Distikstofpentaoxide

Distikstofpentaoxide
Structuurformule en molecuulmodel
Structuurformule en van distikstofpentaoxide (moleculaire vorm)
Algemeen
Molecuul­formule	N2O5
IUPAC-naam	distikstofpentaoxide
Andere namen	salpeterzuuranhydride, nitroniumnitraat, nitrylnitraat, DNPO
Molmassa	108,01 g/mol
SMILES	[O-][N+](=O)O[N+]([O-])=O
EG-nummer	233-264-2
PubChem	66242
Wikidata	Q408458
Fysische eigenschappen
Aggregatie­toestand	vast
Kleur	wit
Dichtheid	(bij 18 °C) 1,642 g/cm³
Smeltpunt	41[1] °C
Goed oplosbaar in	chloroform
Slecht oplosbaar in	tetrachloormethaan
Geometrie en kristal­structuur
Kristal­structuur	hexagonaal
Dipoolmoment	1,39 D
Thermodynamische eigenschappen
ΔfG^og	114,1 kJ/mol
ΔfH^og	+11,3 kJ/mol
ΔfH^os	−43,1 kJ/mol
S^og, 1 bar	355,6 J/mol·K
S^os	178,2 J/mol·K
Tenzij anders vermeld zijn standaardomstandigheden gebruikt (298,15 K of 25 °C, 1 bar).
Portaal    Scheikunde

Distikstofpentaoxide, ook wel distikstofpentoxide en afgekort tot DNPO, is een anorganische verbinding met als brutoformule N₂O₅. Het een van de stikstofoxiden. Distikstofpentaoxide is een onstabiele, gevaarlijke verbinding die ooit, opgelost in chloroform, werd gebruikt als nitrerend reagens. Voor dit doel wordt tegenwoordig nitroniumtetrafluorboraat (NO₂BF₄) gebruikt.

Distikstofpentaoxide heeft de zeldzame eigenschap dat zij, afhankelijk van de omstandigheden, twee verschillende structuren kan aannemen. Doorgaans is het een zout, dat kan beschreven worden als nitroniumnitraat, maar soms komt het voor in moleculaire vorm:

${\displaystyle {\ce {[NO2+][NO3^-] <=> N2O5}}}$

Synthese en eigenschappen

Distikstofpentaoxide werd voor het eerst beschreven door Henri Étienne Sainte-Claire Deville in 1840. Hij liet zilvernitraat reageren met chloorgas, waarbij onder andere distikstofpentaoxide werd gevormd.[2][3]

Andere methoden om distikstofpentaoxide te bereiden zijn:

• De reactie van nitraten, bijvoorbeeld natriumnitraat, met nitroniumtetrafluorboraat:

${\displaystyle {\ce {NaNO3^- + NO2BF4 -> N2O5 + NaBF4}}}$

• Uit de reactie van distikstoftetraoxide met ozon:

${\displaystyle {\ce {N2O4 + O3 -> N2O5 + O2}}}$

• Elektrolyse van salpeterzuur in aanwezighheid van distikstoftetraoxide:[4]

${\displaystyle {\ce {2HNO3+N2O4->[\mathrm {Elektrolyse} ]N2O5+H2O}}}$

• Voor een kleinschalige laboratoriumsynthese wordt salpeterzuur gedehydrateerd met difosforpentaoxide:[5]

${\displaystyle {\ce {12 HNO3 + P4O10 -> 4 H3PO4 + 6 N2O5}}}$

Eigenschappen en reactiviteit

De hydrolyse van distikstofpentaoxide levert salpeterzuur. De stof kan daarmee opgevat worden als het anhydride van salpeterzuur:

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

Distikstofpentaoxide bestaat als kleurloze kristallen die iets boven kamertemperatuur sublimeren. Daarnaast is het zout bij kamertemperatuur niet echt stabiel: het ontleed bij 20°C met een halfwaardetijd van ongeveer 10 uur langzaam in stikstofdioxide en zuurstofgas. Bij 0°C bedraagt de halfwaardetijd ongeveer 10 dagen.[6][7]

Structuur

Vast distikstofpentaoxide is een zout, opgebouwd uit het lineaire nitronium-kation (NO₂^+) en het vlakke nitraat-anion. Beide stikstofatomen hebben een oxidatiegetal van +5.

Distikstofpentaoxide in moleculaire vorm kan bestaan in de gasfase, na sublimatie van de vaste stof, of als ze in apolaire oplosmiddelen zoals tetrachloormethaan wordt opgelost. In de gasfase is de hoek O–N–O 133° en de hoek N–O–N 114°. Als gasvormig distikstofpentaoxide snel wordt afgekoeld ontstaat een metastabiele vaste moleculaire vorm, bij temperaturen boven −70°C wordt deze op exotherme wijze omgezet in de zoutvorm.[5]

Reacties en toepassingen

Distikstofpentaoxide, als oplossing in chloroform, werd vroeger gebruikt als reagens om een nitrogroepen in organische verbindingen, doorgaan aromaten, te introduceren. Een voorbeeld is de nitrering van benzeen tot nitrobenzeen:

${\displaystyle {\ce {C6H6 + N2O5 -> C6H5NO2 + HNO3}}}$

Distikstofpentaoxide wordt toegepast in explosieven.[3][8]

In de atmosfeer vormt distikstofpentaoxide een belangrijk reservoir voor diverse stoffen uit de NO_x-groep die (mede) verantwoordelijk zijn voor het gat in de ozonlaag.

Toxicologie en veiligheid

Distikstofpentaoxide is een sterke oxidator, die explosieve mengsels vormt met organische verbindingen en ammoniumzouten. De ontleding van distikstofpentaoxide leidt tot zeer toxische dampen van stikstofdioxide.

Bronnen, noten en/of referenties

1. Emeleus. (1964). GEEN TITEL OPGEGEVEN Advances in Inorganic Chemistry pag.: 77 ev – Academic Press ISBN 978-0-12-023606-0 . Gearchiveerd op 24 juni 2023.
2. M.H. Deville. (1849). Note sur la production de l'acide nitrique anhydre Compt. Rend.. 28 pag.: 257–260
3. Jai Prakash Agrawal. (2010). GEEN TITEL OPGEGEVEN High Energy Materials: Propellants, Explosives and Pyrotechnics pag.: 117 ev – Wiley-VCH ISBN 978-3-527-32610-5
4. Thomas M. Klapötke. (2009). GEEN TITEL OPGEGEVEN Chemie der hochenergetischen Materialien pag.: 142 – Walter de Gruyter ISBN 311021487-3
5. A.F. Holleman, E. Wiberg. (2001). GEEN TITEL OPGEGEVEN Inorganic Chemistry – Academic Press (San Diego) ISBN 0-12-352651-5
6. . (1950). GEEN TITEL OPGEGEVEN Inorganic Syntheses 3: Nitrogen(V) Oxide pag.: 78–81 –
7. G. Brauer. (1963). GEEN TITEL OPGEGEVEN Ed.: Academic Press Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 1 (2nd ed.) pag.: 489–490 –
8. Talawar, M. B. (2005). Establishment of Process Technology for the Manufacture of Dinitrogen Pentoxide and its Utility for the Synthesis of Most Powerful Explosive of Today—CL-20. Journal of Hazardous Materials 124: 153–64. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2005.04.021.