El dióxido de nitrógeno es un compuesto químico con la fórmula NO2 . El dióxido de nitrógeno es uno de los óxidos de nitrógeno y es un gas de color marrón rojizo. Es una molécula paramagnética y curvada con simetría de grupo puntual C2v . En la industria, el NO2 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] Cocinar con una estufa de gas produce dióxido de nitrógeno que empeora la calidad del aire interior . La combustión de gas puede provocar un aumento de las concentraciones de dióxido de nitrógeno en todo el entorno doméstico, lo que está relacionado con problemas y enfermedades respiratorias . [9] [10] Se ha estimado que la CL50 ( dosis letal media ) para los seres humanos es de 174 ppm para una exposición de 1 hora. [11] También se incluye en la familia de contaminantes atmosféricos NOx .
El dióxido de nitrógeno es un gas de color marrón rojizo con un olor acre y penetrante por encima de los 21,2 °C (70,2 °F; 294,3 K) y se convierte en un líquido de color marrón amarillento por debajo de los 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 los −11,2 °C (11,8 °F; 261,9 K). [6]
La longitud de enlace entre el átomo de nitrógeno y el átomo de oxígeno es de 119,7 pm . Esta longitud de enlace es coherente 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, [12] lo que disminuye el efecto alfa en comparación con el nitrito y crea una interacción de enlace débil con los pares solitarios de oxígeno. El electrón solitario en NO 2 también significa que este compuesto es un radical libre , por lo que la fórmula para el 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 (400–500 nm), aunque la absorción se extiende a lo largo del espectro visible (en longitudes de onda más cortas) y al infrarrojo (en longitudes de onda más largas). La absorción de luz en longitudes de onda inferiores a unos 400 nm da lugar a la fotólisis (para formar NO + O , oxígeno atómico); en la atmósfera, la adición del átomo de oxígeno así formado al O 2 da lugar al ozono.
En el ámbito industrial, el dióxido de nitrógeno se produce y se transporta en forma de su dímero líquido criogénico, el tetróxido de dinitrógeno . Se produce industrialmente mediante la oxidación del amoníaco, el proceso de Ostwald . Esta reacción es el primer paso en la producción de ácido nítrico: [13]
También se puede producir por oxidación del cloruro de nitrosilo :
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 : [14]
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):
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 suele exhibir este ácido. Sin embargo, la reacción es demasiado lenta para ser una fuente práctica de NO 2 .
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 . [15]
A 150 °C (302 °F; 423 K), el NO 2 se descompone con liberación de oxígeno a través de un proceso endotérmico ( Δ H = 14 kJ/mol ):
Como lo sugiere la debilidad del enlace N–O, el NO2 es un buen oxidante. Por lo tanto, arderá, a veces de manera explosiva, en presencia de hidrocarburos . [16]
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 amoníaco. [13] Esta reacción es insignificantemente lenta a bajas concentraciones de NO 2 características de la atmósfera ambiental, aunque se produce cuando el NO 2 es absorbido por las superficies. Se cree que esta reacción superficial produce HNO 2 gaseoso (que a menudo se escribe HONO ) en ambientes exteriores e interiores. [17]
El NO 2 se utiliza para generar nitratos metálicos anhidros a partir de los óxidos: [15]
Los yoduros de alquilo y de metales dan los nitratos correspondientes: [12]
La reactividad del dióxido de nitrógeno hacia los compuestos orgánicos se conoce desde hace mucho tiempo. [18] Por ejemplo, reacciona con amidas para dar derivados N-nitrosos. [19] Se utiliza para nitraciones en condiciones anhidras. [20]
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 , [21] : 223 y como agente de esterilización a temperatura ambiente. [22] También se utiliza como oxidante en el combustible para cohetes , por ejemplo en el ácido nítrico fumante rojo ; se utilizó en los cohetes Titán , para lanzar el Proyecto Géminis , en los propulsores de maniobra del transbordador espacial y en sondas espaciales no tripuladas enviadas a varios planetas. [23]
El dióxido de nitrógeno generalmente surge a través de la oxidación del óxido nítrico por el oxígeno en el aire (por ejemplo, como resultado de una descarga de corona ): [15]
El NO 2 se introduce en el medio ambiente por causas naturales, entre ellas la entrada desde la estratosfera , la respiración bacteriana, los volcanes y los rayos. Estas fuentes hacen que el NO 2 sea un gas traza en la atmósfera de la Tierra , donde desempeña un papel en la absorción de la luz solar y la regulación de la química de la troposfera , especialmente en la determinación de las concentraciones de ozono . [24]
El dióxido de nitrógeno también se forma en la mayoría de los procesos de combustión . 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 el exterior, el NO2 puede ser el resultado del tráfico de vehículos motorizados. [25] En el interior, la exposición surge del humo del cigarrillo, [26] y de los calentadores y estufas de butano y queroseno . [27] Los niveles de exposición al NO2 en el interior son , en promedio, al menos tres veces más altos en hogares con estufas de gas en comparación con estufas eléctricas. [28] [29]
Los trabajadores de industrias en las que se utiliza NO 2 también están expuestos y corren el riesgo de sufrir enfermedades pulmonares ocupacionales , y el NIOSH ha establecido límites de exposición y estándares de seguridad. [6] Los trabajadores en áreas de alto voltaje, especialmente aquellos con creación de chispas o plasma, están en riesgo. [ cita requerida ] Los trabajadores agrícolas pueden estar expuestos al NO 2 que surge de la descomposición del grano en silos; la exposición crónica puede provocar daño pulmonar en una condición llamada " enfermedad del llenador de silos ". [30] [31]
El NO 2 se difunde en el líquido de revestimiento epitelial (ELF) del epitelio respiratorio y se disuelve. Allí, reacciona químicamente con las moléculas antioxidantes y lipídicas 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 inmunitaria y pueden tener efectos sobre el corazón. [32]
Los daños agudos debidos a la exposición al NO2 son poco frecuentes. Entre 100 y 200 ppm pueden causar una leve irritación de la nariz y la garganta, entre 250 y 500 ppm pueden causar edema , que puede derivar en bronquitis o neumonía , y niveles superiores a 1000 ppm pueden causar la muerte por asfixia por líquido en los pulmones. A menudo no hay síntomas en el momento de la exposición, salvo tos pasajera, fatiga o náuseas, pero con el paso de las horas la inflamación de los pulmones provoca edema. [33] [34]
En caso de exposición cutánea o ocular, se lava la zona afectada con solución salina. En caso de inhalación, se administra oxígeno, se pueden administrar broncodilatadores y, si hay signos de metahemoglobinemia , una afección que surge cuando los compuestos a base de nitrógeno afectan la hemoglobina de los glóbulos rojos, se puede administrar azul de metileno . [35] [36]
Está clasificada como una sustancia extremadamente peligrosa en los Estados Unidos según se define en la Sección 302 de la Ley de Planificación de Emergencias y Derecho a Saber de la Comunidad de los Estados Unidos (42 USC 11002), y está sujeta a estrictos requisitos de notificación por parte de las instalaciones que la producen, almacenan o usan en cantidades significativas. [37]
La exposición a niveles bajos de NO 2 a lo largo del tiempo puede provocar cambios en la función pulmonar. [38] Cocinar con una estufa de gas se asocia con una peor calidad del aire interior . La combustión de gas puede provocar un aumento de las concentraciones de dióxido de nitrógeno en el entorno doméstico, lo que está relacionado con problemas y enfermedades respiratorias . [9] [10] Los niños expuestos al NO 2 tienen más probabilidades de ser hospitalizados por asma . [39]
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. [40] Los niveles elevados de NO
2También puede dañar la vegetación, disminuyendo el crecimiento y reduciendo el rendimiento de los cultivos. [41]
Este artículo incorpora material de dominio público de Nitrogen oxygen emission. Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. 23 de febrero de 2016. Este artículo incorpora material de dominio público de Nitrogen Dioxide Basic Information. Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos . Consultado el 23 de febrero de 2016 .