Пятиокись азота - Dinitrogen pentoxide
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Пентаоксид диазота | |
| Другие имена Азотный ангидрид Нитрат нитрония Нитрилнитрат ДНПО Безводная азотная кислота | |
| Идентификаторы | |
3D модель (JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.030.227  |
| Номер ЕС |
|
PubChem CID | |
| UNII | |
| |
| |
| Характеристики | |
| N2О5 | |
| Молярная масса | 108,01 г / моль |
| Внешность | белое твердое вещество |
| Плотность | 1,642 г / см3 (18 ° С) |
| Температура плавления | 41 ° С (106 ° F, 314 К) [1] |
| Точка кипения | 47 ° C (117 ° F, 320 K) возвышается |
| реагирует, чтобы дать HNO3 | |
| Растворимость | растворим в хлороформ незначительный в CCl4 |
| −35.6·10−6 см3/ моль (водн.) | |
| 1,39 D | |
| Структура | |
| шестиугольник | |
| планарный C2v (прибл. D2ч) N – O – N ≈ 180 ° | |
| Термохимия | |
Стандартный моляр энтропия (S | 178,2 Дж · К−1 моль−1 (s) 355,6 Дж · К−1 моль−1 (грамм) |
Станд. Энтальпия формирование (ΔжЧАС⦵298) | -43,1 кДж / моль (т) +11,3 кДж / моль (г) |
Свободная энергия Гиббса (Δжграмм˚) | 114,1 кДж / моль |
| Опасности | |
| Главный опасности | сильный окислитель, при контакте с водой образует сильную кислоту |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Негорючий |
| Родственные соединения | |
| Оксид азота Оксид азота Трехокись азота Диоксид азота Тетроксид диазота | |
Родственные соединения | Азотная кислота |
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверять (что   ?) | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Пятиокись азота это химическое соединение с формула N2О5, также известный как пятиокись азота или же азотный ангидрид. Это один из двоичных оксиды азота, семейство соединений, которые содержат только азот и кислород. Он существует в виде бесцветных кристаллов, плавящихся при 41 ° C. Его температура кипения составляет 47 ° C, а температура возгонки немного выше комнатной.[1] с образованием бесцветного газа.[2]
Пятиокись азота - нестабильный и потенциально опасный окислитель, который когда-то использовался в качестве реагент когда растворяется в хлороформ за нитрации но в значительной степени вытеснен NO2BF4 (тетрафторборат нитрония ).
N2О5 является редким примером соединения, которое принимает две структуры в зависимости от условий. Твердое вещество - соль, нитрат нитрония, состоящий из отдельных катионы нитрония [НЕТ2]+ и нитрат-анионы [НЕТ3]−; но в газовой фазе и при некоторых других условиях это ковалентно связанный молекула.[3]
История
N2О5 впервые сообщил Девиль в 1840 г., который подготовил его обработкой AgNO3 с Cl2.[4][5]
Структура и физические свойства
Чистый твердый N2О5 это соль, состоящий из отдельных линейных ионы нитрония НЕТ2+ и плоские тригональные нитрат анионы НЕТ3−. Обе азот центры имеют степень окисления +5. Он кристаллизуется в космической группе D46час (C6/ммс) с Z = 2, с НЕТ−
3 анионы в D3час сайты и НЕТ+
2 катионы в D3d места.[6]
Давление пара п (в торр ) как функция температуры Т (в кельвин ) в диапазоне от 211 до 305 К 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 неполярном растворители Такие как CCl4, соединение существует как ковалентно связанный молекулы O2НЕТ НЕТ2. В газовой фазе теоретические расчеты для конфигурации с минимальной энергией показывают, что угол O – N – O в каждом НЕТ
2 крыло составляет около 134 °, а угол N – O – N около 112 °. В этой конфигурации два НЕТ
2 группы 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 ° (C2) [8]
Когда газообразный N
2О
5 быстро охлаждается ("закаливается"), можно получить метастабильный молекулярная форма, которая экзотермически преобразуется в ионную форму при температуре выше -70 ° C.[9]
Газообразный N
2О
5 поглощает ультрафиолетовый свет с диссоциацией на радикалы диоксид азота НЕТ
2 и триоксид азота НЕТ
3 (незаряженный нитрат). Спектр поглощения имеет широкую полосу с максимумом на длине волны 160 нм.[10]
Подготовка
Рекомендуемый лабораторный синтез предполагает обезвоживание азотная кислота (HNO3) с оксид фосфора (V):[9]
- п4О10 + 12 HNO3 → 4 H3PO4 + 6 N2О5
Другой лабораторный процесс - это реакция нитрат лития LiNO
3 и пентафторид брома BrF
5, в соотношении более 3: 1. Первые формы реакции нитрилфторид FNO
2 который далее вступает в реакцию с нитратом лития:[6]
- BrF
5 + 3LiNO
3 → 3LiF + БРОНО
2 + O2 + 2FNO2 - FNO2 + LiNO
3 → LiF + N
2О
5
Соединение также может быть создано в газовой фазе путем реакции диоксид азота НЕТ
2 или же N
2О
4 с озон:[11]
- 2НЕТ
2 + О
3 → N
2О
5 + О
2
Однако продукт катализирует быстрое разложение озона:[11]
- 2О
3 + N
2О
5 → 3О
2 + N
2О
5
Пятиокись азота также образуется, когда смесь кислорода и азота проходит через электрический разряд.[6] Другой путь - это реакция POCl
3 или же НЕТ
2Cl с AgNO
3[6]
Реакции
Пятиокись азота реагирует с водой (гидролизует ) производить азотная кислота HNO
3. Таким образом, пятиокись азота - это ангидрид азотной кислоты:[9]
- N2О5 + H2O → 2 HNO
3
Растворы пятиокиси азота в азотной кислоте можно рассматривать как азотную кислоту с концентрацией более 100%. Фазовая диаграмма системы ЧАС
2О−N
2О
5 показывает всем известный негатив азеотроп на 60% N
2О
5 (то есть 70% HNO
3), положительный азеотроп на 85,7% N
2О
5 (100% HNO
3) и еще один отрицательный на 87,5% N
2О
5 ("102% HNO
3").[12]
Реакция с хлористый водород HCl также дает азотную кислоту и нитрилхлорид НЕТ
2Cl:[13]
- N
2О
5 + HCl → HNO
3 + НЕТ
2Cl
Пятиокись азота в конечном итоге разлагается при комнатной температуре на НЕТ2 и О2.[14][11] Разложение незначительно, если твердое вещество хранится при 0 ° C в подходящих инертных контейнерах.[6]
Пятиокись азота реагирует с аммиаком NH
3 дать несколько продуктов, в том числе оксид азота N
2О, нитрат аммония NH
4НЕТ
3, нитрамид NH
2НЕТ
2 и динитрамид аммония NH
4N (НЕТ
2)
2в зависимости от условий реакции.[15]
Приложения
Нитрование органических соединений
Пятиокись азота, например, в виде раствора в хлороформ, был использован в качестве реагента для введения NO2 функциональность в органические соединения. Этот нитрование реакция представлена следующим образом:
- N2О5 + Ar – H → HNO3 + Ar – NO2
где Ar представляет собой арена часть.[16] Реакционная способность NO2+ может быть дополнительно усилен сильными кислотами, которые генерируют «суперэлектрофильный» HNO22+.
При этом использовании N
2О
5 был в значительной степени заменен тетрафторборат нитрония [НЕТ
2]+[BF
4]−. Эта соль сохраняет высокую реакционную способность NO2+, но он термически стабилен, разлагается при температуре около 180 ° C (на НЕТ2F и BF3 ).
Пятиокись азота имеет отношение к приготовлению взрывчатых веществ.[5][17]
Атмосферное явление
в атмосфера, пятиокись азота является важным резервуаром NOИкс виды, ответственные за истощение озонового слоя: его образование обеспечивает нулевой цикл с которой НЕТ и НЕТ2 временно удерживаются в неактивном состоянии.[18] Соотношения при смешивании в несколько частей на миллиард наблюдались в загрязненных регионах ночной тропосферы.[19] Пятиокись азота также наблюдалась в стратосфере.[20] на аналогичных уровнях, образование резервуара, постулированное при рассмотрении озадачивающих наблюдений внезапного падения стратосферного NO2 уровни выше 50 ° с.ш., так называемая «скала Ноксона».
Вариации в N2О5 реакционная способность аэрозолей может привести к значительным потерям тропосферного озона, гидроксильные радикалы, и концентрации NOx.[21] Две важные реакции N2О5 в атмосферных аэрозолях: 1) Гидролиз с образованием азотная кислота[22] и 2) реакция с галогенид-ионами, особенно с Cl−, с образованием ClNO2 молекулы, которые могут служить предшественниками реактивных атомов хлора в атмосфере.[23][24]
Опасности
N2О5 является сильным окислителем, образующим взрывоопасные смеси с органическими соединениями и аммоний соли. При разложении пятиокиси азота образуется высокотоксичный диоксид азота газ.
Рекомендации
- ^ а б Емелей (1 января 1964 г.). Успехи неорганической химии. Академическая пресса. С. 77–. ISBN 978-0-12-023606-0. Получено 20 сентября 2011.
- ^ Питер Стил Коннелл Фотохимия пятиокиси азота. Кандидатская диссертация, Национальная лаборатория им. Лоуренса Беркли.
- ^ W. Rogie Angus, Ричард W. Jones и Glyn O. Phillips (1949): "Существование нитрозильных ионов (НЕТ+
) в тетроксиде азота и ионах нитрония (НЕТ+
2) в жидком пятиокиси азота ». Природа, том 164, страницы 433–434. Дои:10.1038 / 164433a0 - ^ M.H. Девиль (1849). "Примечание о производстве нитрикового ангидра ацида". Компт. Раздирать. 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. Получено 20 сентября 2011.
- ^ а б c d е Уильям В. Уилсон и Карл О. Крист (1987): "Пятиокись азота. Новый синтез и спектр комбинационного рассеяния лазера". Неорганическая химия, том 26, страницы 1631-1633. Дои:10.1021 / ic00257a033
- ^ А. Х. МакДэниел, Дж. А. Дэвидсон, К. А. Кантрелл, Р. Э. Шеттер и Дж. Г. Калверт (1988): «Энтальпии образования пентаоксида азота и свободных радикалов нитрата». Журнал физической химии, том 92, выпуск 14, страницы 4172-4175. Дои:10.1021 / j100325a035
- ^ С. Партибан, Б. Н. Рагхунандан и Р. Сумати (1996): "Структуры, энергии и частоты колебаний пятиокиси азота". Журнал молекулярной структуры: ТЕОХИМА, том 367, страницы 111-118. Дои:10.1016 / S0166-1280 (96) 04516-2
- ^ а б c Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия, переведенный Иглсоном, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего / Берлин: Academic Press / De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Брюс А. Осборн, Джордж Марстон, Л. Камински, Н. К. Джонс, Дж. М. Гингелл, 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. Дои:10.1016 / S0022-4073 (99) 00104-1
- ^ а б 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. Дои:10.1021 / j100215a023
- ^ Л. Ллойд и П. А. Х. Вятт (1955): «Давление паров растворов азотной кислоты. Часть I. Новые азеотропы в системе вода – пентоксид диазота». Журнал химического общества (возобновлено), том 1955, страницы 2248-2252.Дои:10.1039 / JR9550002248
- ^ Роберт А. Уилкинс-младший и И. К. Хисацуне (1976): "Реакция пятиокиси азота с хлористым водородом". Основы промышленной и инженерной химии, том 15, выпуск 4, страницы 246-248. Дои:10.1021 / i160060a003
- ^ Оксид азота (V). Неорганические синтезы. 3. 1950. С. 78–81.
- ^ К. Френк и В. Вайсвайлер (2002): «Моделирование реакций между аммиаком и пятиокиси азота для синтеза динитрамида аммония (ADN)». Химическая инженерия и технологии, том 25, выпуск 2, страницы 123-128. Дои:10.1002 / 1521-4125 (200202) 25: 2 <123 :: AID-CEAT123> 3.0.CO; 2-W
- ^ Ян М. Бакке и Ингрд Хегбом (1994): «Пятиокись азота-диоксид серы, новая система нитрования». Acta chemica scandinavica, том 48, выпуск 2, страницы 181-182. Дои:10.3891 / acta.chem.scand.48-0181
- ^ Talawar, M. B .; и другие. (2005). "Создание технологического процесса для производства пятиокиси диазота и ее использования для синтеза самого мощного взрывчатого вещества на сегодняшний день - CL-20". Журнал опасных материалов. 124 (1–3): 153–64. Дои:10.1016 / j.jhazmat.2005.04.021. PMID 15979786.
- ^ Финлейсон-Питтс, Барбара Дж .; Питтс, Джеймс Н. (2000). Химия верхней и нижней атмосферы: теория, эксперименты и приложения. Сан-Диего: Academic Press. ISBN 9780080529073. OCLC 162128929.
- ^ ХайЧао Ван; и другие. (2017). «Высокие концентрации N2O5, наблюдаемые в городском Пекине: последствия большого пути образования нитратов». Письма по экологическим наукам и технологиям. 4 (10): 416–420. Дои:10.1021 / acs.estlett.7b00341.
- ^ C.P. Ринсланд; 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. Дои:10.1029 / JD094iD15p18341.
- ^ Macintyre, H.L .; Эванс, М. Дж. (09.08.2010). "Чувствительность глобальной модели к поглощению N2О5 тропосферным аэрозолем ». Атмосферная химия и физика. 10 (15): 7409–7414. Дои:10.5194 / acp-10-7409-2010. ISSN 1680-7324.
- ^ Brown, S. S .; Dibb, J. E .; Старк, H .; Aldener, M .; Возелла, М .; Whitlow, S .; Williams, E.J .; Lerner, B.M .; Жакубек, Р. (2004-04-16). «Ночное удаление NOx в летнем морском пограничном слое». Письма о геофизических исследованиях. 31 (7): н / д. Дои:10.1029 / 2004GL019412. ISSN 1944-8007.
- ^ Гербер, Р. Бенни; Финлейсон-Питтс, Барбара Дж .; Хаммерик, Одри Делл (2015-07-15). «Механизм образования прекурсоров 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. Дои:10.1039 / C5CP02664D. ISSN 1463-9084. PMID 26140681.
- ^ Келлехер, Патрик Дж .; Menges, Fabian S .; DePalma, Joseph W .; Дентон, Джоанна К .; Джонсон, Марк А .; Weddle, Гэри H .; 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». Письма в Журнал физической химии. 8 (19): 4710–4715. Дои:10.1021 / acs.jpclett.7b02120. ISSN 1948-7185. PMID 28898581.