El dióxido de nitrógeno es un compuesto químico con la fórmula NO 2 . Uno de varios óxidos de nitrógeno , el dióxido de nitrógeno es un gas de color marrón rojizo. Es una molécula paramagnética curvada con simetría de grupo de puntos C 2v . Industrialmente, el NO 2 es un intermediario en la síntesis de ácido nítrico , del cual se producen millones de toneladas cada año, principalmente para la producción de fertilizantes .
El dióxido de nitrógeno es venenoso y puede ser mortal si se inhala en grandes cantidades. [8] Se ha estimado que la CL 50 ( dosis letal media ) para humanos es de 174 ppm para una exposición de 1 hora. [9] También está incluido en la familia NOx de contaminantes atmosféricos .
El dióxido de nitrógeno es un gas de color marrón rojizo con un olor acre y acre por encima de 21,2 °C (70,2 °F; 294,3 K) y se convierte en un líquido de color marrón amarillento por debajo de 21,2 °C (70,2 °F; 294,3 K). Forma un equilibrio con su dímero , el tetróxido de dinitrógeno ( N 2 O 4 ), y se convierte casi por completo en N 2 O 4 por debajo de -11,2 °C (11,8 °F; 261,9 K). [6]
La longitud del enlace entre el átomo de nitrógeno y el átomo de oxígeno es 119,7 pm . Esta longitud de enlace es consistente con un orden de enlace entre uno y dos.
A diferencia del ozono ( O 3 ), el estado electrónico fundamental del dióxido de nitrógeno es un estado doblete , ya que el nitrógeno tiene un electrón desapareado, [10] lo que disminuye el efecto alfa en comparación con el nitrito y crea una interacción de enlace débil con los pares solitarios del oxígeno. El electrón solitario en el NO 2 también significa que este compuesto es un radical libre , por lo que la fórmula del dióxido de nitrógeno a menudo se escribe como • NO 2 .
El color marrón rojizo es consecuencia de la absorción preferencial de luz en la región azul del espectro (400 a 500 nm), aunque la absorción se extiende por todo el visible (en longitudes de onda más cortas) y en el infrarrojo (en longitudes de onda más largas). La absorción de luz en longitudes de onda inferiores a aproximadamente 400 nm da como resultado la fotólisis (para formar NO + O , oxígeno atómico); en la atmósfera, la adición del átomo de oxígeno así formado al O 2 da como resultado ozono.
Industrialmente, el dióxido de nitrógeno se produce y transporta como su dímero líquido criogénico, el tetróxido de dinitrógeno . La producción directa del monómero suele realizarse a escala de laboratorio.
El ácido nítrico se descompone lentamente en dióxido de nitrógeno mediante la reacción general:
El dióxido de nitrógeno así formado confiere el color amarillo característico que a menudo presenta este ácido. Sin embargo, la reacción es demasiado lenta para ser una fuente práctica de NO 2 .
En cambio, la mayoría de las síntesis de laboratorio estabilizan y luego calientan el ácido nítrico para acelerar la descomposición. Por ejemplo, la descomposición térmica de algunos nitratos metálicos genera NO 2 :
Alternativamente, la deshidratación del ácido nítrico produce nitrato de nitronio ...
...que posteriormente sufre descomposición térmica:
El NO 2 se genera por la reducción del ácido nítrico concentrado con un metal (como el cobre):
A bajas temperaturas, el NO 2 se convierte reversiblemente en el gas incoloro tetróxido de dinitrógeno ( N 2 O 4 ):
El equilibrio exotérmico tiene un cambio de entalpía Δ H = −57,23 kJ/mol . [11]
A 150 °C (302 °F; 423 K), el NO 2 se descompone con liberación de oxígeno mediante un proceso endotérmico ( Δ H = 14 kJ/mol ):
Como lo sugiere la debilidad del enlace N-O, el NO 2 es un buen oxidante. En consecuencia, arderá, a veces de forma explosiva, en presencia de hidrocarburos . [12]
El NO 2 reacciona con el agua para dar ácido nítrico y ácido nitroso :
Esta reacción es uno de los pasos del proceso de Ostwald para la producción industrial de ácido nítrico a partir de amoniaco. [13] Esta reacción es insignificantemente lenta a bajas concentraciones de NO 2 características de la atmósfera ambiental, aunque continúa con la absorción de NO 2 a las superficies. Se cree que dicha reacción superficial produce HNO 2 gaseoso (a menudo escrito como HONO ) en ambientes interiores y exteriores. [14]
El NO 2 se utiliza para generar nitratos metálicos anhidros a partir de los óxidos: [11]
Los yoduros de alquilo y metales dan los nitratos correspondientes: [10]
El NO 2 se utiliza como intermediario en la fabricación de ácido nítrico , como agente nitrante en la fabricación de explosivos químicos , como inhibidor de la polimerización de acrilatos , como agente blanqueador de harina , [15] : 223 y como agente de esterilización a temperatura ambiente. . [16] También se utiliza como oxidante en el combustible para cohetes , por ejemplo en el ácido nítrico fumante rojo ; fue utilizado en los cohetes Titán , para lanzar el Proyecto Gemini , en los propulsores de maniobra del Transbordador Espacial y en sondas espaciales no tripuladas enviadas a varios planetas. [17]
El dióxido de nitrógeno normalmente surge a través de la oxidación del óxido nítrico por el oxígeno del aire (por ejemplo, como resultado de una descarga de corona ): [11]
El NO 2 se introduce en el medio ambiente por causas naturales, incluida la entrada desde la estratosfera , la respiración bacteriana, los volcanes y los rayos. Estas fuentes convierten al NO 2 en un gas traza en la atmósfera de la Tierra , donde desempeña un papel en la absorción de la luz solar y en la regulación de la química de la troposfera , especialmente en la determinación de las concentraciones de ozono . [18]
En la mayoría de los procesos de combustión también se forma dióxido de nitrógeno . A temperaturas elevadas, el nitrógeno se combina con el oxígeno para formar dióxido de nitrógeno:
Para el público en general, las fuentes más importantes de NO 2 son los motores de combustión interna , ya que las temperaturas de combustión son lo suficientemente altas como para combinar térmicamente parte del nitrógeno y el oxígeno del aire para formar NO 2 . [8]
En exteriores, el NO 2 puede ser el resultado del tráfico de vehículos motorizados. [19] En el interior, la exposición surge del humo del cigarrillo, [20] y de calentadores y estufas de butano y queroseno . [21] Los niveles de exposición interior al NO 2 son, en promedio, al menos tres veces más altos en hogares con estufas de gas en comparación con estufas eléctricas. [22] [23]
Los trabajadores de industrias donde se utiliza NO 2 también están expuestos y corren riesgo de sufrir enfermedades pulmonares ocupacionales , y NIOSH ha establecido límites de exposición y estándares de seguridad. [6] Los trabajadores en áreas de alto voltaje, especialmente aquellos con generación de chispas o plasma, están en riesgo. [ cita necesaria ] Los trabajadores agrícolas pueden estar expuestos al NO 2 que surge de la descomposición del grano en los silos; la exposición crónica puede provocar daño pulmonar en una afección llamada " enfermedad del relleno de silos ". [24] [25]
El NO 2 se difunde en el líquido de revestimiento epitelial (ELF) del epitelio respiratorio y se disuelve. Allí, reacciona químicamente con moléculas de lípidos y antioxidantes en el ELF. Los efectos del NO 2 sobre la salud son causados por los productos de reacción o sus metabolitos, que son especies reactivas de nitrógeno y especies reactivas de oxígeno que pueden provocar broncoconstricción , inflamación, reducción de la respuesta inmune y pueden tener efectos en el corazón. [26]
El daño agudo debido a la exposición al NO 2 es raro. 100 a 200 ppm pueden causar una leve irritación de la nariz y la garganta, 250 a 500 ppm pueden causar edema , lo que lleva a bronquitis o neumonía , y niveles superiores a 1000 ppm pueden causar la muerte por asfixia por el líquido en los pulmones. A menudo no hay síntomas en el momento de la exposición aparte de tos transitoria, fatiga o náuseas, pero con el paso de las horas la inflamación de los pulmones provoca edema. [27] [28]
Para la exposición de la piel o los ojos, el área afectada se lava con solución salina. Para la inhalación se administra oxígeno, se pueden administrar broncodilatadores y si hay signos de metahemoglobinemia , condición que surge cuando los compuestos a base de nitrógeno afectan la hemoglobina en los glóbulos rojos, se puede administrar azul de metileno . [29] [30]
Está clasificada como una sustancia extremadamente peligrosa en los Estados Unidos, tal como se define en la Sección 302 de la Ley de Planificación de Emergencias y Derecho a la Información de la Comunidad de los EE. UU. (42 USC 11002), y está sujeta a estrictos requisitos de presentación de informes por parte de las instalaciones que producen, almacenan , o utilizarlo en cantidades significativas. [31]
La exposición a niveles bajos de NO 2 con el tiempo puede provocar cambios en la función pulmonar. [32] La exposición crónica al NO 2 puede causar efectos respiratorios, incluida la inflamación de las vías respiratorias en personas sanas y un aumento de los síntomas respiratorios en personas con asma. [ cita necesaria ] Una pequeña cantidad de estudios correlacionales han sugerido que la presencia de una estufa de gas dentro de una casa puede aumentar el riesgo de asma , un proceso que se cree que está mediado por la concentración de NO 2 en el interior . [22] [33]
La interacción del NO 2 y otros NO x con el agua, el oxígeno y otras sustancias químicas de la atmósfera puede formar lluvia ácida que daña ecosistemas sensibles como lagos y bosques. [34] Niveles elevados de NO
2También puede dañar la vegetación, disminuir el crecimiento y reducir el rendimiento de los cultivos. [35]