Динитроген пентооксид

Динитроген пентооксид (исто така познат како азот пентооксид или азотен анхидрид) е хемиско соединение со формулата Предлошка:Хем2. 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.

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 (Предлошка:Хем2).

Предлошка:Хем2 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 (Предлошка:Хем2) и нитратни анјони (Предлошка:Хем2); но во гасовита состојба и во други ситуации претставува ковалентно сврзана молекула.

Историја

Предлошка:Хем2 првпат бил регистриран од Девил во 1840 година, кој го подготвил на тој начин што помешал сребро нитрат (Предлошка:Хем2) со хлор.

Структура и физички својства

Чисто цврстиот Предлошка:Хем2 е сол, составена од одвоени линеарни јони на нитрониум Предлошка:Хем2 и рамни тригонални нитратни анјони Предлошка:Хем2 . Двата азотни центри имаат оксидациона состојба +5. Се кристализира во вселенската група DПредлошка:Su

Предлошка:Su (C6/mmc) со Z = 2, со Предлошка:Хем2 анјони во местата D_3hи на Предлошка:Хем2 катјони во местата D_3d.

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

$\ln P=23.2348-\frac{7098.2}{T}$

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).

Во гасната фаза, или кога се раствора во неполарни растворувачи, како што е јаглерод тетрахлорид, соединението постои како ковалентно врзани молекули Предлошка:Хем2. Во гасната фаза, теоретските пресметки за минималната енергетска конфигурација укажуваат на тоа дека Предлошка:Хем2 агол во секоеПредлошка:Хем2 крило е околу 134° и на Предлошка:Хем2 аголот е околу 112°. Во таа конфигурација, дветеПредлошка:Хем2 групите се ротираат околу 35° околу врските до централниот кислород, подалеку од Предлошка:Хем2 рамнина. Така, молекулата има облик на пропелер, со една оска од 180° ротациона симетрија (C ₂)

Кога гасовитиот Предлошка:Хем2 се лади брзо („изгаснат“), може да се добие метастабилна молекуларна форма, која егзотермично се претвора во јонска форма над -70 °C.

Гасовитиот Предлошка:Хем2 апсорбира ултравиолетова светлина со дисоцијација во слободните радикали азот диоксид Предлошка:Хем2 и азот триоксид Предлошка:Хем2 (ненаполнет нитрат). Апсорпциониот спектар има широк опсег со максимум на бранова должина 160 nm .

Подготовка

Препорачаната лабораториска синтеза вклучува дехидрација на азотна киселина (Предлошка:Хем2) со фосфор(V) оксид:

Предлошка:Хем2

Друг лабораториски процес е реакцијата на литиум нитрат Предлошка:Хем2 и бром пентафлуорид Предлошка:Хем2, во сооднос кој надминува 3:1. Реакцијата прво формира нитрил флуорид Предлошка:Хем2 кој дополнително реагира со литиум нитрат:

Предлошка:Хем2

Предлошка:Хем2

Соединението може да се создаде и во гасната фаза со реакција на азот диоксид Предлошка:Хем2 или Предлошка:Хем2 со озон:

Предлошка:Хем2

Сепак, производот го катализира брзото распаѓање на озонот:

Предлошка:Хем2

Динитроген пентооксид се формира и кога мешавина од кислород и азот се пренесува преку електрично празнење. Друг пат се реакциите на фосфорил хлорид Предлошка:Хем2 или нитрил хлорид Предлошка:Хем2 со сребро нитрат Предлошка:Хем2

Реакции

Динитроген пентооксид реагира со вода (хидролиза) за да произведе азотна киселинаПредлошка:Хем2. Така, динитроген пентооксид е анхидрид на азотна киселина:

Предлошка:Хем2

Растворите на динитроген пентоксид во азотна киселина може да се видат како азотна киселина со повеќе од 100% концентрација. Фазен дијаграм на системот Предлошка:Хем2 -Предлошка:Хем2 го покажува добро познатиот негативен азеотроп на 60% Предлошка:Хем2 (односно, 70% Предлошка:Хем2 ), позитивен азеотроп на 85,7 %Предлошка:Хем2 (100% Предлошка:Хем2 ), и уште еден негативен од 87,5% Предлошка:Хем2 („102% Предлошка:Хем2 ").

Реакцијата со хлороводород Предлошка:Хем2 исто така дава азотна киселина и нитрил хлорид Предлошка:Хем2 :

Предлошка:Хем2

Динитроген пентооксид на крајот се распаѓа на собна температура во [[Азот диоксид|Предлошка:Хем2]] и [[Кислород|Предлошка:Хем2]]. Распаѓањето е занемарливо ако цврстото тело се одржува на 0 °C, во соодветно инертни контејнери.

Динитроген пентооксид реагира со амонијак Предлошка:Хем2 да даде неколку производи, вклучувајќи азотен оксид Предлошка:Хем2, амониум нитрат Предлошка:Хем2, нитрамид Предлошка:Хем2 и амониум динитрамид Предлошка:Хем2, во зависност од условите на реакцијата.

Распаѓање на динитроген пентооксид на високи температури

Динитроген пентооксид помеѓу високи температури од 600 and 1,100 К (327-827 °C), се разложува во два последователни стехиометриски чекори:

Предлошка:Хем2

Предлошка:Хем2

Во ударниот бран,Предлошка:Хем2 се распаѓа стехиометриски на азот диоксид и кислород. На температури од 600 К и повисоко, азот диоксидот е нестабилен во однос на азотниот оксид Предлошка:Хем и кислородот. За топлинското разложување од 0,1 mM азот диоксид на 1000 К поознато е дека се потребни околу две секунди.

Распаѓање на динитроген пентооксид во јаглерод тетрахлорид на 30 °C

Освен разградувањето на Предлошка:Хем2 на високи температури, може да се разложи и во јаглерод тетрахлорид Предлошка:Хем2 на 30 °C (303 К). И двата Предлошка:Хем2 и Предлошка:Хем2 се растворливи во Предлошка:Хем2 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 Предлошка:Хем2 што се произведува со текот на времето бидејќи единствената форма да се добие Предлошка:Хем2 е со Предлошка:Хем2 распаѓање. Равенката подолу се однесува на распаѓање на Предлошка:Хем2 во Предлошка:Хем2 :

Предлошка:Хем2

И оваа реакција го следи законот за стапка од прв ред кој гласи:

$-\frac{d[\mathrm{A}]}{dt}=k[\mathrm{A}]$

Распаѓање на азотен пентооксид во присуство на азотен оксид

Предлошка:Хем2 може да се распадне во присуство на азотен оксид Предлошка:Chem2:

Предлошка:Хем2

Атмосферска појава

Во атмосферата, динитроген пентооксид е важен резервоар на Предлошка:Хем2 видови кои се одговорни за осиромашување на озонската обвивка: неговото формирање обезбедува нулти циклус со кој Предлошка:Хем2 и Предлошка:Хем2 се привремено задржани во нереактивна состојба. Соодносот на мешање од неколку делови на милијарда по волумен е забележан во загадените региони на ноќната тропосфера. Динитроген пентооксид, исто така, е забележан во стратосферата на слични нивоа, формирањето на резервоарот е постулирано при разгледувањето на збунувачките набљудувања на ненадеен пад во стратосферските нивоа на Предлошка:Хем2 над 50 °N, таканаречената „ноксонска карпа“.

Опасности

Предлошка:Хем2 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.

Цитирани извори

• Предлошка:Наведена книга