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Stickstoffdioxid

Chemisches Element Stickstoff mit der Seriennummer 7befindet sich in der 5. Gruppe des Mendelejew-Periodensystems. Dieses zweiatomige Gas ist unter normalen Bedingungen inert. In der Erdatmosphäre sind es drei Viertel. Das Element ist durch die folgenden Oxidationsgrade gekennzeichnet: -3, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5. Es ist ein Teil vieler Verbindungen. Einer von ihnen ist ein rötlich-braunes giftiges Gas (gekennzeichnet durch die Fähigkeit, die Atemwege zu reizen, verursacht Lungenödem in hohen Konzentrationen), die einen charakteristischen scharfen, stechenden Geruch hat - es ist Stickstoffdioxid. Die Formel hat die Form NO2. Die Molmasse beträgt 46,01 g / mol. Die Dichte beträgt 2,62 g / dm³. Der Siedepunkt beträgt 21 ° C. Wenn es in Wasser aufgelöst wird, reagiert es damit. Der Brechungsindex beträgt 1,449 (bei 20 ° C).

Stickstoffdioxid spielt eine wichtige Rolle in der ChemieAtmosphäre, einschließlich in der Bildung von troposphärischem Ozon. Gleichzeitig ist es ein bedeutender Luftschadstoff und ein Zwischenprodukt in der industriellen Synthese von Salpetersäure, von der jährlich Millionen Tonnen produziert werden. Es ist eines von mehreren Stickoxiden (binäre anorganische Stickstoffverbindungen mit Sauerstoff) mit Oxidationsstufen:

  • I - Distickstoffoxid N2O;

  • II - Stickstoffmonoxid NO;

  • III - Diazotittrioxid N 2 O 3;

  • IV - Stickstoffdioxid NO2 und Distickstofftetroxid N2O4;

  • V - Diazotenpentoxid N2O5;

  • Trinitramid N (NO2) 3.

Stickstoffdioxid verflüssigt sich leicht. Er ist schwerer als Luft. Unter normalen Bedingungen wird NO & sub2; (etwa 1: 1) mit einer farblosen Substanz (Dimer) N & sub2; O & sub4; gemischt. Die Chemie von NO2 ist gut untersucht.

Durch Reaktion mit Wasser hydrolysiert wird, werden die resultierenden zwei Säuren (salpetriger und Salpetersäure): 2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3.

Bei Reaktionen mit Alkalien entstehen Salze der gleichen zwei Säuren: 2NaOH + 2NO2 → NaNO2 + NaNO3 + H2O.

Es ist ein starkes Oxidationsmittel, fähig dazuoxidiere SO2 zu SO3. Diese Methode basiert auf der Methode der Stickstoffherstellung von Schwefelsäure. In der NO2-Umgebung brennen viele Substanzen, darunter organische Verbindungen, Schwefel, Kohle und Phosphor.

Stickstoffoxid wird gewöhnlich als Folge der Oxidation von Stickoxid durch Luftsauerstoff gebildet: O2 + 2NO → 2NO2

Im Labor wird NO2 in zwei Schritten erhalten: Dehydratisierung von Salpetersäure zu Diazotenpentoxid, das dann thermisch zersetzt wird:

2HNO3 → N2O5 + H2O,

2N2O5 → 4NO2 + O2.

Durch die thermische Zersetzung von Nitraten bestimmter Metalle kann auch NO2 erhalten werden:

2Pb (NO3) 2 → 4NO2 + 2PbO + O2.

Oxid kann durch die Wechselwirkung von Salpetersäure (konzentriert) mit Metallen (zum Beispiel Kupfer) gebildet werden:

4HNO3 + Cu → 2NO2 + Cu (NO3) 2 + 2H2O.

Wenn Salpetersäure (konzentriert) Zinn ausgesetzt wird, wird neben Stickstoffdioxid Zinnsäure als Nebenprodukt gebildet:

4HNO3 + Sn → H2O + H2SnO3 + 4NO2.

In einigen Quellen wird das Oxid von N2O4 (IV) genanntnicht anders als Stickstofftetroxid. Aber das ist ein falscher Name, da die Substanz ein Distickstofftetroxid ist. NO2 liegt im Gleichgewicht mit einem farblosen Gas N2O4: 2NO2↔N2O4.

Da dieses Gleichgewicht exotherm ist,dann verschiebt es sich zu NO2 bei höheren Temperaturen und bei niedrigeren Temperaturen - gegenüber N2O4. Das Dimer geht bei einer Temperatur von minus 11,2 ° C in einen festen Zustand über. Bei einer Temperatur von 150 Grad zersetzt sich N2O4 → 2NO2, dann 2NO2 → 2NO + O2.

Salpetersäure setzt langsam NO2 frei, was den meisten Proben dieser Säure eine charakteristische gelbe Farbe verleiht:

4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2.

Stickstoffdioxid ist leicht durch Geruch zu erkennen, selbst wennniedrige Konzentrationen, das Einatmen seiner Dämpfe sollte vermieden werden. Eine potentielle NO2-Quelle ist rauchende Salpetersäure, die bei Temperaturen über 0 ° C NO2 freisetzt. Vergiftungserscheinungen (Lungenödem) treten in der Regel nach der Inhalation von potenziell tödlichen Dosen von ein paar Stunden. Es gibt einige Hinweise, dass langfristige Exposition gegenüber NO2 bei Konzentrationen oberhalb von 40 bis 100 mg / m³ Lungenfunktion verringern und das Risiko von Atemwegserkrankungen erhöhen. In Studien einiger Wissenschaftler wurde der Zusammenhang zwischen der Konzentration von NO2 und dem Syndrom des plötzlichen Kindstodes festgestellt.

Bei den meisten Verbrennungsprozessen, bei denen Luft als Oxidationsmittel verwendet wird, entsteht Stickstoffdioxid.

Bei erhöhten Temperaturen verbindet sich Stickstoff mit Sauerstoff zu Stickoxid: O2 + N2 → 2NO, dann wird NO in Luft zu O2 + 2NO → 2NO2 oxidiert:

  1. Bei normalen atmosphärischen Konzentrationen ist dies ein sehr langsamer Prozess.

  2. Die wahrscheinlichsten Quellen von NO2 sind Verbrennungsmotoren, Wärmekraftwerke und in geringerem Maße Zelluloseanlagen.

  3. Gasheizungen und Öfen sind ebenfalls Quellen für dieses Oxid. Die für die Verbrennung erforderliche Luft wird durch Stickstoff zugeführt, der bei hohen Temperaturen in Stickoxide umgewandelt wird.

  4. In Haushalten sind Kerosinheizungen und Gasheizungen auch Quellen von NO2.

  5. Stickstoffdioxid wird in atmosphärischen Atomtests (die rötliche Farbe einer Atompilzwolke) produziert.

  6. In einigen landwirtschaftlichen Gebieten können seine Oberflächenkonzentrationen 30 μg / m³ erreichen.

  7. NO2 wird natürlich auch von Donner und Regen produziert.

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