Оксид азота(III)

Оксид азота​(III)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид азота​(III)​
Хим. формула	N2O3
Физические свойства
Состояние	темно-синяя непрозрачная жидкость
Молярная масса	76.01184 г/моль
Плотность	1.4⋅103 кг м−3, жидкость
Термические свойства
Температура
• плавления	−102 °C
• кипения	-40 °C
• разложения	-4 °C
Энтальпия
• образования	81 кДж/моль
Химические свойства
Растворимость
• в воде	0,01 г/100 мл
Классификация
Рег. номер CAS	[10544-73-7]
Безопасность
Пиктограммы СГС
NFPA 704	0 3 0 OX
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Оксид азота (III) (азотистый ангидрид, диазота триоксид, сесквиоксид) — кислотный оксид N₂O₃, обладающий как восстановительными, так и окислительными свойствами благодаря наличию азота в степени окисления +3. Стабильность этого соединения ограничена низкотемпературными условиями, и при повышении температуры происходит разрушение молекулы. В качестве индивидуального соединения оксид азота (III) существует только в твёрдом состоянии при температуре −101 °C. При более высоких температурах он находится в равновесии с продуктами распада: оксидом азота(II) (NO) и оксидом азота(IV) (NO₂).

Оксид азота (III) — бурый газ, при низких температурах — тёмно-синяя жидкость, в твёрдом состоянии — бесцветное кристаллическое вещество.

Оксид азота (III) токсичен в больших количествах и является сильным окислителем, вызывающим тяжёлые ожоги кожи.

Строение вещества

Резонансные структуры молекулы N2O3

Триоксид диазота (N₂O₃) обладает плоской геометрией. В центре молекулярной структуры располагаются два атома азота, соединённые посредством одинарной ковалентной связи. Один из атомов азота образует σ-связь с одиночным атомом кислорода. Оставшиеся два атома кислорода образуют две π-связи с другим атомом азота, что приводит к образованию триоксида диазота.

Плоские молекулы оксида азота (III) образуются посредством донорно-акцепторного механизма N⁺— O^-. В этом процессе один атом выступает в роли донора электронной пары, а другая — в роли акцептора этой пары. В результате такого взаимодействия формируется ковалентная связь между атомами, что приводит к образованию плоской структуры молекулы N₂O₃.

Физические свойства

Жидкая и газообразная фаза оксида азота (III)

В газообразном состоянии — бурый газ. При низких температурах оксид азота (III) представляет собой тёмно-синюю непрозрачную жидкость, а в твёрдом состоянии — бесцветное кристаллическое вещество. Температура плавления оксида азота (III) составляет −102 °C, а температура кипения −40 °C. При температуре −4 °C происходит его разложение. Растворимость оксида азота (III) в воде составляет 0,01 г/100 мл, и при взаимодействии с водой он образует азотистую кислоту. В диэтиловом эфире оксид азота (III) хорошо растворим. Плотность жидкости при 2 °C составляет 1,447 г/см³.

Химические свойства

Разлагается при нагревании

При увеличении температуры достигается состояние равновесия между оксидом азота (III), оксидом азота (II) и оксидом азота (IV). Дальнейшее повышение температуры приводит к смещению равновесия в сторону образования продуктов реакции.

${\ce {N2O3 <=>> NO + NO2}}$

Реагирует с водой

Оксид азота(III) представляет собой кислотный оксид, который характеризуется высокой степенью гидратации и способностью к образованию азотистой кислоты при взаимодействии с водной средой.

_{${\ce {N2O3 + H2O -> 2HNO2}}$}

Реагирует с щелочами

Оксид азота(III) является кислотным оксидом и проявляет свойства, характерные для кислотных оксидов при взаимодействии со щелочными реагентами. В результате таких реакций образуются соответствующие соли (нитриты) и вода.

${\ce {N2O3 + 2NaOH -> 2NaNO2 + H2O}}$

Реагирует с водным раствором аммиака

Реакция присоединения происходит благодаря образованию связи в ионе аммония посредством донорно-акцепторного механизма.

${\ce {N2O3 + 2NH3 + H2O -> 2NH4NO2}}$

Реагирует с основными оксидами

Оксид азота(III) (азотистый ангидрид, N₂O₃) проявляет кислотные свойства при взаимодействии с основными оксидами, что приводит к образованию соответствующей соли — нитрита.

${\ce {N2O3 + Na2O -> 2NaNO2}}$

Основные свойства

В присутствии концентрированных кислот происходит растворение с образованием катионной формы нитрозония (NO⁺).

${\ce {N2O3 + 2HCIO4 -> 2[NO]CIO4 + H2O}}$

Получение

Реакция азотистоводородной кислоты с оксидом мышьяка (III)

В растворе азотистоводородная кислота проявляет свойства сильного окислителя благодаря наличию центрального атома азота с высокой степенью окисления (+5). Оксид мышьяка (III), напротив, выступает как восстановитель.

${\ce {2HN3 + 8 H2O + As2O3 -> N2O3 + 2(NH4)2HAsO4}}$

Конпропорционирование оксида азота (II) и оксида азота (III)

Оксид азота(III) образуется при низких температурах в ходе окислительно-восстановительной реакции между оксидом азота(II) и оксидом азота(IV). В нормальных условиях реакция протекает в обратном направлении.

${\ce {NO + NO2 -> N2O3}}$

Реакция соединения азота и кислорода.

Данная реакция осуществляется в среде жидкого воздуха посредством прохождения электрического разряда. Оксид азота(III) демонстрирует стабильность при пониженных температурах.

${\ce {2N2 + 3O2 -> 2N2O3}}$

Восстановление азотной кислоты оксидом мышьяка (III)

Для проведения реакции предлагается использовать 50%-й водный раствор азотной кислоты для обработки твёрдого оксида мышьяка(III). В ходе реакции, которая протекает при взаимодействии двух молекул азотной кислоты с одной молекулой триоксида мышьяка, образуются газообразные продукты — оксид азота(II) и оксид азота(II), а также мышьяковая кислота. Уравнение данной реакции можно представить следующим образом.

${\ce {2HNO3 + As2O3 -> NO2 + NO + HAsO3}}$

После завершения основной стадии реакции, когда смесь продуктов охладится до температуры −36 °C, произойдёт дополнительная химическая реакция между образовавшимися ранее оксидами азота. В результате взаимодействия монооксида азота и диоксида азота образуется оксид азота(III). Эта реакция описывается уравнением:

${\ce {NO + NO2 -> N2O3}}$

Реакция тетраоксида диазота с водой

При взаимодействии тетраоксида диазота с водной средой при низких температурах протекает реакция диспропорционирования. В результате данной реакции образуются соответствующие продукты — азотная кислота и оксид азота(III).

${\ce {2N2O4 + 2H2O -> 2HNO3 +N2O3}}$

Реакция тетраоксида диазота и монооксида азота

Азотистый ангидрид (N₂O₃) синтезируется путем растворения оксида азота (II) в жидком диоксиде азота, который подвергается интенсивному охлаждению. В результате химической реакции между N₂O₄ и двумя молекулами NO образуется два моль азотистого ангидрида.

${\ce {N2O4 + 2NO -> 2N2O3}}$

Реакция азотной кислоты с крахмалом

N₂O₃ может быть получен путём воздействия азотной кислоты (50 %) на крахмал. Образовавшуюся смесь газов осушают с использованием дегидратирующих агентов, таких как, например, безводный сульфат магния или оксид фосфора(V). Затем, попадая в охлаждающую часть химического аппарата, газы вступают в реакцию между собой, превращаясь в синюю жидкость — оксид азота(III). Реакция предложенная Юстусом фон Либихом.

(С₆Н₁₀О₅)n → 12nHNO₃ -> 6nNO + 6nNO₂ + 6nCO₂ + 11nH₂O

Применение

Триоксид азота представляет собой мощный окислитель, обладающий высокой реакционной способностью и находящий применение в различных областях химической промышленности. Одним из ключевых направлений его использования является синтез разнообразных производных азотной кислоты и нитратов. В частности, N₂O₃ выступает в качестве важного реагента при получении таких соединений, как нитриты и нитраты, которые находят применение в качестве удобрений, взрывчатых веществ и реактивов в аналитической химии. Триоксид азота используется в топливных системах, где он выполняет функцию окислителя, способствуя более эффективному сгоранию топлива и повышению мощности двигателей.

В лабораторных условиях триоксид азота участвует в ряде реакций синтеза органических и неорганических соединений, включая производство красителей, полимеров, таких как нейлон, а также фармацевтических препаратов.

Уровень опасности и меры предосторожности

Триоксид азота относится к классу опасности 3 согласно классификации ООН, что означает значительную токсичность и необходимость соблюдения строгих мер предосторожности при обращении с ним. Предельно допустимая концентрация (ПДК) триоксида азота в воздухе рабочей зоны составляет 5 мг/м³ (пересчёт на NO₂), и превышение этого значения может привести к негативным последствиям для здоровья персонала.

Согласно стандарту ГОСТ 31340-07, триоксид азота должен быть помечен символами «Череп и скрещенные кости» (ядовитость), «Пламя над окружностью» (пожароопасность), «Сухое дерево и мёртвая рыба» (экологическая опасность), «Выливающаяся жидкость» (реакция с металлом), а также сигнальными словами «Ядовитый газ» и «Окислитель». Характеристики опасности включают ядовитость, взрывоопасность при нагревании, способность вызывать или усиливать пожар, коррозионное воздействие при взаимодействии с водой и экологическую опасность.

При транспортировке триоксида азота необходимо соблюдать следующие требования: номер ООН 2421, надлежащее отгрузочное наименование "Азота триоксид", запрет на перевозку железнодорожным транспортом, классификация опасности по ГОСТ 19433 (класс 2, подклассы 2.2 и 5.1, классификационный шифр 2223), транспортная маркировка (знак опасности по ГОСТ 19433 № 6a, 5, 8) и группа упаковки не применяется.

Для обеспечения безопасной работы с триоксидом азота следует контролировать концентрацию газа в зонах потенциального скопления, использовать средства индивидуальной защиты (специальная одежда, перчатки, защитные очки, респираторы, изолирующий противогаз ИП-4М и огнезащитная экипировка для аварийных ситуаций), и хранить вещество в специально оборудованных помещениях, исключающих контакт с несовместимыми материалами. Срок и условия хранения определяются производителем.

Отходы, связанные с использованием триоксида азота, подлежат специальной утилизации в соответствии с действующими нормами и правилами.

Экологическое воздействие

Оксид азота(III), известный своей термодинамической нестабильностью, не оказывает существенного непосредственного влияния на экологический статус окружающей среды. Увеличение выбросов оксида азота(III) чаще всего наблюдается исключительно в лабораторных условиях, поскольку N₂O₃ может существовать в стабильной газовой фазе только при температурах ниже -4°C. В твёрдой фазе оксид азота(III) представляет собой голубоватый порошок. Однако азотистый сесквиоксид, помимо своей токсичности, проявляет мутагенные свойства.