خامس أكسيد ثنائي النيتروجين

📅 آخر تحديث: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٩ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

خامس أكسيد النيتروجين (المعروف أيضًا باسم خماسي أكسيد النيتروجين أو أنهيدريد النيتريك ) هو المركب الكيميائي ذو الصيغة N₂O₅ . وهو أحد أكاسيد النيتروجين الثنائية ، وهي عائلة من المركبات التي تحتوي على النيتروجين والأكسجين فقط. يوجد على شكل بلورات عديمة اللون تتسامى عند درجة حرارة أعلى بقليل من درجة حرارة الغرفة، مُنتجةً غازًا عديم اللون. [ 4 ]

تم استخدام خماسي أكسيد النيتروجين في عمليات النترجة ولكن تم استبداله إلى حد كبير بـ نيترونيوم رباعي فلوروبورات ( NO2BF4 ) .

بناء

بنية غاز N2O5​​

يُعدّ N₂O₅ الصلب ملحًا ، وهو نترات النيترونيوم ، ويتكون من كاتيونات النيترونيوم الخطية [ NO₂ ] ⁺ وأنيونات النترات الثلاثية المستوية [ NO₃ ] ⁻ . تبلغ المسافة بين ذرات النيترونيوم في الكاتيون 115 بيكومتر، بينما تبلغ 124 بيكومتر في الأنيون . [ 5 ] أما N₂O₅ الغازي فهو جزيء مرتبط تساهميًا . [ 6 ] ويتبلور في المجموعة الفراغية D₄₆ₕh ( C₆₋ₓ / mmc ) حيث Z = 2. [ 7 ]  

في الحالة الغازية أو عند ذوبانه في مذيبات غير قطبية مثل رابع كلوريد الكربون ، يوجد المركب على شكل جزيئات مرتبطة تساهميًا O₂N −O−NO₂ . في الحالة الغازية، تشير الحسابات النظرية لتكوين الطاقة الأدنى إلى أن زاوية O−N−O في كل جناح −NO₂ تبلغ حوالي 134°، وزاوية N−O−N تبلغ حوالي 112°. في هذا التكوين، تدور مجموعتا −NO₂ حوالي 35° حول الروابط مع ذرة الأكسجين المركزية، بعيدًا عن مستوى N−O−N . وبالتالي، يتخذ الجزيء شكل المروحة، مع محور تناظر دوراني بزاوية 180° ( C₂ ) [ 8 ] .

الخصائص الفيزيائية

يمكن تقريب ضغط البخار P (بالوحدة atm) كدالة لدرجة الحرارة T (بالكلفن ) ، في النطاق من 211 إلى 305 كلفن (من -62 إلى 32 درجة مئوية) ، بشكل جيد بواسطة الصيغة التالية:  

ln⁡P=23.2348-7098.2تي{\displaystyle \ln P=23.2348-{\frac {7098.2}{T}}}

يبلغ ضغطها حوالي 48 تور عند درجة حرارة 0  درجة مئوية، و424 تور عند درجة حرارة 25  درجة مئوية، و760 تور عند درجة حرارة 32  درجة مئوية (9  درجات مئوية أقل من نقطة الانصهار). [ 9 ]

عند تبريد غاز N2O5 بسرعة ("إخماده")، يمكن الحصول على الشكل الجزيئي شبه المستقر ، والذي يتحول طاردًا للحرارة إلى الشكل الأيوني فوق -70 درجة مئوية. [ 10 ] 

يمتص غاز N₂O₅ الأشعة فوق البنفسجية ويتفكك إلى جذور حرة هي ثاني أكسيد النيتروجين NO₂ • وثالث أكسيد النيتروجين NO₃ • (نترات غير مشحونة). يتميز طيف الامتصاص بنطاق عريض ذي ذروة عند طول موجي 160 نانومتر . [ 11 ] 

تحضير

تم الإبلاغ عن N2O5 لأول مرة من قبل الكيميائي الفرنسي هنري ديفيل في عام 1840، والذي قام بتحضيره عن طريق معالجة نترات الفضة ( AgNO3 ) بالكلور . [ 12 ] [ 13 ]

تتضمن عملية التخليق المختبري الموصى بها تجفيف حمض النيتريك ( HNO3 ) باستخدام أكسيد الفوسفور (V) : [ 10 ]

ف 4 يا 10 + 12 HNO 3 → 4 ح 3 ص 4 + 6 ن 2 يا 5

ومن العمليات المختبرية الأخرى تفاعل نترات الليثيوم LiNO 3 وخماسي فلوريد البروم BrF 5 ، بنسبة تتجاوز 3:1. وينتج عن التفاعل أولاً فلوريد النيتريل FNO 2 الذي يتفاعل بدوره مع نترات الليثيوم: [ 7 ]

BrF 5 + 3 LiNO 3 → 3 LiF + BrONO 2 + O 2 + 2 FNO 2
FNO 2 + LiNO 3 → LiF + N 2 O 5

ويمكن أيضًا تكوين المركب في الحالة الغازية عن طريق تفاعل ثاني أكسيد النيتروجين NO2 أو N2O4 مع الأوزون : [ 14 ]

2 NO 2 + O 3 → N 2 O 5 + O 2

ومع ذلك، فإن المنتج يحفز التحلل السريع للأوزون: [ 14 ]

2 يا 3 + ن 2 يا 5 → 3 يا 2 + ن 2 يا 5

يتكون خماسي أكسيد النيتروجين أيضًا عند تمرير خليط من الأكسجين والنيتروجين عبر تفريغ كهربائي. [ 7 ] وهناك طريقة أخرى تتمثل في تفاعلات كلوريد الفوسفوريل POCl3 أو كلوريد النيتريل NO2Cl مع نترات الفضة AgNO3 . [ 7 ] [ 15 ]

ردود الفعل

بلورات خماسي أكسيد النيتروجين المتسامي

يتفاعل خماسي أكسيد ثنائي النيتروجين مع الماء ( يتحلل مائياً ) لإنتاج حمض النيتريك HNO3 . وبالتالي، فإن خماسي أكسيد ثنائي النيتروجين هو أكسيد حمضي ، وهو أنهيدريد حمض النيتريك: [ 10 ]

N₂O₅ + H₂O → 2 HNO₃​​

يمكن اعتبار محاليل خماسي أكسيد النيتروجين في حمض النيتريك بمثابة حمض نيتريك بتركيز يزيد عن 100 % . يُظهر مخطط الطور لنظام H₂O - N₂O₅ نقطة أزيوتروب سالبة معروفة عند 60% N₂O₅ (أي 70% HNO₃ ) ، ونقطة أزيوتروب موجبة عند 85.7% N₂O₅ ( 100 % HNO₃ ) ، ونقطة أزيوتروب سالبة أخرى عند 87.5 % N₂O₅ ( " 102 % HNO₃ " ) . [ 16 ]

يتفاعل مع كلوريد الهيدروجين HCl ويعطي أيضًا حمض النيتريك وكلوريد النيتريل NO 2 Cl : [ 17 ]

N₂O₅ + HCl → HNO₃ + NO₂Cl​​

يتفاعل خماسي أكسيد النيتروجين مع الأمونيا NH3 لإنتاج عدة منتجات، بما في ذلك أكسيد النيتروز N2O ، ونترات الأمونيوم NH4NO3 ، والنيتراميد NH2NO2 ، وثنائي نيتراميد الأمونيوم NH4N ( NO2 ) 2 ، وذلك تبعاً لظروف التفاعل . [ 18 ]

التحلل الحراري

يكون التحلل ضئيلاً إذا تم حفظ المادة الصلبة عند درجة حرارة 0 درجة  مئوية. [ 7 ] يتحلل عند درجة حرارة الغرفة إلى ثاني أكسيد النيتروجين والأكسجين : [ 19 ] [ 14 ] [ 20 ]

N₂O₅ → 2 NO₂ + 0.5 O₂​

تتحلل محاليله في رابع كلوريد الكربون عند درجة حرارة 30 درجة مئوية (303 كلفن) . [ 21 ] يذوب كل من خامس أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد النيتروجين في رابع كلوريد الكربون ويبقيان في المحلول ، بينما الأكسجين غير قابل للذوبان ويتسرب. يسمح حجم الأكسجين بتحديد حركية التفاعل.  

2 ن 2 يا 5 → 4 نو 2 + يا 2 (ز)

في وجود أكسيد النيتريك ، يحدث التحلل على النحو التالي: [ 22 ]

N₂O₅ + NO → 3NO₂​

التطبيقات

نترجة المركبات العضوية

يُستخدم خماسي أكسيد النيتروجين، على سبيل المثال كمحلول في الكلوروفورم ، ككاشف لإدخال مجموعة -NO₂ في المركبات العضوية . ويُمكن تمثيل تفاعل النترجة هذا كما يلي:

N 2 O 5 + Ar−H → HNO 3 + Ar−NO 2

حيث يمثل Ar جزءًا من الأرين . [ 23 ] يمكن تعزيز تفاعل NO + 2 بشكل أكبر باستخدام الأحماض القوية التي تولد HNO 2+ 2 فائق الإلكتروفيل .

في هذا الاستخدام، تم استبدال N2O5 إلى حد كبير بـ [ NO2 ] + [ BF4 ] − . يحتفظ هذا الملح بالتفاعل العالي لـ NO + 2 ، ولكنه مستقر حرارياً، ويتحلل عند حوالي 180 درجة مئوية ( إلى NO2F و BF3 ) . 

يُعدّ خماسي أكسيد النيتروجين ذا صلة بتحضير المتفجرات. [ 13 ] [ 24 ]

حدوث جوي

يُعدّ خماسي أكسيد النيتروجين في الغلاف الجوي للأرض خزانًا هامًا لأكاسيد النيتروجين المسؤولة عن استنفاد طبقة الأوزون ، إذ يُشكّل دورةً محايدةً تُبقي أكسيد النيتروجين وثاني أكسيد النيتروجين في حالة غير تفاعلية مؤقتًا. [ 25 ] وقد رُصدت نسب خلط تصل إلى عدة أجزاء في المليار حجميًا في المناطق الملوثة من طبقة التروبوسفير ليلًا. [ 26 ] كما رُصد خماسي أكسيد النيتروجين في طبقة الستراتوسفير [ 27 ] بمستويات مماثلة، وقد افترض تكوّن هذا الخزان عند النظر في الملاحظات المُحيرة لانخفاض مفاجئ في مستويات ثاني أكسيد النيتروجين في طبقة الستراتوسفير فوق خط عرض 50 ° شمالًا، وهو ما يُعرف بـ" جرف نوكسون ". 

يمكن أن تؤدي الاختلافات في تفاعلية خامس أكسيد النيتروز ( N₂O₅ ) في الهباء الجوي إلى خسائر كبيرة في الأوزون التروبوسفيري ، وجذور الهيدروكسيل ، وتركيزات أكاسيد النيتروجين (NOx ) . [ 28 ] من أهم تفاعلات خامس أكسيد النيتروز في الهباء الجوي : التحلل المائي لتكوين حمض النيتريك [ 29 ] ، والتفاعل مع أيونات الهاليد ، وخاصة أيون الكلوريد (Cl⁻ ) ، لتكوين جزيئات كلوريد النيترو (ClNO₂ ) التي قد تكون بمثابة طليعة لذرات الكلور النشطة في الغلاف الجوي. [ 30 ] [ 31 ]

المخاطر

خامس أكسيد النيتروجين ( N₂O₅ ) عامل مؤكسد قوي يشكل مخاليط متفجرة مع المركبات العضوية وأملاح الأمونيوم . ويمكن أن يتحلل خامس أكسيد النيتروجين إلى غاز ثاني أكسيد النيتروجين شديد السمية .

مراجع

  1. 1 2 هاينز، ص 4.76
  2. ^ سيمون ، أرندت. هوراخ، يورغ. أوبرماير، أكسل. بورمان ، هورست (1992). "كريستالين ستوكستوفوكسيد - هيكل من N 2 O 3 مع عنصر Anmerkung zur Struktur von N 2 O 5 ". Angewandte Chemie (في المانيا). 104 (3). وايلي: 325-327 . بيب كود : 1992AngCh.104..325S . دوى : 10.1002/ange.19921040321 .
  3. ↑ هاينز، ص 5.29
  4. ↑ كونيل، بيتر ستيل. (1979) الكيمياء الضوئية لخماسي أكسيد النيتروجين . أطروحة دكتوراه، مختبر لورانس بيركلي الوطني.
  5. ^ جريسون ، إي. إريكس، ك. دي فريس، جي إل (1950). "الهيكل البلوري للأنهيدريد الآزوتي، N 2 O 5 ". اكتا كريستالوغرافيكا . 3 (4): 290-294 . دوى : 10.1107 / S0365110X50000744 .
  6. ↑ أنجوس، دبليو آر؛ جونز، آر دبليو؛ فيليبس، جي أو (1949). "وجود أيونات النيتروزيل (NO + ) في رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين وأيونات النيترونيوم (NO2 + ) في خماسي أكسيد ثنائي النيتروجين السائل". مجلة نيتشر . 164 (4167): 433. Bibcode : 1949Natur.164..433A . doi : 10.1038/164433a0 . PMID 18140439. S2CID 4136455 .  
  7. 1 2 3 4 5 ويلسون، ويليام و.؛ كريست، كارل أو. (1987). "خماسي أكسيد ثنائي النيتروجين. تركيب جديد وطيف رامان ليزري". الكيمياء غير العضوية . 26 (10): 1631-1633 . doi : 10.1021/ic00257a033 .
  8. ↑ بارثيبان، س.؛ راغوناندان، ب.ن.؛ سوماتي، ر. (1996). "بنى وطاقات وترددات اهتزاز خماسي أكسيد ثنائي النيتروجين". مجلة التركيب الجزيئي: الكيمياء النظرية . 367 : 111-118 . doi : 10.1016/S0166-1280(96)04516-2 .
  9. ↑ ماكدانيال، أ.هـ؛ ديفيدسون، ج.أ؛ كانتريل، س.أ؛ شيتر، ر.إ؛ كالفيرت، ج.ج (1988). "إنثالبيات تكوين خماسي أكسيد ثنائي النيتروجين وجذر النترات الحر". مجلة الكيمياء الفيزيائية . 92 (14): 4172-4175 . doi : 10.1021/j100325a035 .
  10. 1 2 3 هولمان، أرنولد فريدريك؛ ويبرغ، إيغون (2001)، ويبرغ، نيلز (محرر)، الكيمياء غير العضوية ، ترجمة إيغلسون، ماري؛ بروير، ويليام، سان دييغو/برلين: أكاديميك برس/دي غرويتر، ISBN 0-12-352651-5
  11. ↑ أوزبورن، بروس أ.؛ مارستون، جورج؛ كامينسكي، ل.؛ جونز، ن. س.؛ جينجيل، ج. م.؛ ماسون، نايجل ؛ ووكر، إيزوبيل س.؛ ديلويتش، ج.؛ هوبين-فرانسكين، م.-ج. (2000). "طيف الأشعة فوق البنفسجية الفراغي لخماسي أكسيد ثنائي النيتروجين". مجلة التحليل الطيفي الكمي ونقل الإشعاع . 64 (1): 67-74 . Bibcode : 2000JQSRT..64...67O . doi : 10.1016/S0022-4073(99)00104-1 .
  12. ^ ديفيل ، م.ح (1849). "ملاحظة حول إنتاج حمض النتريك اللامائي" . كومبت. رند . 28 : 257 – 260.
  13. 1 2 أغراوال، جاي براكاش (2010). مواد عالية الطاقة: المواد الدافعة والمتفجرات والألعاب النارية . وايلي-في سي إتش. ص 117. ISBN  978-3-527-32610-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 سبتمبر 2011 .
  14. 1 2 3 ياو، فرانسيس؛ ويلسون، إيفان؛ جونستون، هارولد (1982). "طيف امتصاص الأشعة فوق البنفسجية المعتمد على درجة الحرارة لخماسي أكسيد ثنائي النيتروجين". مجلة الكيمياء الفيزيائية . 86 (18): 3611-3615 . doi : 10.1021/j100215a023 .
  15. ↑ شوت، غاري؛ ديفيدسون ، نورمان (1958). "موجات الصدمة في الحركية الكيميائية: تحلل N₂O₅ عند درجات حرارة عالية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 80 ( 8): 1841-1853 . Bibcode : 1958JAChS..80.1841S . doi : 10.1021/ja01541a019 .
  16. ↑ لويد، ل.؛ وايت، ب. أ. هـ. (1955). "ضغوط بخار محاليل حمض النيتريك. الجزء الأول. أزيوتروبات جديدة في نظام الماء-خماسي أكسيد النيتروجين". مجلة الجمعية الكيميائية : 2248-2252 . doi : 10.1039/JR9550002248 .
  17. ↑ ويلكنز، روبرت أ.؛ هيساتسون، آي سي (1976). "تفاعل خماسي أكسيد النيتروجين مع كلوريد الهيدروجين". أساسيات الكيمياء الصناعية والهندسية . 15 (4): 246-248 . doi : 10.1021/i160060a003 .
  18. ↑ فرينك، سي.؛ فايسويلر، دبليو. (2002). "نمذجة التفاعلات بين الأمونيا وخماسي أكسيد النيتروجين لتخليق ثنائي نترات الأمونيوم (ADN)". الهندسة الكيميائية والتكنولوجيا . 25 (2): 123. doi : 10.1002/1521-4125(200202)25:2 < 123::AID-CEAT123 > 3.0.CO ; 2-W .
  19. ↑ غرونهوت، ن. س.؛ غولدفرانك، م.؛ كوشينغ، م. ل.؛ سيزار، ج. ف.؛ سيزار، ب. د.؛ شوماكر، س. (1950). "أكسيد النيتروجين (خماسي أكسيد النيتروجين، خماسي أكسيد ثنائي النيتروجين، أنهيدريد النيتريك)". التخليق غير العضوي . ص 78-81 . doi : 10.1002/9780470132340.ch20 . ISBN  9780470132340.{{cite book}}عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة )
  20. ↑ شوت، غاري؛ ديفيدسون ، نورمان (1958). "موجات الصدمة في الحركية الكيميائية: تحلل N₂O₅ عند درجات حرارة عالية". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 80 ( 8): 1841-1853 . Bibcode : 1958JAChS..80.1841S . doi : 10.1021/ja01541a019 .
  21. ^ خايمي ، ر. (2008). يؤدي تحديد أمر التفاعل إلى استخدام تكاملات محددة . الجامعة الوطنية المستقلة في نيكاراغوا، ماناغوا.
  22. ↑ ويلسون، ديفيد جيه؛ جونستون، هارولد إس. (1953). "تحلل خامس أكسيد النيتروجين في وجود أكسيد النيتريك. الجزء الرابع: تأثير الغازات النبيلة". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 75 (22): 5763. Bibcode : 1953JAChS..75.5763W . doi : 10.1021/ja01118a529 .
  23. ^ باكي ، جان م. هيغبوم، انغريد؛ فيرن، هانز بيتر؛ ويدلين، يوهان؛ شنوكل، هانسجورج؛ بولسن، جودرون ب. نيلسن، روبي I.؛ أولسن، كارل E.؛ بيدرسن، كريستيان؛ ستيدسن، كارستن E. (1994). "خامس أكسيد النيتروجين - ثاني أكسيد الكبريت، نظام نترجة جديد" . اكتا كيميكا اسكندنافيكا . 48 : 181– 182. دوى : 10.3891/acta.chem.scand.48-0181 .
  24. ↑ تالاوار، م.ب. (2005). "تأسيس تكنولوجيا معالجة لتصنيع خماسي أكسيد النيتروجين واستخدامه في تركيب أقوى المتفجرات الحالية - CL-20". مجلة المواد الخطرة . 124 ( 1-3 ): 153-164 . Bibcode : 2005JHzM..124..153T . doi : 10.1016/j.jhazmat.2005.04.021 . PMID 15979786 . 
  25. ↑ فينلايسون-بيتس، باربرا جيه؛ بيتس، جيمس إن. (2000). كيمياء الغلاف الجوي العلوي والسفلي: النظرية والتجارب والتطبيقات . سان دييغو: أكاديميك برس. ISBN 9780080529073. OCLC 162128929 . 
  26. ^ وانغ، هايتشاو؛ لو، كيدينج؛ تشين، شياوروي؛ تشو، كيندان؛ تشن، تشى. قوه، سونغ؛ جيانغ، ميكينغ؛ لي، شين؛ شانغ، دونغجي. تان، تشاو فنغ؛ وو، يوشينغ؛ وو، تشيجون؛ زو، تشي؛ تشنغ، يان؛ تسنغ، ليمين؛ تشو، تونغ؛ هو جين تاو، مين؛ تشانغ، يوانهانغ (2017). “التركيزات العالية من N 2 O 5 التي لوحظت في المناطق الحضرية في بكين: الآثار المترتبة على مسار تكوين النترات الكبير”. رسائل العلوم البيئية والتكنولوجيا . 4 (10): 416– 420. بيب كود : 2017EnSTL...4..416W . دوى : 10.1021/acs.estlett.7b00341 .
  27. ↑ رينسلاند، سي بي (1989). "ملامح أكسيد النيتروز (N₂O₅) في طبقة الستراتوسفير عند شروق الشمس وغروبها من خلال تحليل إضافي للأطياف الشمسية لجهاز ATMOS/Spacelab 3 ". مجلة البحوث الجيوفيزيائية . 94 : 18341-18349 . Bibcode : 1989JGR....9418341R . doi : 10.1029/JD094iD15p18341 .
  28. ↑ ماكنتاير، إتش إل؛ إيفانز، إم جيه (9 أغسطس 2010). "حساسية نموذج عالمي لامتصاص خامس أكسيد النيتروز بواسطة الهباء الجوي التروبوسفيري" . كيمياء وفيزياء الغلاف الجوي . 10 (15): 7409-7414 . Bibcode : 2010ACP....10.7409M . doi : 10.5194/acp-10-7409-2010 .
  29. ↑ براون، إس إس؛ ديب، جيه إي؛ ستارك، إتش؛ ألدينر، إم؛ فوزيلا، إم؛ ويتلو، إس؛ ويليامز، إي جيه؛ ليرنر، بي إم؛ جاكوبيك، آر. (16 أبريل 2004). "إزالة أكاسيد النيتروجين ليلاً في طبقة الحدود البحرية الصيفية" . رسائل البحوث الجيوفيزيائية . 31 (7): غير متوفر. رمز Bibcode : 2004GeoRL..31.7108B . doi : 10.1029/2004GL019412 .
  30. ↑ جيربر، ر. بيني؛ فينلايسون-بيتس، باربرا ج.؛ هاميريش، أودري ديل (15 يوليو 2015). "آلية تكوين سلائف ذرات الكلور الجوية في تفاعل أكاسيد النيتروجين مع حمض الهيدروكلوريك/أيون الكلوريد على الأغشية المائية" (ملف PDF) . الكيمياء الفيزيائية والكيمياء الفيزيائية . 17 (29): 19360-19370 . Bibcode : 2015PCCP...1719360H . doi : 10.1039/C5CP02664D . PMID: 26140681. S2CID : 39157816 .  
  31. ↑ كيليهر، باتريك جيه؛ مينجز، فابيان إس؛ ديبالما، جوزيف دبليو؛ دينتون، جوانا كيه؛ جونسون، مارك إيه؛ ويدل، غاري إتش؛ هيرشبيرغ، باراك؛ جيربر، آر. بيني (18-09-2017). "احتجاز وتوصيف بنيوي لمركبات قناة الخروج XNO₂·NO₃⁻ (حيث X = Cl، Br، I) في تفاعلات X⁻ + N₂O₅ بوساطة الماء باستخدام مطيافية الاهتزازات المبردة " . مجلة رسائل الكيمياء الفيزيائية . 8 (19): 4710-4715 . doi : 10.1021 /acs.jpclett.7b02120 . PMID 28898581 . 

المصادر المذكورة