Pentóxido de dinitrogênio - Dinitrogen pentoxide
Nomes | |
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Nome IUPAC
Pentóxido de dinitrogênio
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Outros nomes
Anidrido nítrico
Nitrato de nitrônio Nitrato de nitrila DNPO Ácido nítrico anidro |
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Identificadores | |
Modelo 3D ( JSmol )
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ChEBI | |
ChemSpider | |
ECHA InfoCard | 100.030.227 |
Número EC | |
PubChem CID
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UNII | |
Painel CompTox ( EPA )
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Propriedades | |
N 2 O 5 | |
Massa molar | 108,01 g / mol |
Aparência | sólido branco |
Densidade | 1,642 g / cm 3 (18 ° C) |
Ponto de fusão | 41 ° C (106 ° F; 314 K) |
Ponto de ebulição | 47 ° C (117 ° F; 320 K) sublimes |
reage para dar HNO 3 | |
Solubilidade | solúvel em clorofórmio insignificante em CCl 4 |
−35,6 × 10 −6 cm 3 mol −1 (aq) | |
1,39 D | |
Estrutura | |
hexagonal | |
planar, C 2v (aprox. D 2h ) N – O – N ≈ 180 ° |
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Termoquímica | |
Entropia molar padrão ( 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) |
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Energia livre de Gibbs (Δ f G ˚)
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114,1 kJ / mol |
Perigos | |
Riscos principais | oxidante forte, forma ácido forte em contato com água |
NFPA 704 (diamante de fogo) | |
Ponto de inflamação | Não inflamável |
Compostos relacionados | |
Óxido nitroso Óxido nítrico Trióxido de dinitrogênio Dióxido de nitrogênio Tetróxido de dinitrogênio |
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Compostos relacionados
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Ácido nítrico |
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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verificar (o que é ?) | |
Referências da Infobox | |
O pentóxido de dinitrogênio é o composto químico com a fórmula N
2O
5, também conhecido como pentóxido de nitrogênio ou anidrido nítrico . É um dos óxidos de nitrogênio binários , uma família de compostos que contêm apenas nitrogênio e oxigênio . Existe como cristais incolores que fundem a 41 ° C. Seu ponto de ebulição é 47 ° C e sublima ligeiramente acima da temperatura ambiente, produzindo um gás incolor.
O pentóxido de dinitrogênio é um oxidante instável e potencialmente perigoso que já foi usado como reagente quando dissolvido em clorofórmio para nitração, mas foi amplamente substituído pelo tetrafluoroborato de nitrônio ( NO
2BF
4)
N
2O
5é um raro exemplo de composto que adota duas estruturas dependendo das condições. O sólido é um sal, nitrato de nitrônio , consistindo em cátions de nitrônio separados [NO
2]+
e ânions nitrato [NO
3]-
; mas na fase gasosa e em algumas outras condições, é uma molécula ligada covalentemente .
História
N
2O
5foi relatado pela primeira vez por Deville em 1840, que o preparou tratando o nitrato de prata ( AgNO
3) com cloro .
Estrutura e propriedades físicas
Sólido puro N
2O
5é um sal , consistindo em íons de nitrônio linear separados NO+
2e ânions de nitrato trigonal planar NO-
3. Ambos os centros de nitrogênio têm estado de oxidação +5. Ele se cristaliza no grupo espacial D4
6 h( C 6 / mmc ) com Z = 2, com o NO-
3ânions nos locais D 3 h e NO+
2cátions em locais D 3 d .
A pressão de vapor P (em torr ) em função da temperatura T (em kelvin ), na faixa de 211 a 305 K (−62 a 32 ° C), é bem aproximada pela fórmula
sendo cerca de 48 torr a 0 ° C, 424 torr a 25 ° C e 760 torr a 32 ° C (9 ° C abaixo do ponto de fusão).
Na fase gasosa, ou quando dissolvido em solventes não polares , como tetracloreto de carbono , o composto existe como moléculas O ligadas covalentemente
2N − O − NO
2. Na fase gasosa, cálculos teóricos para a configuração de energia mínima indicam que o ângulo O − N − O em cada −NO
2asa tem cerca de 134 ° e o ângulo N − O − N é cerca de 112 °. Nessa configuração, os dois −NO
2grupos são rodados cerca de 35 ° em torno das ligações para o oxigénio central, longe da N-O-N plano. A molécula tem, portanto, uma forma de hélice, com um eixo de simetria rotacional de 180 ° ( C 2 )
Quando gasoso N
2O
5é resfriado rapidamente ("extinto"), pode-se obter a forma molecular metaestável , que exotermicamente se converte na forma iônica acima de -70 ° C.
N gasoso
2O
5absorve luz ultravioleta com dissociação em dióxido de nitrogênio de radicais livres NO
2•
e trióxido de nitrogênio NO
3•
(nitrato não carregado). O espectro de absorção possui uma banda larga com comprimento de onda máximo de 160 nm .
Preparação
Uma síntese laboratorial recomendada envolve a desidratação de ácido nítrico ( HNO
3) com óxido de fósforo (V) :
- P
4O
10 + 12 HNO
3 → 4 H
3PO
4 + 6 N
2O
5
Outro processo de laboratório é a reação do nitrato de lítio LiNO
3e bromo pentafluoreto BrF
5, na proporção superior a 3: 1. A reação forma primeiro fluoreto de nitrila FNO
2 que reage ainda mais com o nitrato de lítio:
- BrF
5 + 3 LiNO
3 → 3 LiF + BrONO
2 + O
2 + 2 FNO
2 - FNO
2 + LiNO
3 → LiF + N
2O
5
O composto também pode ser criado na fase gasosa pela reação de dióxido de nitrogênio NO
2ou N
2O
4com ozônio :
- 2 NÃO
2 + O
3 → N
2O
5 + O
2
No entanto, o produto catalisa a rápida decomposição do ozônio:
- 2 O
3 + N
2O
5 → 3 O
2 + N
2O
5
O pentóxido de dinitrogênio também é formado quando uma mistura de oxigênio e nitrogênio é passada por uma descarga elétrica. Outra via são as reações de cloreto de fosforil POCl
3ou cloreto de nitrila NO
2Cl com nitrato de prata AgNO
3
Reações
O pentóxido de dinitrogênio reage com a água ( hidrólise ) para produzir ácido nítrico HNO
3. Assim, o pentóxido de dinitrogênio é o anidrido do ácido nítrico:
- N
2O
5 + H
2O → 2 HNO
3
Soluções de pentóxido de dinitrogênio em ácido nítrico podem ser vistas como ácido nítrico com concentração superior a 100%. O diagrama de fase do sistema H
2O - N
2O
5mostra o conhecido azeótropo negativo a 60% N
2O
5(ou seja, 70% HNO
3), um azeótropo positivo a 85,7% N
2O
5(100% HNO
3), e outro negativo em 87,5% N
2O
5("102% HNO
3").
A reação com cloreto de hidrogênio HCl também dá ácido nítrico e cloreto de nitrila NO
2Cl :
- N
2O
5 + HCl → HNO
3 + NÃO
2Cl
O pentóxido de dinitrogênio eventualmente se decompõe à temperatura ambiente em NO
2e O
2. A decomposição é desprezível se o sólido for mantido a 0 ° C, em recipientes adequadamente inertes.
O pentóxido de dinitrogênio reage com amônia NH
3para dar vários produtos, incluindo óxido nitroso N
2O , nitrato de amônio NH
4NÃO
3, nitramida NH
2NÃO
2e dinitramida de amônio NH
4N (NÃO
2)
2, dependendo das condições de reação.
Decomposição de pentóxido de dinitrogênio em altas temperaturas
O pentóxido de dinitrogênio entre altas temperaturas de 600 e 1.100 K (327-827 ° C), é decomposto em duas etapas estequiométricas sucessivas:
- N
2O
5 → NÃO
2 + NÃO
3 - 2 NÃO
3 → 2 NÃO
2 + O
2
Na onda de choque, N
2O
5decompôs-se estequiometricamente em dióxido de nitrogênio e oxigênio . Em temperaturas de 600 K e superiores, o dióxido de nitrogênio é instável em relação ao óxido de nitrogênio NO e ao oxigênio. A decomposição térmica de 0,1 mM de dióxido de nitrogênio a 1000 K requer cerca de dois segundos.
Decomposição de pentóxido de dinitrogênio em tetracloreto de carbono a 30 ° C
Além da decomposição de N
2O
5em altas temperaturas, também pode ser decomposto em tetracloreto de carbono CCl
4a 30 ° C (303 K). Ambos N
2O
5e NÃO
2são solúveis em CCl
4e permanecem em solução enquanto o oxigênio é insolúvel e escapa. O volume de oxigênio formado na reação pode ser medido em uma bureta de gás. Após esta etapa podemos prosseguir com a decomposição, medindo a quantidade de O
2que é produzido ao longo do tempo porque a única forma de obter O
2está com o N
2O
5decomposição. A equação abaixo se refere à decomposição de N
2O
5em CCl
4:
- 2 N
2O
5(g) → 4 NÃO
2(g) + O
2(g)
E essa reação segue a lei da taxa de primeira ordem que diz:
Decomposição de pentóxido de nitrogênio na presença de óxido nítrico
N
2O
5também pode ser decomposto na presença de óxido nítrico NO :
- N
2O
5 + NÃO → 3 NÃO
2
A taxa de reação inicial entre o pentóxido de dinitrogênio e o óxido nítrico da decomposição unimolecular elementar.
Formulários
Nitração de compostos orgânicos
O pentóxido de dinitrogênio, por exemplo, como uma solução em clorofórmio , tem sido usado como um reagente para introduzir o −NO
2funcionalidade em compostos orgânicos . Esta reação de nitração é representada da seguinte forma:
- N
2O
5 + Ar − H → HNO
3 + Ar − NO
2
onde Ar representa uma porção areno . A reatividade do NÃO+
2pode ser ainda mais reforçada com ácidos fortes que geram a "super- electrophile " HNO2+
2.
Neste uso, N
2O
5foi amplamente substituído por tetrafluoroborato de nitrônio [NO
2]+
[BF
4]-
. Este sal retém a alta reatividade de NO+
2, mas é termicamente estável, decompondo-se a cerca de 180 ° C (em NO
2F e BF
3)
O pentóxido de dinitrogênio é relevante para a preparação de explosivos.
Ocorrência atmosférica
Na atmosfera , o pentóxido de dinitrogênio é um importante reservatório de NO
xespécies que são responsáveis pela destruição do ozônio : sua formação fornece um ciclo nulo com o qual NO e NO
2são mantidos temporariamente em um estado não reativo. Taxas de mistura de várias partes por bilhão em volume foram observadas em regiões poluídas da troposfera noturna. O pentóxido de dinitrogênio também foi observado na estratosfera em níveis semelhantes, a formação do reservatório foi postulada ao se considerar as observações intrigantes de uma queda repentina no NO estratosférico.
2 níveis acima de 50 ° N, o chamado 'penhasco Noxon'.
Variações em N
2O
5reatividade em aerossóis pode resultar em perdas significativas de ozônio troposférico , radicais hidroxila e NO
xconcentrações. Duas reações importantes de N
2O
5em aerossóis atmosféricos são hidrólise para formar ácido nítrico e reação com íons haleto , particularmente Cl-
, para formar ClNO
2 moléculas que podem servir como precursores de átomos de cloro reativos na atmosfera.
Perigos
N
2O
5é um oxidante forte que forma misturas explosivas com compostos orgânicos e sais de amônio . A decomposição do pentóxido de dinitrogênio produz o gás dióxido de nitrogênio altamente tóxico .