Окси́д азо́та(V) (пентаокси́д азота, пентаоксид диазо́та, нитра́т нитри́ла, нитрат нитро́ния, азо́тный ангидри́д), химическая формула — высший оксидазота.
![{\displaystyle {\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9622d16488ea1a6b5ff15067ed1a7dadb615f4fd)
Представляет собой бесцветные, очень летучие кристаллы. Разлагается при комнатной температуре, стабилен при температуре ниже +10 °C. При этой температуре также существенно снижается его летучесть.
Взаимодействует с органическими веществами и полимерами, поэтому его хранят в стеклянной посуде.
В газообразном состоянии азотный ангидрид состоит из отдельных молекул, строение которых отвечает формуле и имеет неплоскую структуру. Кристаллы образованы ионами и .
![{\displaystyle {\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {N} {-}\mathrm {O} {-}\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1e74eeda9f6824a3205381d067bf422d00b959fa)
![{\displaystyle {\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{\vphantom {A}}^{+}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f8a738498c14529a2017152237abfc86fd2368f8)
![{\displaystyle {\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{\vphantom {A}}^{-}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/bf5aec8344d44a72426cb865adb4c4adde12884d)
Впервые получен французским физикохимиком Сен-Клер Девилем в 1849 г. действием газообразного хлора на нитрат серебра[2][3].
Получение
Путём дегидратации азотной кислоты с помощью оксида фосфора(V):
![{\displaystyle {\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/25c576f45843d1c1330fb11d17227817b027ccde)
![{\displaystyle {\mathrm {P} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/55b150ba465cec846b5c8540f4b34f3f75625324)
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {P} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {HPO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/19911037446461776a6fc6bcb49839f3bc5e4a7d)
Пропусканием сухого хлора над сухим нитратом серебра:
- ,
![{\displaystyle {4\,\mathrm {AgNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}2\,\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}4\,\mathrm {AgCl} {}+{}2\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/12eabce252cbad1fcbc334a5ca0c0a912f9c28d1)
(по другим данным, при этой реакции будет образовываться хлорид серебра и хлорнитрат).
Вариант лабораторного получения — реакция нитрата лития и пентафторида брома в соотношении свыше стехиометрического 3:1. В результате реакции сначала образуется фторид нитрила, который далее реагирует с избытком нитрата лития[4]:
![{\displaystyle {\mathrm {LiNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/6493ba9bc2fe385cf38613f76dec7282932e616a)
![{\displaystyle {\mathrm {BrF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5f869a7783833289b2436d687cbb6fcdea9dc71b)
![{\displaystyle {\mathrm {FNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0d5eb80c06c147063312e21b8cc6e091c142597c)
- ,
- .
![{\displaystyle {\mathrm {BrF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}3\,\mathrm {LiNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}3\,\mathrm {LiF} {}+{}\mathrm {BrONO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}2\,\mathrm {FNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1f4a3a474458879eb3a235c5c4081e9005f5ba6e)
![{\displaystyle {\mathrm {FNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {LiNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {LiF} {}+{}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c2f96970bda2a99ae68f2be760ad62e0376edac0)
Путём взаимодействия оксида азота(IV) с озоном:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f978dc4b2406c66009a826070f54d437d41229c1)
С 1983 года промышленное получение в основном осуществляется электролизом азотной кислоты в присутствии тетроксида диазота[5]:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7f96ebe8f01d4dcd648ae563cfb4c3388bbebb8d)
Химические свойства
Представляет собой типичный кислотный оксид. Вещество легко возгоняется и крайне неустойчиво. Разложение может происходить со взрывом, часто — без видимых побудительных причин:
- .
![{\displaystyle {2\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}4\,\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/edaaa04c393c425a1159766330a7b9614b9ebf5c)
Бурно реагирует с водой с образованием азотной кислоты:
- .
![{\displaystyle {\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0f3eb1a5000e9b2de95f0a12175ecfc1d5aaae64)
Взаимодействует со щелочами с образованием соответствующих нитратов:
- .
![{\displaystyle {\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}2\,\mathrm {NaOH} {}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {NaNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {H} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/a8fa6c37098b7a06ed58d06cc9310dce55ea66c3)
Является сильным окислителем:
- ,
- .
![{\displaystyle {\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}\mathrm {Na} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {NaNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c0bbe1dc8e9b13f9da22407a5112409a936ed2f6)
![{\displaystyle {\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}\mathrm {I} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {I} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\uparrow {}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/79ab97431c96d846ccdc9b875be3398f89d8f4c6)
При взаимодействии с гемиоксидом хлора при охлаждении жидким воздухом образует нитрат хлора:
- .
![{\displaystyle {\mathrm {Cl} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}+{}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {ClNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/0460145704336c4a50d721463aa1e521034b5d8d)
При взаимодействии с хлороводородом образуется хлорид нитрила[6]:
- .
![{\displaystyle {\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}+{}\mathrm {HCl} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {HNO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {Cl} }}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c7caa12d7edbff3ec514ae5c40212e2e4bde78cf)
При высоких температурах от 600 до 1100 К (327—827 °C) пятиокись азота разлагается двумя последовательными стехиометрическими полуреакциями:
- ,
- .
![{\displaystyle {\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{5}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/e66a95b81cd6902b5c36ee18ba74a5754cdece65)
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}2\,\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {O} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/265a3a9b48b6786eb48271e7b80a158cadc5601c)
Применение
Растворы азотного ангидрида в неполярных растворителях, например, в четырёххлористом углероде применяются в качестве мягкого нитрующего агента, который в ряде случаев может быть заменён более удобным в обращении тетрафторборатом нитрила.
![{\displaystyle {\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {BF} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{4}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/b8eb202811e5cf970cec87f87c62a6ba75c9c6d9)
Физиологическое действие и меры безопасности
Как и другие оксиды азота, оксид азота(V) в высоких концентрациях токсичен. Является сильным окислителем.
Работа с требует осторожности, поскольку при обычных условиях его реакции могут протекать достаточно быстро с обильным выделением газообразных веществ.
Взрывоопасен при смешивании с органическими веществами. Кроме того, при разложении он даёт ядовитыйоксид азота(IV).
![{\displaystyle {\mathrm {NO} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/949ddff76b789c36d0a12edaa49e08377ffbf8e9)
Примечания
- ↑David R. Lide, Jr.Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
- ↑Deville H. E.. Note sur la production de l'acide nitrique anhydre // Compt. Rend.[англ.]. — 1849. — Т. 28. — С. 257—260.
- ↑https://www.britannica.com/biography/Henri-Etienne-Sainte-Claire-DevilleАрхивная копия от 10 октября 2018 на Wayback Machine Henri-Étienne Sainte-Claire Deville. // «Brinannica».
- ↑William W. Wilson and Karl O. Christe (1987): «Dinitrogen Pentoxide. New Synthesis and Laser Raman Spectrum». Inorganic Chemistry, volume 26, pages 1631—1633.
- ↑Thomas M. Klapötke. Chemie der hochenergetischen Materialien. — ISBN 978-3-11-021487-1.
- ↑Robert A. Wilkins Jr. and I. C. Hisatsune (1976): «The Reaction of Dinitrogen Pentoxide with Hydrogen Chloride». Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals, volume 15, issue 4, pages 246—248. doi:10.1021/i160060a003
Литература
- Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И. Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1 (Абл — Дар). — 623. с.
