Азотни оксиди

Азотните оксиди са химични съединения на азота с кислород. Спрямо кислорода азотът проявява от +1 до +5 степен на окисление. Поради това той образува пет оксида:

Диазотен оксид

Диазотният оксид, известен като „райски газ“, а в някои източници и с несистемното и остаряло име азотен закис^[1], е химично съединение с емпирична формула N₂O. Той е неутрален оксид. При стайна температура е безцветен незапалим газ, с приятна сладникава миризма и вкус. Използва се в хирургията и денталната медицина (зъболечението) заради своя анестетичен и аналгетичен ефект. Името му „райски газ“ идва от чувството за еуфория, което причинява при вдишване. Това свойство на газа го превръща в упойващо вещество. Друго негово приложение е като окислител в ракетните двигатели. Използва се и при двигателите с вътрешно горене – добавен към горивото, увеличава мощността им.

Получава се при нагряване на амониев нитрат до 250 °C:

${\ce {NH4NO3->[{Т = 250 °C}] N2O + 2H2O}}$

Над 500 °С той се разлага бързо до N₂ и O₂ и проявява силни окислителни свойства.^[1]

Азотен оксид

Азотният оксид (NO) е безцветен газ, неразтворим във вода. Не взаимодейства с киселини и основи. Той е неутрален оксид. Получава се в атмосферата при мълниите или изкуствено при волтова дъга, след дисоциирането на молекулите на азота и кислорода от високата температура и силната светлина.^[1]:

${\ce {N2 + O2 ->[{T = 3000 °C}] 2NO ^}}$

Реакцията за образуване на азотния оксид е най-ендотермичната реакция за образуване на оксиди.^[1] Под 1000 °С практически не се разлага.^[1] В лабораторни условия азотен оксид може да се получи чрез редукция на азотна киселина с мед:

${\ce {3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 4H2O + NO ^}}$

При стайна температура азотният оксид е безцветен газ, състоящ се от двуатомни молекули. Поради несдвоен електрон, две молекули могат да образуват димер при свързване на техните несдвоени електрони (2NO↔N₂O₂), като течният NO съдържа 25% димери, а твърдият се състои предимно от димери.^[1] Азотният оксид е един от замърсителите на околната среда, произвеждан при работата на моторите с вътрешно горене, като резултат от реакцията на азот и кислород. За да се ограничи неговото съдържание в изгорелите газове, към горивата се добавят катализатори.^[1]

При обикновени условия NO бързо се окислява до NO₂ и с повишаване на температурата скоростта на реакцията намалява, тъй като O₂ взаимодейства с молекулите на димера, съдържанието на който намалява.^[1] Ако смес от равни части азотен оксид и азотен диоксид се охлади до -21 °С, газовете формират диазотен триоксид, представляващ синя течност. Тези молекули съществуват само в течно или твърдо състояние, а когато се нагреят, те се разпадат до NO и NO₂.^[1]

Диазотен триоксид

Диазотният триоксид (N₂O₃) е анхидрид на азотистата киселина. Той е газ и е синьо-зелен на цвят. Степента му на окисление е +3. Той е силно токсичен нетраен газ.

Диазотният триоксид съществува като индивидуално съединение при температура под –101°С.^[1] При по-високи температури е в равновесие с продуктите на дисоциация – NO и NO₂. Той може да се получи при взаимодействието на HN₃ с As₂O₃, а също и при пропускане на искра през втечнен въздух.^[1]

Азотен диоксид

Азотният диоксид (NO₂) е червено-кафяв, силно отровен, лесно втечняем газ. Той дразни лигавицата на очите и дихателните органи, предизвиква хрипове, кашлица, задух. Концентрация от 0,4 mg/dm³ е смъртоносна за възрастен човек. Азотният диоксид е киселинен оксид. Взаимодейства с вода и основни оксиди. Той е и силен окислител. Степента му на окисление е +4.

${\ce {2N^2O^2- + O2^0<=>2N^4+O2^2-}}$

В лабораторни условия оксидът може да се получи чрез нагрявате на нитрат на тежък метал, като например олово:

${\ce {Pb(NO3)2->[T] 2PbO + O2 + 4NO2}}$

При обикновени условия азотният диоксид съществува в равновесие с димера диазотен тетраоксид (N₂O₄). При нормално нагряване и температура 40 °С в такава смес се съдържат 31% NO₂, а над 140 °С N₂O₄ изцяло преминава в NO₂.^[1] Тези силни окислители се използват в ракетното гориво.^[1]

Азотният диоксид е разтворим и взаимодейства химически с вода, при което се получават азотна киселина и азотиста киселина:

${\ce {2NO2 + H2O -> HNO2 + HNO3}}$

Диазотен пентаоксид

Диазотният пентаоксид (N₂O₅) е анхидрид на азотната киселина; кристално, безцветно вещество. Той е нетраен и при обикновени условия се разлага на азотен диоксид и кислород. Много силен окислител със степен на окисление +5. Представлява интерес при производството на експлозиви. Лесно се разтваря във вода, като образува азотна киселина:

${\ce {N2O5 + H2O -> 2HNO3}}$

На стайна температура молекулата на оксида самопроизволно се разлага на NO₂ и O₂, като бързото загряване води до взрив.^[1] В лабораторни условия може да се получи чрез взаимодействие на азотна киселина с дифосфорен пентаоксид по реакциятаː

${\ce {P2O5 + 2HNO3 -> 2HPO3 + N2O5}}$ ^[1]

Екологични проблеми

Високото съдържание на азотни оксиди в атмосферата предизвиква сериозни екологични проблеми – киселинни дъждове и смог. Основни замърсители на околната среда с азотни оксиди са тецовете, азотноторовите заводи, моторните превозни средства.

Източници

↑ ^а ^б ^в ^г ^д ^е ^ж ^з ^и ^к ^л ^м ^н ^о ^п Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 154 – 160.

[:0-1] а ^б ^в ^г ^д ^е ^ж ^з ^и ^к ^л ^м ^н ^о ^п Лефтеров, Димитър. Химичните елементи и техните изотопи. Издателство на БАН „Проф. Марин Дринов“, 2015. ISBN 978-954-322-831-7. с. 154 – 160.

[1]