 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Пентаоксид диазота | |
| Другие имена Азотный ангидрид Нитрония нитрат Нитрилнитрат DNPO Безводная азотная кислота | |
| Идентификаторы | |
3D модель ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.030.227  |
| Номер ЕС |
|
PubChem CID | |
| UNII | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
| Характеристики | |
| N 2 O 5 | |
| Молярная масса | 108,01 г / моль |
| Внешность | белое твердое вещество |
| Плотность | 1,642 г / см 3 (18 ° С) |
| Температура плавления | 41 ° С (106 ° F, 314 К) [1] |
| Точка кипения | 47 ° C (117 ° F, 320 K) возвышается |
| реагирует с выделением HNO 3 | |
| Растворимость | растворим в хлороформе незначительно в CCl 4 |
| -35,6 · 10 -6 см 3 / моль (водн.) | |
| 1,39 D | |
| Структура | |
| шестиугольный | |
| планарная, C 2v (прибл. D 2h ) N – O – N ≈ 180 ° | |
| Термохимия | |
Стандартная мольная энтропия ( S | 178,2 Дж · К −1 моль −1 (с) 355,6 Дж · К −1 моль −1 (г) |
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 ) | -43,1 кДж / моль (с) +11,3 кДж / моль (г) |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ˚) | 114,1 кДж / моль |
| Опасности | |
| Основные опасности | сильный окислитель, при контакте с водой образует сильную кислоту |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Негорючий |
| Родственные соединения | |
Связанные оксиды азота | Закись азота Оксид азота Трехокись азота Двуокись азота Двуокись азота |
Родственные соединения | Азотная кислота |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверить ( что есть ?)  | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Пятиокись азота - это химическое соединение с формулой N 2 O 5 , также известное как пятиокись азота или ангидрид азота . Это один из бинарных оксидов азота , семейства соединений, которые содержат только азот и кислород . Он существует в виде бесцветных кристаллов, плавящихся при 41 ° C. Его температура кипения составляет 47 ° C, температура сублимации немного выше комнатной [1] с образованием бесцветного газа. [2]
Пятиокись азота представляет собой нестабильный и потенциально опасный окислитель, который когда-то использовался в качестве реагента при растворении в хлороформе для нитрования, но в значительной степени был заменен NO 2 BF 4 ( тетрафторборат нитрония ).
N 2 O 5 является редким примером соединения, которое принимает две структуры в зависимости от условий. Твердое вещество представляет собой соль нитрата нитрония , состоящую из отдельных катионов нитрония [NO 2 ] + и нитрат-анионов [NO 3 ] - ; но в газовой фазе и при некоторых других условиях это ковалентно связанная молекула. [3]
История [ править ]
О N 2 O 5 впервые сообщил Девиль в 1840 году, который получил его обработкой AgNO 3 с помощью Cl 2 . [4] [5]
Структура и физические свойства [ править ]
Чистый твердый N 2 O 5 представляет собой соль , состоящую из разделенных линейных ионов нитрония NO 2 + и плоских тригональных нитрат- анионов NO 3 - . Оба азотных центра имеют степень окисления +5. Он кристаллизуется в пространственной группе D 4 6 h ( C 6 / mmc ) с Z = 2, с NO-
3анионы в сайтах D 3 h и NO+
2катионы в D 3 d сайтах. [6]
Давление пара P (в торр ) как функция температуры T (в кельвинах ) в диапазоне от 211 до 305 K хорошо аппроксимируется формулой
составляет около 48 торр при 0 ° C, 424 торр при 25 ° C и 760 торр при 32 ° C (на 9 градусов ниже точки плавления). [7]
В газовой фазе или при растворении в неполярных растворителях, таких как CCl 4 , соединение существует в виде ковалентно связанных молекул O 2 N – O – NO 2 . В газовой фазе теоретические расчеты для конфигурации с минимальной энергией показывают, что угол O – N – O в каждом NO
2крыло составляет около 134 °, а угол N – O – N около 112 °. В этой конфигурации два NO
2группы повернуты примерно на 35 ° вокруг связей с центральным кислородом, от плоскости N – O – N. Таким образом, молекула имеет форму пропеллера с одной осью вращательной симметрии 180 ° ( C 2 ) [8]
Когда газообразный N
2О
5быстро охлаждается («гасится»), можно получить метастабильную молекулярную форму, которая экзотермически превращается в ионную форму при температуре выше -70 ° C. [9]
Газообразный N
2О
5поглощает ультрафиолетовый свет с диссоциацией на радикалы диоксид азота NO
2и триоксид азота NO
3(незаряженный нитрат). Спектр поглощения имеет широкую полосу с максимумом на длине волны 160 нм . [10]
Подготовка [ править ]
Рекомендуемой лабораторный синтез влечет за собой дегидратирующие азотную кислоту (HNO 3 ) с оксидом фосфора (V) : [9]
- P 4 O 10 + 12 HNO 3 → 4 H 3 PO 4 + 6 N 2 O 5
Другой лабораторный процесс - реакция нитрата лития LiNO
3и пентафторид брома BrF
5, в соотношении более 3: 1. Реакция первые формы фторид нитрила ФНО
2который далее вступает в реакцию с нитратом лития: [6]
- BrF
5+ 3 LiNO
3→ 3 LiF + BrONO
2+ O2 + 2 FNO2 - FNO2 + LiNO
3→ LiF + N
2О
5
Соединение также может быть создано в газовой фазе путем реакции диоксида азота NO
2или N
2О
4с озоном : [11]
- 2 НЕТ
2+ O
3→ N
2О
5+ O
2
Однако продукт катализирует быстрое разложение озона: [11]
- 2 O
3+ N
2О
5→ 3 O
2+ N
2О
5
Пятиокись азота также образуется, когда смесь кислорода и азота проходит через электрический разряд. [6] Другой путь - реакции POCl.
3или НЕТ
2Cl с AgNO
3[6] [12]
Реакции [ править ]
Пятиокись азота реагирует с водой ( гидролизуется ) с образованием азотной кислоты HNO.
3. Таким образом, пятиокись азота представляет собой ангидрид азотной кислоты: [9]
- N 2 O 5 + H 2 O → 2 HNO
3
Растворы пятиокиси азота в азотной кислоте можно рассматривать как азотную кислоту с концентрацией более 100%. Фазовая диаграмма системы H
2О - Н
2О
5показывает хорошо известный отрицательный азеотроп при 60% N
2О
5(то есть 70% HNO
3), положительный азеотроп при 85,7% N
2О
5(100% HNO
3), и еще один отрицательный на 87,5% N
2О
5("102% HNO
3"). [13]
Реакция с хлороводородом HCl также дает азотную кислоту и нитрилхлорид NO.
2Cl : [14]
- N
2О
5+ HCl → HNO
3+ НЕТ
2Cl
Пятиокись азота в конечном итоге разлагается при комнатной температуре на NO 2 и O 2 . [15] [11] Разложение незначительно, если твердое вещество хранится при 0 ° C в подходящих инертных контейнерах. [6]
Пятиокись азота реагирует с аммиаком NH
3дать несколько продуктов, в том числе закись азота N
2O , нитрат аммония NH
4НЕТ
3, нитрамид NH
2НЕТ
2и динитрамид аммония NH
4N (НЕТ
2)
2в зависимости от условий реакции. [16]
Разложение пятиокиси азота при высоких температурах
Пятиокись азота при высоких температурах от 600 до 1100 ° K разлагается в два последовательных стехиометрических этапа:
- N
2О
5→ НЕТ
2+ НЕТ
3 - НЕТ
3→ НЕТ
2+ ½ O
2
В ударной волне N
2О
5стехиометрически разложился на диоксид азота NO
2и кислород O
2. При температуре 600 ° К и выше диоксид азота NO
2нестабилен по отношению к оксиду азота NO и кислороду . Реакция термического разложения 10-4 моль / л диоксида азота NO
2при 1000 ° К требуется около двух секунд. [17]
Разложение пятиокиси азота в CCl 4 при 30ºC . [18]
Помимо разложения N 2 O 5 при высоких температурах, он также может разлагаться в четыреххлористом углероде при 30 ° C (86 ° F). И N 2 O 5, и NO 2 растворимы в CCl 4 и остаются в растворе, в то время как кислород нерастворим и улетучивается. Объем кислорода, образовавшегося в результате реакции, можно измерить в газовой бюретке. После этого шага мы можем приступить к разложению, измеряя количество O 2 , которое образуется с течением времени, потому что единственная форма для получения O 2 - это разложение N 2 O 5 . Приведенное ниже уравнение относится к разложению N 2 O 5.в ККл 4 :
N 2 O 5 (г) → 2NO 2 (г) + ½O 2 (г)
И эта реакция следует закону скорости первого порядка, который гласит:
-d [A] / dt = k [A]
Разложение пятиокиси азота в присутствии окиси азота.
Также вы можете удалить пятиокись азота ( N
2О
5) в присутствии оксида азота ( NO ). Вы можете увидеть реакцию в уравнении ниже:
- N
2О
5+ НЕТ → 3 НЕТ
2
Скорость начальной реакции между пентаоксидом диазота и оксидом азота элементарного мономолекулярного разложения. [19]
Приложения [ править ]
Нитрование органических соединений [ править ]
Пятиокись азота, например, в виде раствора в хлороформе , использовалась в качестве реагента для введения функциональной группы NO 2 в органические соединения . Эта реакция нитрования представлена следующим образом:
- N 2 O 5 + Ar – H → HNO 3 + Ar – NO 2
где Ar представляет собой ареновую группу. [20] Реакционная способность NO 2 + может быть дополнительно увеличена с помощью сильных кислот, которые генерируют «суперэлектрофил» HNO 2 2+ .
В этом случае N
2О
5был в значительной степени заменен тетрафторборатом нитрония [ NO
2] + [ BF
4] - . Эта соль сохраняет высокую реакционную способность NO 2 + , но она термически устойчива, разлагаясь при температуре около 180 ° C (на NO 2 F и BF 3 ).
Пятиокись азота имеет отношение к приготовлению взрывчатых веществ. [5] [21]
Атмосферное явление [ править ]
В атмосфере пентаоксид диазота является важным резервуаром соединений NO x , ответственных за разрушение озона : его образование обеспечивает нулевой цикл, в котором NO и NO 2 временно удерживаются в инертном состоянии. [22] Коэффициенты смешивания в несколько частей на миллиард наблюдались в загрязненных регионах ночной тропосферы. [23] Пятиокись азота также наблюдалась в стратосфере [24] на аналогичных уровнях, образование резервуара было постулировано при рассмотрении озадачивающих наблюдений внезапного падения уровней NO 2 в стратосфере выше 50 ° с.ш., так называемого «Ноксона». Утес'.
Изменения реакционной способности N 2 O 5 в аэрозолях могут привести к значительным потерям тропосферного озона, гидроксильных радикалов и концентраций NOx. [25] Двумя важными реакциями N 2 O 5 в атмосферных аэрозолях являются: 1) гидролиз с образованием азотной кислоты [26] и 2) реакция с галогенид-ионами, особенно Cl - , с образованием молекул ClNO 2 , которые могут служить предшественниками реакционноспособных атомы хлора в атмосфере. [27] [28]
Опасности [ править ]
N 2 O 5 - сильный окислитель, образующий взрывоопасные смеси с органическими соединениями и солями аммония . При разложении пятиокиси азота образуется высокотоксичный газообразный диоксид азота .
Ссылки [ править ]
- ^ Б Emeleus (1 января 1964). Успехи неорганической химии . Академическая пресса. С. 77–. ISBN 978-0-12-023606-0. Проверено 20 сентября 2011 года .
- ^ Питер Стил Коннелл Фотохимия пятиокиси азота . Кандидатская диссертация, Национальная лаборатория Лоуренса Беркли.
- ^ В. Rogie Angus, Ричард У. Джонс и Глины О. Филлипс (1949): «Существование Нитрозильных ионов ( NO+
) в тетроксиде азота и ионах нитрония ( NO+
2) в жидком пятиокиси азота ». Nature , том 164, страницы 433–434. doi : 10.1038 / 164433a0 - ^ MH Девиль (1849). «Обратите внимание на производство л'асида нитрикового ангидра» . Компт. Ренд . 28 : 257 -260.
- ^ а б Джай Пракаш Агравал (19 апреля 2010 г.). Высокоэнергетические материалы: топливо, взрывчатые вещества и пиротехника . Wiley-VCH. С. 117–. ISBN 978-3-527-32610-5. Проверено 20 сентября 2011 года .
- ^ a b c d e Уильям В. Уилсон и Карл О. Крист (1987): "Пятиокись азота. Новый синтез и спектр комбинационного рассеяния лазера". Неорганическая химия , том 26, страницы 1631-1633. DOI : 10.1021 / ic00257a033
- ^ AH McDaniel, JA Davidson, CA Cantrell, RE Shetter и JG Calvert (1988): "Энтальпии образования пятиокиси азота и свободных радикалов нитрата". Журнал физической химии , том 92, выпуск 14, страницы 4172-4175. DOI : 10.1021 / j100325a035
- ^ S. Parthiban, BN Raghunandan, и R.Sumathi (1996): "Структуры, энергии и частоты колебаний пятиокиси азота". Журнал молекулярной структуры: ТЕОХИМА , том 367, страницы 111-118. DOI : 10.1016 / S0166-1280 (96) 04516-2
- ^ a b c Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия , перевод Иглсона, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего / Берлин: Academic Press / De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Брюс А. Осборн, Джордж Марстон, Л. Камински, NC Джонс, Дж. М. Джингелл, Найджел Мейсон, Изобель К. Уокер, Дж. Делвиче и М.-Дж. Хубин-Франскин (2000): «Вакуумный ультрафиолетовый спектр пятиокиси азота». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения , том 64, выпуск 1, страницы 67-74. DOI : 10.1016 / S0022-4073 (99) 00104-1
- ^ a b c Фрэнсис Яо, Иван Уилсон и Гарольд Джонстон (1982): «Температурно-зависимый спектр поглощения ультрафиолетового излучения для пятиокиси азота». Журнал физической химии , том 86, выпуск 18, страницы 3611-3615. DOI : 10.1021 / j100215a023
- ^ Гарри, Шотт; Норман, Дэвидсон (1958), Ударные волны в химической кинетике: разложение N2O5 при высоких температурах , 80 , Журнал Американского химического общества (опубликовано 21 октября 1957 г.), стр. 8
- ^ L. Lloyd и PAH Wyatt (1955): "Давление паров растворов азотной кислоты. Часть I. Новые азеотропы в системе вода-пентоксид диазота". Журнал химического общества (возобновленный) , том 1955, страницы 2248-2252. DOI : 10.1039 / JR9550002248
- ^ Роберт А. Уилкинс младший и IC Hisatsune (1976): «Реакция пятиокиси азота с хлористым водородом». Основы промышленной и инженерной химии , том 15, выпуск 4, страницы 246-248. DOI : 10.1021 / i160060a003
- ^ Окись азота (V) . Неорганические синтезы . 3 . 1950. С. 78–81.
- ^ C. Frenck и W. Weisweiler (2002): «Моделирование реакций между аммиаком и пятиокиси азота для синтеза динитрамида аммония (ADN)». Химическая инженерия и технологии , том 25, выпуск 2, страницы 123-128. DOI : 10.1002 / 1521-4125 (200202) 25: 2 <123 :: АИД-CEAT123> 3.0.CO; 2-З
- Перейти ↑ Schott, G., & Davidson, N. (1958). Ударные волны в химической кинетике: разложение N2O5 при высоких температурах. Журнал Американского химического общества, 80 (8), 1841–1853. DOI : 10.1021 / ja01541a019
- Перейти ↑ J., Jaime, R. (2008). Determinación de orden de reacción haciendo uso de integles Definidas . Национальный автономный университет Никарагуа, Манагуа.
- ^ Дж. Уилсон, Дэвид; С. Джонстон, Гарольд. «Разложение пятиокиси азота в присутствии окиси азота. IV. Влияние благородных газов» . Публикации ASC .
- ^ Ян М. Бакке и Ингрд Хегбом (1994): «Пятиокись азота-диоксид серы, новая система нитрования». Acta chemica scandinavica , том 48, выпуск 2, страницы 181-182. DOI : 10.3891 / acta.chem.scand.48-0181
- ^ Талавар, МБ; и другие. (2005). «Создание технологического процесса для производства пятиокиси азота и ее использования для синтеза самого мощного взрывчатого вещества на сегодняшний день - CL-20». Журнал опасных материалов . 124 (1–3): 153–64. DOI : 10.1016 / j.jhazmat.2005.04.021 . PMID 15979786 .
- ^ Финлейсон-Питтс, Барбара Дж .; Питтс, Джеймс Н. (2000). Химия верхней и нижней атмосферы: теория, эксперименты, приложения . Сан-Диего: Academic Press. ISBN 9780080529073. OCLC 162128929 .
- ^ HaiChao Wang; и другие. (2017). «Высокие концентрации N2O5, наблюдаемые в городском Пекине: последствия большого пути образования нитратов». Письма по экологической науке и технологиям . 4 (10): 416–420. DOI : 10.1021 / acs.estlett.7b00341 .
- ^ CP Rinsland; и другие. (1989). «Стратосферные профили N205 на восходе и закате солнца по результатам дальнейшего анализа солнечных спектров ATMOS / Spacelab 3». Журнал геофизических исследований . 94 : 18341–18349. Bibcode : 1989JGR .... 9418341R . DOI : 10.1029 / JD094iD15p18341 .
- ^ Macintyre, HL; Эванс, MJ (2010-08-09). «Чувствительность глобальной модели к поглощению N 2 O 5 тропосферным аэрозолем» . Химия и физика атмосферы . 10 (15): 7409–7414. DOI : 10,5194 / ACP-10-7409-2010 . ISSN 1680-7324 .
- ^ Браун, СС; Dibb, JE; Старк, H .; Aldener, M .; Возелла, М .; Whitlow, S .; Уильямс, EJ; Лернер, БМ; Жакубек, Р. (2004-04-16). «Ночное удаление NOx в летнем морском пограничном слое» . Письма о геофизических исследованиях . 31 (7): н / д. DOI : 10.1029 / 2004GL019412 . ISSN 1944-8007 .
- ^ Гербер, Р. Бенни; Финлейсон-Питтс, Барбара Дж .; Хаммерик, Одри Делл (2015-07-15). «Механизм образования предшественников атмосферных атомов Cl в реакции оксидов диазота с HCl / Cl– на водных пленках» (PDF) . Физическая химия Химическая физика . 17 (29): 19360–19370. Bibcode : 2015PCCP ... 1719360H . DOI : 10.1039 / C5CP02664D . ISSN 1463-9084 . PMID 26140681 .
- ^ Келлехер, Патрик Дж .; Menges, Fabian S .; DePalma, Joseph W .; Дентон, Джоанна К .; Джонсон, Марк А .; Веддл, Гэри Х .; Хиршберг, Барак; Гербер, Р. Бенни (18 сентября 2017 г.). «Улавливание и структурная характеристика комплексов выходного канала XNO2 · NO3– (X = Cl, Br, I) в опосредованных водой реакциях X– + N2O5 с помощью криогенной колебательной спектроскопии». Журнал писем по физической химии . 8 (19): 4710–4715. DOI : 10.1021 / acs.jpclett.7b02120 . ISSN 1948-7185 . PMID 28898581 .
