El pentóxido de dinitrógeno (también conocido como pentóxido de nitrógeno o anhídrido nítrico ) es un compuesto químico con la fórmula N 2 O 5 . Es uno de los óxidos de nitrógeno binarios , una familia de compuestos que contienen solo nitrógeno y oxígeno . Existe como cristales incoloros que subliman ligeramente por encima de la temperatura ambiente, produciendo un gas incoloro. [4]
El pentóxido de dinitrógeno es un oxidante inestable y potencialmente peligroso que alguna vez se utilizó como reactivo cuando se disolvía en cloroformo para nitraciones, pero que ha sido reemplazado en gran medida por el tetrafluoroborato de nitronio ( NO 2 BF 4 ).
El N 2 O 5 es un ejemplo poco común de un compuesto que adopta dos estructuras según las condiciones. El sólido es una sal, el nitrato de nitronio , que consta de cationes nitronio [NO 2 ] + y aniones nitrato [NO 3 ] − separados ; pero en la fase gaseosa y en algunas otras condiciones es una molécula unida covalentemente . [5]
El N 2 O 5 fue reportado por primera vez por Deville en 1840, quien lo preparó tratando nitrato de plata ( AgNO 3 ) con cloro . [6] [7]
El N 2 O 5 sólido puro es una sal , que consiste en iones de nitronio lineales separados NO +2y aniones nitrato trigonales planares NO−3Ambos centros nitrogenados tienen estado de oxidación +5. Cristaliza en el grupo espacial D.4
6 horas( C 6/ mmc ) con Z = 2, con el NO−3aniones en los sitios D 3 h y el NO+2cationes en sitios D 3 d . [8]
La presión de vapor P (en atm) en función de la temperatura T (en kelvin ), en el rango de 211 a 305 K (−62 a 32 °C), se aproxima bien mediante la fórmula
siendo aproximadamente 48 torr a 0 °C, 424 torr a 25 °C y 760 torr a 32 °C (9 °C por debajo del punto de fusión). [9]
En la fase gaseosa, o cuando se disuelve en disolventes no polares como el tetracloruro de carbono , el compuesto existe como moléculas con enlaces covalentes O 2 N−O−NO 2 . En la fase gaseosa, los cálculos teóricos para la configuración de energía mínima indican que el ángulo O−N−O en cada ala −NO 2 es de aproximadamente 134° y el ángulo N−O−N es de aproximadamente 112°. En esa configuración, los dos grupos −NO 2 giran unos 35° alrededor de los enlaces al oxígeno central, lejos del plano N−O−N . La molécula tiene así una forma de hélice, con un eje de simetría rotacional de 180° ( C 2 ) [10]
Cuando el N 2 O 5 gaseoso se enfría rápidamente ("se apaga"), se puede obtener la forma molecular metaestable , que se convierte exotérmicamente a la forma iónica por encima de los −70 °C. [11]
El N 2 O 5 gaseoso absorbe la luz ultravioleta y se disocia en radicales libres: dióxido de nitrógeno NO 2 • y trióxido de nitrógeno NO 3 • (nitrato sin carga). El espectro de absorción tiene una banda ancha con un máximo en la longitud de onda de 160 nm . [12]
Una síntesis de laboratorio recomendada implica deshidratar el ácido nítrico ( HNO 3 ) con óxido de fósforo (V) : [11]
Otro proceso de laboratorio es la reacción del nitrato de litio LiNO 3 y el pentafluoruro de bromo BrF 5 , en una proporción superior a 3:1. La reacción forma primero fluoruro de nitril FNO 2 que reacciona posteriormente con el nitrato de litio: [8]
El compuesto también se puede crear en fase gaseosa haciendo reaccionar dióxido de nitrógeno NO2 o N2O4 con ozono : [13 ]
Sin embargo, el producto cataliza la rápida descomposición del ozono: [13]
El pentóxido de dinitrógeno también se forma cuando una mezcla de oxígeno y nitrógeno pasa a través de una descarga eléctrica. [8] Otra ruta son las reacciones del cloruro de fosforilo POCl3 o el cloruro de nitril NO2Cl con nitrato de plata AgNO3 [ 8] [14]
El pentóxido de dinitrógeno reacciona con el agua ( se hidroliza ) para producir ácido nítrico HNO3 . Por lo tanto, el pentóxido de dinitrógeno es el anhídrido del ácido nítrico: [11]
Las soluciones de pentóxido de dinitrógeno en ácido nítrico pueden considerarse como ácido nítrico con una concentración superior al 100%. El diagrama de fases del sistema H 2 O − N 2 O 5 muestra el conocido azeótropo negativo al 60% N 2 O 5 (es decir, 70% HNO 3 ), un azeótropo positivo al 85,7% N 2 O 5 (100% HNO 3 ) y otro negativo al 87,5% N 2 O 5 ("102% HNO 3 "). [15]
La reacción con cloruro de hidrógeno HCl también produce ácido nítrico y cloruro de nitrito NO 2 Cl : [16]
El pentóxido de dinitrógeno finalmente se descompone a temperatura ambiente en NO 2 y O 2 . [17] [13] La descomposición es insignificante si el sólido se mantiene a 0 °C, en contenedores adecuadamente inertes. [8]
El pentóxido de dinitrógeno reacciona con amoníaco NH 3 para dar varios productos, entre ellos óxido nitroso N 2 O , nitrato de amonio NH 4 NO 3 , nitramida NH 2 NO 2 y dinitramida de amonio NH 4 N(NO 2 ) 2 , dependiendo de las condiciones de reacción. [18]
El pentóxido de dinitrógeno, entre altas temperaturas de 600 y 1.100 K (327–827 °C), se descompone en dos pasos estequiométricos sucesivos:
En la onda de choque, el N2O5 se ha descompuesto estequiométricamente en dióxido de nitrógeno y oxígeno . A temperaturas de 600 K y superiores, el dióxido de nitrógeno es inestable con respecto al óxido de nitrógeno NO y al oxígeno. Se sabe que la descomposición térmica de 0,1 mM de dióxido de nitrógeno a 1000 K requiere unos dos segundos. [19]
Aparte de la descomposición del N 2 O 5 a altas temperaturas, también se puede descomponer en tetracloruro de carbono CCl 4 a 30 °C (303 K). [20] Tanto el N 2 O 5 como el NO 2 son solubles en CCl 4 y permanecen en solución mientras que el oxígeno es insoluble y escapa. El volumen del oxígeno formado en la reacción se puede medir en una bureta de gas. Después de este paso podemos proceder a la descomposición, midiendo la cantidad de O 2 que se produce a lo largo del tiempo porque la única forma de obtener O 2 es con la descomposición del N 2 O 5 . La siguiente ecuación se refiere a la descomposición del N 2 O 5 en CCl 4 :
Y esta reacción sigue la ley de velocidad de primer orden que dice:
El N 2 O 5 también puede descomponerse en presencia de óxido nítrico NO :
La velocidad de la reacción inicial entre el pentóxido de dinitrógeno y el óxido nítrico de la descomposición unimolecular elemental. [21]
El pentóxido de dinitrógeno, por ejemplo en solución en cloroformo , se ha utilizado como reactivo para introducir la funcionalidad −NO 2 en compuestos orgánicos . Esta reacción de nitración se representa de la siguiente manera:
donde Ar representa una fracción areno . [22] La reactividad del NO+2Se puede mejorar aún más con ácidos fuertes que generan el HNO " superelectrófilo " .2+2.
En este uso, el N 2 O 5 ha sido reemplazado en gran medida por tetrafluoroborato de nitronio [NO 2 ] + [BF 4 ] − . Esta sal conserva la alta reactividad del NO +2, pero es térmicamente estable y se descompone a unos 180 °C (en NO 2 F y BF 3 ).
El pentóxido de dinitrógeno es relevante para la preparación de explosivos. [7] [23]
En la atmósfera , el pentóxido de dinitrógeno es un importante reservorio de las especies de NO x que son responsables del agotamiento del ozono : su formación proporciona un ciclo nulo con el que el NO y el NO 2 se mantienen temporalmente en un estado no reactivo. [24] Se han observado proporciones de mezcla de varias partes por mil millones en volumen en regiones contaminadas de la troposfera nocturna. [25] El pentóxido de dinitrógeno también se ha observado en la estratosfera [26] a niveles similares, habiéndose postulado la formación del reservorio al considerar las desconcertantes observaciones de una caída repentina en los niveles de NO 2 estratosférico por encima de los 50 °N, el llamado " acantilado de Noxon ".
Las variaciones en la reactividad del N 2 O 5 en aerosoles pueden resultar en pérdidas significativas en el ozono troposférico , radicales hidroxilo y concentraciones de NO x . [27] Dos reacciones importantes del N 2 O 5 en aerosoles atmosféricos son la hidrólisis para formar ácido nítrico [28] y la reacción con iones haluro , particularmente Cl − , para formar moléculas de ClNO 2 que pueden servir como precursores de átomos de cloro reactivos en la atmósfera. [29] [30]
El N 2 O 5 es un oxidante fuerte que forma mezclas explosivas con compuestos orgánicos y sales de amonio . La descomposición del pentóxido de dinitrógeno produce dióxido de nitrógeno, un gas altamente tóxico.
![{\displaystyle -{\frac {d[\mathrm {A} ]}{dt}}=k[\mathrm {A} ]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1ea7552714a906687c0d9bed4d10c829c4c85633)