Pentaòxid de dinitrogen

Pentaòxid de dinitrogen

Substància química	tipus d'entitat química
Massa molecular	107,981 Da
Estructura química
Fórmula química	N₂O₅
SMILES canònic	Model 2D [N+](=O)([O-])O[N+](=O)[O-]
Identificador InChI	Model 3D
Propietat
Densitat	1,642 g/cm³ (a 18 ℃)
Punt de fusió	32,3 ℃ 30 ℃
Punt d'ebullició	47 ℃ (a 101,325 kPa)
NFPA 704: Standard System for the Identification of the Hazards of Materials for Emergency Response ()

El pentaòxid de dinitrogen és compost binari de nitrogen i oxigen, un òxid de fórmula ${\displaystyle {\ce {N2O5}}}$. 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.^[1]

Història

El pentaòxid de dinitrogen fou sintetitzat per primer cop el 1849^[2] pel químic francès Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) mitjançant la reacció del clor, ${\displaystyle {\ce {Cl2}}}$ amb nitrat d'argent, ${\displaystyle {\ce {AgNO3}}}$.^[3]

Propietats

El ${\displaystyle {\ce {N2O5}}}$ 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:

$${\displaystyle {\ce {2N2O5 ->[\Delta] 2N2O4 + O2}}}$$

El ${\displaystyle {\ce {N2O5}}}$és fàcilment soluble en àcid nítric absolut, ${\displaystyle {\ce {HNO3}}}$,i en dissolvents clorats. La polaritat dels dissolvent té un important efecte sobre la descomposició del ${\displaystyle {\ce {N2O5}}}$.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.^[3]

Estructura

Estructura, longituds d'enllaç i angles del N2O5

El pentaòxid de nitrogen al voltant de -78 °C és un sòlid constituït per cations, ${\displaystyle {\ce {NO2+}}}$, i anions nitrat, ${\displaystyle {\ce {NO3-}}}$, enllaçats per enllaç iònic. El catió té estructura lineal amb el nitrogen al mig, ${\displaystyle {\ce {ONO^+}}}$, amb enllaços ${\displaystyle {\ce {N-O}}}$ 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 ${\displaystyle {\ce {NO2-O-NO2}}}$igual que les que es troben en estat gasós, amb tots els enllaços covalents.^[4]

Obtenció

Al laboratori el pentaòxid de dinitrogen es prepara habitualment per deshidratació de l'àcid nítric, ${\displaystyle {\ce {HNO3}}}$ concentrat mitjançant pentaòxid de difòsfor, ${\displaystyle {\ce {P2O5}}}$, segons la reacció:

$${\displaystyle {\ce {2HNO3 + P2O5 -> N2O5 + 2HPO3}}}$$

La principal alternativa és l'oxidació del diòxid de nitrogen, ${\displaystyle {\ce {NO2}}}$, emprant ozó, ${\displaystyle {\ce {O3}}}$:

$${\displaystyle {\ce {2NO2 + O3 -> N2O5 + O2}}}$$

Una altra alternativa és la reacció de clorur de dioxidonitrogen(2+), ${\displaystyle {\ce {NO2Cl}}}$ amb nitrat d'argent, ${\displaystyle {\ce {AgNO3}}}$:

$${\displaystyle {\ce {NO2Cl + AgNO3 -> N2O5 + AgCl}}}$$^[1]

Propietats químiques

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

$${\displaystyle {\ce {N2O5\;->[{\mathit {h\nu }}]\;N2O4\;+\;O}}}$$També es descompon per escalfament segons la reacció global:

$${\displaystyle {\ce {2N2O5 ->[\Delta] 2N2O4 + O2}}}$$la qual té lloc en tres etapes:

$${\displaystyle {\ce {N2O5 <=> NO3 + NO2}}}$$$${\displaystyle {\ce {NO2 + NO3 -> NO2 + O2 + NO}}}$$$${\displaystyle {\ce {NO + N2O5 -> 3NO2}}}$$

Com que es tracta de l'anhídrid de l'àcid nítric, reacciona fàcilment amb la humitat per donar àcid nítric:^[3]

$${\displaystyle {\ce {N2O5 + H2O -> 2HNO3}}}$$

Aplicacions

S'aplica el pentaòxid de dinitrogen especialment en reaccions de síntesi orgànica amb l'objectiu de produir nitracions, adicions de grups ${\displaystyle {\ce {NO2}}}$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 ${\displaystyle {\ce {NO_x}}}$ tòxics.^[5]

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 ${\displaystyle {\ce {N2O5}}}$ 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:^[6]

$${\displaystyle {\ce {N2O5 <=> NO3 + NO2}}}$$

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.^[7] I, en presència d'humitat forma àcid nítric i provoca pluja àcida.

Referències

1. Jones, K. The Chemistry of Nitrogen: Pergamon Texts in Inorganic Chemistry (en anglès). Elsevier, 2016-06-06. ISBN 9781483139623. 
2. Deville, H.S.C. «Note sur la production de l'acide nitrique anhydre». Compt. Rend. Acad. Sci. Paris, 28, 1849, pàg. 257-260.
3. Agrawal, Jai Prakash; Hodgson, Robert. Organic Chemistry of Explosives (en anglès). John Wiley & Sons, 2007-01-11. ISBN 9780470059357. 
4. Mahan, B.H: Química Universitaria. Ed. Pueblo y Educación. Ciudad de La Habana, Cuba. 1975.
5. Jai Prakash Agrawal (19 April 2010). High Energy Materials: Propellants, Explosives and Pyrotechnics. Wiley-VCH. pp. 117–. ISBN 978-3-527-32610-5. Retrieved 20 September 2011.
6. TAYLOR, F. W. Elementary climate physics.
7. VANLOON, GARY W.; DUFFY, STEPHEN J. Environmental chemistry :