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pentóxido de dinitrógeno

Nitronium nitrate Nitryl nitrate DNPO Anhydrous nitric acid"},"Section1":{"wt":"{{Chembox Identifiers\n| ChemSpiderID_Ref = {{chemspidercite|correct|chemspider}}\n| ChemSpiderID...

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El pentóxido de dinitrógeno (también conocido como pentóxido de nitrógeno o anhídrido nítrico) es el compuesto químico con la fórmula N₂O₅ . Es uno de los óxidos binarios de nitrógeno , una familia de compuestos que contienen únicamente nitrógeno y oxígeno . Existe como cristales incoloros que se subliman ligeramente por encima de la temperatura ambiente, produciendo un gas incoloro. [ 4 ]

El pentóxido de dinitrógeno se ha utilizado para nitraciones , pero ha sido reemplazado en gran medida por el tetrafluoroborato de nitronio ( NO₂BF₄ ).

Estructura

Estructura del N₂O₅ gaseoso​

El N₂O₅ sólido es una sal , nitrato de nitronio , que consta de cationes de nitronio lineales [ NO₂ ] ⁺ y aniones de nitrato trigonales planares [ NO₃ ] ⁻ . Las distancias NO en el catión son de 115 pm y de 124 pm para el anión . [ 5 ] El N₂O₅ gaseoso es una molécula unida covalentemente . [ 6 ] Cristaliza en el grupo espacial D₄₆h ( C₆ / mmc ) con Z = 2. [ 7 ]  

En fase gaseosa o disuelto en disolventes no polares como el tetracloruro de carbono , el compuesto existe como moléculas unidas covalentemente O₂N −O−NO₂ . En fase gaseosa, los cálculos teóricos para la configuración de mínima energía indican que el ángulo O−N−O en cada ala −NO₂ es de aproximadamente 134° y el ángulo N−O−N es de aproximadamente 112°. En esa configuración, los dos grupos −NO₂ están rotados unos 35° alrededor de los enlaces con el oxígeno central, alejándose del plano N−O−N . La molécula tiene así forma de hélice, con un eje de simetría rotacional de 180° ( C₂ ) [ 8 ] .

Propiedades físicas

La presión de vapor P (en atm) en función de la temperatura T (en kelvin ), en el rango de 211 a 305 K (−62 a 32 °C) , se aproxima bien mediante la fórmula  

ln⁡PAG=23.2348−7098.2T{\displaystyle \ln P=23.2348-{\frac {7098.2}{T}}}

siendo aproximadamente 48 torr a 0  °C, 424 torr a 25  °C y 760 torr a 32  °C (9  °C por debajo del punto de fusión). [ 9 ]

Cuando el N₂O₅ gaseoso se enfría rápidamente ("se enfría bruscamente"), se puede obtener la forma molecular metaestable , que se convierte exotérmicamente en la forma iónica por encima de −70 ° C. [ 10 ] 

El N₂O₅ gaseoso absorbe la luz ultravioleta y se disocia en los radicales libres dióxido de nitrógeno NO₂ • y trióxido de nitrógeno NO₃ • (nitrato neutro). El espectro de absorción presenta una banda ancha con un máximo en la longitud de onda de 160 nm . [ 11 ] 

Preparación

El N₂O₅ fue descrito por primera vez por el químico francés Henri Deville en 1840, quien lo preparó tratando nitrato de plata ( AgNO₃ ) con cloro . [ 12 ] [ 13 ]

Una síntesis de laboratorio recomendada implica la deshidratación del ácido nítrico ( HNO3 ) con óxido de fósforo(V) : [ 10 ]

P 4 O 10 + 12 HNO 3 → 4 H 3 PO 4 + 6 N 2 O 5

Otro proceso de laboratorio es la reacción del nitrato de litio LiNO₃ y el pentafluoruro de bromo BrF₅ , en una proporción superior a 3:1. La reacción primero forma fluoruro de nitrilo FNO₂ que reacciona posteriormente con el nitrato de litio: [ 7 ]

BrF 5 + 3 LiNO 3 → 3 LiF + BrONO 2 + O 2 + 2 FNO 2
FNO 2 + LiNO 3 → LiF + N 2 O 5

El compuesto también puede crearse en fase gaseosa mediante la reacción de dióxido de nitrógeno NO 2 o N 2 O 4 con ozono : [ 14 ]

2 NO 2 + O 3 → norte 2 O 5 + O 2

Sin embargo, el producto cataliza la rápida descomposición del ozono: [ 14 ]

2 O 3 + norte 2 O 5 → 3 O 2 + norte 2 O 5

El pentóxido de dinitrógeno también se forma cuando una mezcla de oxígeno y nitrógeno pasa a través de una descarga eléctrica. [ 7 ] Otra ruta son las reacciones del cloruro de fosforilo POCl 3 o cloruro de nitrilo NO 2 Cl con nitrato de plata AgNO 3 [ 7 ] [ 15 ]

Reacciones

Cristales de pentóxido de dinitrógeno sublimados

El pentóxido de dinitrógeno reacciona con el agua ( hidroliza ) para producir ácido nítrico HNO₃ . Por lo tanto, el pentóxido de dinitrógeno es un óxido ácido , el anhídrido del ácido nítrico: [ 10 ]

N₂O₅ + H₂O → 2 HNO₃​​

Las soluciones de pentóxido de dinitrógeno en ácido nítrico pueden considerarse como ácido nítrico con una concentración superior al 100%. El diagrama de fases del sistema H₂O − N₂O₅ muestra el conocido azeótropo negativo al 60% de N₂O₅ ( es decir, 70% de HNO₃ ) , un azeótropo positivo al 85,7% de N₂O₅ (100% de HNO₃ ) y otro negativo al 87,5% de N₂O₅ ( " 102% de HNO₃ " ) . [ 16 ]

La reacción con cloruro de hidrógeno HCl también produce ácido nítrico y cloruro de nitrilo NO 2 Cl : [ 17 ]

N₂O₅ + HCl → HNO₃ + NO₂Cl​​

El pentóxido de dinitrógeno reacciona con amoníaco NH₃ para dar varios productos, entre ellos óxido nitroso N₂O , nitrato de amonio NH₄NO₃ , nitramida NH₂NO₂ y dinitramida de amonio NH₄N ( NO₂ ) ₂ , dependiendo de las condiciones de reacción . [ 18 ]

Descomposición térmica

La descomposición es insignificante si el sólido se mantiene a 0  °C. [ 7 ] Se descompone a temperatura ambiente en NO 2 y O 2 : [ 19 ] [ 14 ] [ 20 ]

N₂O₅ → 2 NO₂ + 0,5 O₂​

Sus soluciones en tetracloruro de carbono se descomponen a 30 °C (303 K) . [ 21 ] Tanto el N₂O₅ como el NO₂ son solubles en CCl₄ y permanecen en solución , mientras que el oxígeno es insoluble y se escapa. El volumen de oxígeno permite determinar la cinética de la reacción:  

2 norte 2 O 5 → 4 NO 2 + O 2 (g)

En presencia de óxido nítrico , la descomposición procede de la siguiente manera: [ 22 ]

N₂O₅ + NO → 3 NO₂

Aplicaciones

Nitración de compuestos orgánicos

El pentóxido de dinitrógeno, por ejemplo en solución de cloroformo , se ha utilizado como reactivo para introducir la funcionalidad −NO₂ 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 una fracción areno . [ 23 ] La reactividad del NO + 2 puede mejorarse aún más con ácidos fuertes que generan el superelectrófilo HNO 2+ 2 .

En este uso, el N₂O₅ ha sido reemplazado en gran medida por el tetrafluoroborato de nitronio [ NO₂ ] ⁺ [ BF₄ ] ⁻ . Esta sal conserva la alta reactividad del NO⁺₂ , pero es térmicamente estable, descomponiéndose a unos 180 ° C (en NO₂F y BF₃ ) . 

El pentóxido de dinitrógeno es relevante para la preparación de explosivos. [ 13 ] [ 24 ]

Ocurrencia atmosférica

En la atmósfera terrestre , el pentóxido de dinitrógeno es un importante reservorio de las especies de NO x que son responsables del agotamiento del ozono : su formación proporciona un ciclo nulo con el que el NO y el NO 2 se mantienen temporalmente en un estado no reactivo. [ 25 ] Se han observado proporciones de mezcla de varias partes por mil millones en volumen en regiones contaminadas de la troposfera nocturna. [ 26 ] El pentóxido de dinitrógeno también se ha observado en la estratosfera [ 27 ] en 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 los 50 °N, el llamado ' acantilado de Noxon '. 

Las variaciones en la reactividad del N₂O₅ en los aerosoles pueden provocar pérdidas significativas en las concentraciones de ozono troposférico , radicales hidroxilo y NOₓ. [ 28 ] Dos reacciones importantes del N₂O₅ en los aerosoles atmosféricos son la hidrólisis para formar ácido nítrico [ 29 ] y la reacción con iones haluro , en particular Cl⁻ , para formar moléculas de ClNO₂ que pueden servir como precursores de átomos de cloro reactivos en la atmósfera. [ 30 ] [ 31 ]

Peligros

El N₂O₅ es un oxidante fuerte que forma mezclas explosivas con compuestos orgánicos y sales de amonio . El pentóxido de dinitrógeno puede degradarse en dióxido de nitrógeno, un gas altamente tóxico.

Referencias

  1. 1 2 Haynes, pág. 4.76
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Fuentes citadas