Оксид азота(V)

Оксид азота​(V)​
Общие
Систематическое наименование	Оксид азота​(V)​
Хим. формула	${\displaystyle {\ce {N2O5}}}$
Рац. формула	${\displaystyle {\ce {N2O5}}}$
Физические свойства
Состояние	бесцветные кристаллы
Молярная масса	108,011 г/моль
Плотность	1,642 г/см³
Энергия ионизации	11,9 эВ[1]
Термические свойства
Температура
• плавления	+32,3 °C
• кипения	возгоняется при 47 °C
• разложения	начало +10 °C
Классификация
Рег. номер CAS	10102-03-1
PubChem	66242
Рег. номер EINECS	233-264-2
SMILES	[N+](=O)([O-])O[N+](=O)[O-]
InChI	InChI=1S/N2O5/c3-1(4)7-2(5)6 ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N
ChEBI	29802
ChemSpider	59627
Безопасность
NFPA 704	0 3 0 OX
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

Окси́д азо́та(V) (пентаокси́д азота, пентаоксид диазо́та, нитра́т нитри́ла, нитрат нитро́ния, азо́тный ангидри́д), химическая формула ${\displaystyle {\ce {N2O5}}}$ — высший оксид азота.

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 ${\displaystyle {\ce {O2N-O-NO2}}}$ и имеет неплоскую структуру. Кристаллы образованы ионами ${\displaystyle {\ce {NO2^+}}}$ и ${\displaystyle {\ce {NO3^-}}}$.

Впервые получен французским физикохимиком Сен-Клер Девилем в 1849 г. действием газообразного хлора на нитрат серебра[2][3].

Получение

Путём дегидратации азотной кислоты ${\displaystyle {\ce {HNO3}}}$ с помощью оксида фосфора(V) ${\displaystyle {\ce {P2O5}}}$:

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

Пропусканием сухого хлора над сухим нитратом серебра:

${\displaystyle {\ce {4 AgNO3 + 2 Cl2 -> 4 AgCl + 2N2O5 + O2 ^}}}$,

(по другим данным, при этой реакции будет образовываться хлорид серебра и хлорнитрат).

Вариант лабораторного получения — реакция нитрата лития ${\displaystyle {\ce {LiNO3}}}$ и пентафторида брома ${\displaystyle {\ce {BrF5}}}$ в соотношении свыше стехиометрического 3:1. В результате реакции сначала образуется фторид нитрила ${\displaystyle {\ce {FNO2}}}$, который далее реагирует с избытком нитрата лития[4]:

${\displaystyle {\ce {BrF5 + 3 LiNO3 -> 3 LiF + BrONO2 + O2 + 2 FNO2}}}$,

${\displaystyle {\ce {FNO2 + LiNO3 -> LiF + N2O5}}}$.

Путём взаимодействия оксида азота(IV) с озоном:

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

С 1983 года промышленное получение в основном осуществляется электролизом азотной кислоты в присутствии тетроксида диазота[5]:

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

Химические свойства

Представляет собой типичный кислотный оксид. Вещество легко возгоняется и крайне неустойчиво. Разложение может происходить со взрывом, часто — без видимых побудительных причин:

${\displaystyle {\ce {2N2O5->4NO2\uparrow +O2\uparrow }}}$.

Бурно реагирует с водой с образованием азотной кислоты:

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

Взаимодействует со щелочами с образованием соответствующих нитратов:

${\displaystyle {\ce {N2O5 + 2 NaOH -> 2 NaNO3 + H2O}}}$.

Является сильным окислителем:

${\displaystyle {\ce {N2O5 + Na -> NaNO3 + NO2 ^}}}$,

${\displaystyle {\ce {N2O5 + I2 -> I2O5 + N2 ^}}}$.

При взаимодействии с гемиоксидом хлора при охлаждении жидким воздухом образует нитрат хлора:

${\displaystyle {\ce {Cl2O + N2O5 -> 2ClNO3}}}$.

При взаимодействии с хлороводородом образуется хлорид нитрила[6]:

${\displaystyle {\ce {N2O5 + HCl -> HNO3 + NO2Cl}}}$.

При высоких температурах от 600 до 1100 К (327—827 °C) пятиокись азота разлагается двумя последовательными стехиометрическими полуреакциями:

${\displaystyle {\ce {N2O5 -> NO2 + NO3}}}$,

${\displaystyle {\ce {2 NO3 -> 2 NO2 + O2}}}$.

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 ${\displaystyle {\ce {NO2BF4}}}$.

Физиологическое действие и меры безопасности

Как и другие оксиды азота, оксид азота(V) в высоких концентрациях токсичен. Является сильным окислителем.

Работа с ${\displaystyle {\ce {N2O5}}}$ 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 ядовитый оксид азота(IV) ${\displaystyle {\ce {NO2}}}$.

Примечания

1. David R. Lide, Jr. Basic laboratory and industrial chemicals (англ.): A CRC quick reference handbook — CRC Press, 1993. — ISBN 978-0-8493-4498-5
2. Deville H. E.. Note sur la production de l'acide nitrique anhydre (неопр.) // Compt. Rend.^[англ.]. — 1849. — Т. 28. — С. 257—260.
3. https://www.britannica.com/biography/Henri-Etienne-Sainte-Claire-Deville Архивная копия от 10 октября 2018 на Wayback Machine Henri-Étienne Sainte-Claire Deville. // «Brinannica».
4. William W. Wilson and Karl O. Christe (1987): «Dinitrogen Pentoxide. New Synthesis and Laser Raman Spectrum». Inorganic Chemistry, volume 26, pages 1631—1633.
5. Thomas M. Klapötke. Chemie der hochenergetischen Materialien. — ISBN 978-3-11-021487-1.
6. 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.