кислотные, так и восстановительные свойства, поскольку атом азота в них имеет "среднее" значение степени окисления (+3).
Оксид азота NO2(IV)
Строение молекулы:
Связи N-O располагаются под углом друг к другу, при этом они носят промежуточный "полуторный" характер, при этом имеется еще и один неспаренный электрон, как и у NO (см. выше).
При н.у. оксид азота NO2(IV) является ядовитым газом (хорошо растворимым в воде) бурого цвета, с характерным запахом.
Оксид азота NO2(IV) - смешанный оксид, ему соответствуют две кислоты: азотистая и азотная, поэтому, реакция взаимодействия с водой имеет следующий вид:
2N+4O2+H2O = HN+3O2+HN+5O3
При нагревании до 50°C неустойчивая азотистая кислота не образуется:
3NO2+H2O = 2HNO3+NO
На воздухе NO2 взаимодействует с водой с образованием только азотной кислоты:
4N+4O2+O20+2H2O ↔ 4HN+5O3-2
Оксид азота NO2(IV) взаимодействует с растворами щелочей с образованием воды и двух солей - нитрата и нитрита:
2N+4O2+2NaOH = NaN+3O2+NaN+5O3+H2O
В избытке кислорода образуется только нитрат натрия:
4N+4O2+4NaOH+O20 = 4NaN+5O3-2+2H2O
При температуре ниже 22°C молекулы оксида азота NO2(IV) легко соединяются попарно (димеризуются), в результате чего образуется бесцветная жидкость, превращающаяся в кристаллы при дальнейшем охлаждении до температуры ниже -10,2°C.
В промышленных условиях оксид азота NO2(IV) получают путем окисления NO кислородом:
2NO+O2=2NO2
В лабораторных условиях оксид азота NO2(IV) получают окислением меди азотной кислотой (концентрированной), либо разложением нитрата свинца (меди):
Cu+4HNO3(конц) = Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2O
2Pb(NO3)2 = 2PbO+4NO2↑+O2↑
Оксид азота NO2(IV) применяют в производстве азотной кислоты.
Оксид азота N2O5(V)
Строение молекулы:
Связи N+-O- образуются по донорно-акцепторному механизму: атом азота отдает электрон, играя роль донора и приобретая положительный заряд, атом кислорода присоединяет электрон, выступая в роли акцептора и приобретая отрицательный заряд. Атомы азота проявляют степень окисления +5 (валентность 4).
Оксид азота N2O5(V) (азотный ангидрид, пентаоксид диазота) является кристаллическим веществом белого цвета, легко разлагающееся при нормальных условиях:
2N2O5 = 4NO2+O2
Оксид азота N2O5(V) является кислотным оксидом, который при растворении в воде образует азотную кислоту:
N2O5+H2O = 2HNO3
Оксиды азота N2O3 и N2O5 практического применения не имеют.
