Dinitrógeno pentóxido es el compuesto químico con la fórmula N 2 O 5 , también conocido como pentóxido de nitrógeno o anhídrido nítrico . Es uno de los óxidos de nitrógeno binarios , una familia de compuestos que solo contienen nitrógeno y oxígeno . Existe como cristales incoloros que se funden a 41 ° C. Su punto de ebullición es de 47 ° C y se sublima ligeramente por encima de la temperatura ambiente, [1] produciendo un gas incoloro. [2]
Nombres | |
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Nombre IUPAC Pentóxido de dinitrógeno | |
Otros nombres Anhídrido nítrico Nitrato de nitronio Nitrato de nitrilo DNPO Ácido nítrico anhidro | |
Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol ) | |
CHEBI | |
ChemSpider | |
Tarjeta de información ECHA | 100.030.227 |
Número CE |
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PubChem CID | |
UNII | |
Tablero CompTox ( EPA ) | |
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Propiedades | |
N 2 O 5 | |
Masa molar | 108,01 g / mol |
Apariencia | Blanco sólido |
Densidad | 1,642 g / cm 3 (18 ° C) |
Punto de fusion | 41 ° C (106 ° F; 314 K) [1] |
Punto de ebullición | 47 ° C (117 ° F; 320 K) sublima |
reacciona para dar HNO 3 | |
Solubilidad | soluble en cloroformo insignificante en CCl 4 |
−35,6 · 10 −6 cm 3 / mol (aq) | |
1,39 D | |
Estructura | |
hexagonal | |
plano, C 2v (aprox. D 2h ) N – O – N ≈ 180 ° | |
Termoquímica | |
Entropía molar estándar ( S | 178,2 J K −1 mol −1 (s) 355,6 J K −1 mol −1 (g) |
−43,1 kJ / mol (s) +11,3 kJ / mol (g) | |
Energía libre de Gibbs (Δ f G ˚) | 114,1 kJ / mol |
Peligros | |
Principales peligros | oxidante fuerte, forma un ácido fuerte en contacto con el agua |
NFPA 704 (diamante de fuego) | |
punto de inflamabilidad | No es inflamable |
Compuestos relacionados | |
Óxidos de nitrógeno relacionados | Óxido nitroso Óxido nítrico Trióxido de dinitrógeno Dióxido de nitrógeno Tetróxido de dinitrógeno |
Compuestos relacionados | Ácido nítrico |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |
verificar ( ¿qué es ?) | |
Referencias de Infobox | |
El pentóxido de dinitrógeno es un oxidante inestable y potencialmente peligroso que alguna vez se usó como reactivo cuando se disolvió en cloroformo para nitraciones, pero que ha sido reemplazado en gran medida por NO 2 BF 4 ( tetrafluoroborato de nitronio ).
El N 2 O 5 es un raro ejemplo de un compuesto que adopta dos estructuras dependiendo de las condiciones. El sólido es una sal, nitrato de nitronio , que consta de cationes nitronio separados [NO 2 ] + y aniones nitrato [NO 3 ] - ; pero en la fase gaseosa y en algunas otras condiciones es una molécula unida covalentemente . [3]
Historia
El N 2 O 5 fue informado por primera vez por Deville en 1840, quien lo preparó tratando AgNO 3 con Cl 2 . [4] [5]
Estructura y propiedades físicas
El N 2 O 5 sólido puro es una sal que consta de iones de nitronio lineales separados NO 2 + y aniones de nitrato trigonal planos NO 3 - . Ambos centros de nitrógeno tienen un estado de oxidación +5. Cristaliza en el grupo espacial D 4 6 h ( C 6 / mmc ) con Z = 2, con el NO-
3aniones en los sitios D 3 hy el NO+
2cationes en sitios D 3 d . [6]
La presión de vapor P (en torr ) en función de la temperatura T (en kelvin ), en el rango de 211 a 305 K, está bien aproximada por la fórmula
siendo aproximadamente 48 torr a 0 ° C, 424 torr a 25 ° C y 760 torr a 32 ° C (9 grados por debajo del punto de fusión). [7]
En la fase gaseosa, o cuando se disuelve en disolventes no polares como CCl 4 , el compuesto existe como moléculas O 2 N – O – NO 2 unidas covalentemente . En la fase gaseosa, los cálculos teóricos para la configuración de energía mínima indican que el ángulo O – N – O en cada NO
2el ala mide aproximadamente 134 ° y el ángulo N – O – N es de aproximadamente 112 °. En esa configuración, los dos NO
2los grupos giran alrededor de 35 ° alrededor de los enlaces al oxígeno central, alejándose del plano N – O – N. Por tanto, la molécula tiene forma de hélice, con un eje de simetría rotacional de 180 ° ( C 2 ) [8]
Cuando N gaseoso
2O
5se enfría rápidamente ("apaga"), se puede obtener la forma molecular metaestable , que se convierte exotérmicamente a la forma iónica por encima de -70 ° C. [9]
N gaseoso
2O
5absorbe la luz ultravioleta con disociación en los radicales dióxido de nitrógeno NO
2y trióxido de nitrógeno NO
3(nitrato sin carga). El espectro de absorción tiene una banda ancha con un máximo a una longitud de onda de 160 nm . [10]
Preparación
Una síntesis de laboratorio recomendada implica deshidratar el ácido nítrico (HNO 3 ) con óxido de fósforo (V) : [9]
- P 4 O 10 + 12 HNO 3 → 4 H 3 PO 4 + 6 N 2 O 5
Otro proceso de laboratorio es la reacción de nitrato de litio LiNO
3y pentafluoruro de bromo BrF
5, en la proporción superior a 3: 1. La reacción primero forma fluoruro de nitrilo FNO
2que reacciona más con el nitrato de litio: [6]
- BrF
5+ 3 LiNO
3→ 3 LiF + BrONO
2+ O
2+ 2 FNO
2 - FNO
2+ LiNO
3→ LiF + N
2O
5
El compuesto también se puede crear en fase gaseosa haciendo reaccionar dióxido de nitrógeno NO
2o N
2O
4con ozono : [11]
- 2 NO
2+ O
3→ N
2O
5+ O
2
Sin embargo, el producto cataliza la rápida descomposición del ozono: [11]
- 2 O
3+ N
2O
5→ 3 O
2+ N
2O
5
El pentóxido de dinitrógeno también se forma cuando se hace pasar una mezcla de oxígeno y nitrógeno a través de una descarga eléctrica. [6] Otra ruta son las reacciones de POCl.
3o NO
2Cl con AgNO
3[6] [12]
Reacciones
El pentóxido de dinitrógeno reacciona con el agua ( hidroliza ) para producir ácido nítrico HNO
3. Por tanto, el pentóxido de dinitrógeno es el anhídrido del ácido nítrico: [9]
- N 2 O 5 + H 2 O → 2 HNO
3
Las soluciones de pentóxido de dinitrógeno en ácido nítrico pueden verse como ácido nítrico con una concentración superior al 100%. El diagrama de fases del sistema H
2O - N
2O
5muestra el conocido azeótropo negativo al 60% N
2O
5(es decir, 70% de HNO
3), un azeótropo positivo al 85,7% N
2O
5(100% HNO
3), y otro negativo al 87,5% N
2O
5("102% HNO
3"). [13]
La reacción con cloruro de hidrógeno HCl también da ácido nítrico y cloruro de nitrilo NO
2Cl : [14]
- norte
2O
5+ HCl → HNO
3+ NO
2Cl
El pentóxido de dinitrógeno finalmente se descompone a temperatura ambiente en NO 2 y O 2 . [15] [11] La descomposición es insignificante si el sólido se mantiene a 0 ° C, en recipientes adecuadamente inertes. [6]
El pentóxido de dinitrógeno reacciona con amoniaco NH
3para dar varios productos, incluido el óxido nitroso N
2O , nitrato de amonio NH
4NO
3, nitramida NH
2NO
2y dinitramida de amonio NH
4N (NO
2)
2, dependiendo de las condiciones de reacción. [dieciséis]
Descomposición del pentóxido de dinitrógeno a altas temperaturas
El pentóxido de dinitrógeno entre altas temperaturas de 600 y 1100 ° K, se descompone en dos pasos estequiométricos sucesivos:
- norte
2O
5→ NO
2+ NO
3 - NO
3→ NO
2+ ½ O
2
En la onda de choque, N
2O
5se ha descompuesto estequiométricamente en dióxido de nitrógeno NO
2y oxígeno O
2. A temperaturas de 600 ° K y superiores, el dióxido de nitrógeno NO
2es inestable con respecto al óxido de nitrógeno NO y al oxígeno . La descomposición térmica de 10-4 moles / L de dióxido de nitrógeno NO
2a 1000 ° K se sabe que requiere unos dos segundos. [17]
Descomposición del pentóxido de dinitrógeno en CCl 4 a 30ºC . [18]
Aparte de la descomposición del N 2 O 5 a altas temperaturas, también se puede descomponer en tetracloruro de carbono a 30 ° C (86 ° F). Tanto el N 2 O 5 como el NO 2 son solubles en CCl 4 y permanecen en solución mientras que el oxígeno es insoluble y se escapa. El volumen de oxígeno formado en la reacción se puede medir en una bureta de gas. Luego de este paso podemos proceder con la descomposición, midiendo la cantidad de O 2 que se produce a lo largo del tiempo porque la única forma de obtener O 2 es con la descomposición del N 2 O 5 . La siguiente ecuación se refiere a la descomposición de N 2 O 5 en CCl 4 :
N 2 O 5 (g) → 2NO 2 (g) + ½O 2 (g)
Y esta reacción sigue la ley de velocidad de primer orden que dice:
-d [A] / dt = k [A]
Descomposición del pentóxido de nitrógeno en presencia de óxido nítrico
También puede descomponer el pentóxido de dinitrógeno ( N
2O
5) en presencia de óxido nítrico ( NO ). Puedes ver la reacción en la siguiente ecuación:
- norte
2O
5+ NO → 3NO
2
La velocidad de la reacción inicial entre el pentóxido de dinitrógeno y el óxido nítrico de la descomposición unimolecular elemental. [19]
Aplicaciones
Nitración de compuestos orgánicos
El pentóxido de dinitrógeno, por ejemplo como solución en cloroformo , se ha utilizado como reactivo para introducir la funcionalidad NO 2 en compuestos orgánicos . Esta reacción de nitración se representa de la siguiente manera:
- N 2 O 5 + Ar – H → HNO 3 + Ar – NO 2
donde Ar representa un resto areno . [20] La reactividad del NO 2 + se puede mejorar aún más con ácidos fuertes que generan el "super-electrófilo" HNO 2 2+ .
En este uso, N
2O
5ha sido reemplazado en gran parte por tetrafluoroborato de nitronio [ NO
2] + [ BF
4] - . Esta sal retiene la alta reactividad del NO 2 + , pero es térmicamente estable y se descompone a aproximadamente 180 ° C (en NO 2 F y BF 3 ).
El pentóxido de dinitrógeno es importante para la preparación de explosivos. [5] [21]
Ocurrencia atmosférica
En la atmósfera , el pentóxido de dinitrógeno es un reservorio importante de las especies de NO x responsables del agotamiento del ozono : su formación proporciona un ciclo nulo con el que NO y NO 2 se mantienen temporalmente en un estado no reactivo. [22] Se han observado proporciones de mezcla de varias ppbv en regiones contaminadas de la troposfera nocturna. [23] También se ha observado pentóxido de dinitrógeno en la estratosfera [24] a niveles similares, habiéndose postulado la formación del reservorio al considerar las desconcertantes observaciones de una caída repentina en los niveles estratosféricos de NO 2 por encima de 50 ° N, el llamado 'Noxon acantilado'.
Las variaciones en la reactividad del N 2 O 5 en aerosoles pueden resultar en pérdidas significativas en el ozono troposférico, radicales hidroxilo y concentraciones de NOx. [25] Dos reacciones importantes de N 2 O 5 en aerosoles atmosféricos son: 1) Hidrólisis para formar ácido nítrico [26] y 2) Reacción con iones haluro, particularmente Cl - , para formar moléculas de ClNO 2 que pueden servir como precursores de reactivos átomos de cloro en la atmósfera. [27] [28]
Peligros
El N 2 O 5 es un oxidante fuerte que forma mezclas explosivas con compuestos orgánicos y sales de amonio . La descomposición del pentóxido de dinitrógeno produce el gas dióxido de nitrógeno altamente tóxico .
Referencias
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