Pentaòxid de dinitrogen

Plantilla:Infotaula compost químic El pentaòxid de dinitrogen és compost binari de nitrogen i oxigen, un òxid de fórmula $\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$. Es presenta en forma de sòlid incolor que sublima a 32,4 °C i a 15 °C té una densitat de 2,05 g/cm³.

Història

El pentaòxid de dinitrogen fou sintetitzat per primer cop el 1849 pel químic francès Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) mitjançant la reacció del clor, $\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2$ amb nitrat d'argent, $\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$.

Propietats

El $\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$ sòlid és estable per sota de 8 °C, però descompon si li incideix la llum solar o s'escalfa fins a temperatura ambient. Per sota de -60 °C és estable més d'un any; a -20 °C té una vida mitjana de dues setmanes; a 0 °C ja només és de 10 dies; i a 20 °C tan sols de 10 hores. La reacció de descomposició és:

$$2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5\stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to }2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$$

El $\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$és fàcilment soluble en àcid nítric absolut, $\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$,i en dissolvents clorats. La polaritat dels dissolvent té un important efecte sobre la descomposició del $\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$.És ràpida en dissolvents no polars, com ara el cloroform, i lenta en dissolvents polars, com el nitrometà. En àcid nítric són moderadament estables a temperatures per sota de la temperatura ambient.

Estructura

Estructura, longituds d'enllaç i angles del N2O5

El pentaòxid de nitrogen al voltant de -78 °C és un sòlid constituït per cations, $\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}^{+}$, i anions nitrat, $\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}$, enllaçats per enllaç iònic. El catió té estructura lineal amb el nitrogen al mig, $\mathrm{O}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}$, amb enllaços $\mathrm{N}-\mathrm{O}$ d'1,154 Å, i l'anió nitrat és pla amb l'àtom de nitrogen al mig i els àtoms d'oxigen units a ell i separats 120°. A temperatures més altes el sòlid està format per molècules $\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2-\mathrm{O}-\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$igual que les que es troben en estat gasós, amb tots els enllaços covalents.

Obtenció

Al laboratori el pentaòxid de dinitrogen es prepara habitualment per deshidratació de l'àcid nítric, $\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$ concentrat mitjançant pentaòxid de difòsfor, $\mathrm{P}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$, segons la reacció:

$$2\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{P}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5⟶\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5+2\mathrm{H}\mathrm{P}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$$

La principal alternativa és l'oxidació del diòxid de nitrogen, $\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$, emprant ozó, $\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$:

$$2\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$$

Una altra alternativa és la reacció de clorur de dioxidonitrogen(2+), $\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{l}$ amb nitrat d'argent, $\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$:

$$\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2\mathrm{C}\mathrm{l}+\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5+\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{C}\mathrm{l}$$

Propietats químiques

El pentaòxid de dinitrogen sòlid descompon per efecte de la llum ultraviolada de 380 nm segons l'equació:

$$\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5\stackrel{ℎ\mathit{\nu }}{\to }\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{O}$$També es descompon per escalfament segons la reacció global:

$$2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5\stackrel{\mathrm{\Delta }}{\to }2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$$la qual té lloc en tres etapes:

$$\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$$$$\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3⟶\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{O}{\phantom{A}}_2+\mathrm{N}\mathrm{O}$$$$\mathrm{N}\mathrm{O}+\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5⟶3\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$$

Com que es tracta de l'anhídrid de l'àcid nítric, reacciona fàcilment amb la humitat per donar àcid nítric:

$$\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶2\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3$$

Aplicacions

S'aplica el pentaòxid de dinitrogen especialment en reaccions de síntesi orgànica amb l'objectiu de produir nitracions, adicions de grups $\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$a cadenes de carbonis.

Perillositat i problemes ambientals

El pentaòxid de dinitrogen és un oxidant fort que en presència de sals d'amoni i solvents orgànics es torna explosiu. La seva descomposició genera gasos $\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_x$ tòxics.

Encara que hi ha poc pentaòxid de dinitrogen en la Terra, provoca certs problemes ambientals per ser un agent oxidant fort. A l'estratosfera el $\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5$ és una espècie de reserva que col·labora en la destrucció d'ozó. ja que es descompon donant radicals lliures que participen en la destrucció de l'ozó:

$$\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_5\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_3+\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2$$

També pot provocar episodis de boirum fotoquímic en ciutats molt contaminades per combustió de petroli. Propietats com elevada temperatura, situació geogràfica i radiació solar intensa donen aquest fenomen a indrets com Los Angeles o Mexico DF. I, en presència d'humitat forma àcid nítric i provoca pluja àcida.

Referències

Plantilla:Identificadors química