Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович

§ 44. Оксиди Нітрогену

Пригадайте: класифікацію оксидів (за § 13).

Багатоманітність оксидів Нітрогену

Для Нітрогену відомі оксиди, що відповідають усім можливим ступеням окиснення від +1 до +5. Три з них кислотні, а два — несолетворні, тобто не взаємодіють із розчинами кислот і лугів:

Нітроген(V) оксид

Нітроген(V) оксид Ν₂Ο₅ — ангідрид нітратної кислоти, за звичайних умов — біла кристалічна речовина. Це сильний окисник, але дуже нестійка речовина, вона не має практичного застосування. Під час розчинення у воді утворює нітратну кислоту:

N₂O₅ + Н₂O = 2ΗΝΟ₃

За температури 33 °С сублімує, а за сильнішого нагрівання чи від удару розкладається:

2N₂O₅ = 4NO₂ + О₂

Нітроген(V) оксид добувають дією сильного водовіднімаючого засобу (фосфор(V) оксиду) на чисту нітратну кислоту:

2HNO₃ + Ρ₂O₅ = Ν₂Ο₅+ 2НРО₃

Нітроген(IІІ) оксид

Нітроген(ІII) оксид N₂O₃ — це темно-синя рідина, яка під час охолодження утворює яскраво-сині кристали. Температура плавлення -101 °С, температура кипіння 3 °С. Під час його розчинення у воді утворюється нестійка нітритна кислота HNO₂, що існує лише в розбавлених розчинах:

N₂O₃ + Н₂О = 2HNO₂

Навіть за незначного нагрівання нітритна кислота, як і її ангідрид, розкладається з утворенням двох оксидів — NO і NO₂. Солі нітритної кислоти — нітрити — стійкіші за саму кислоту і можуть бути виділені у твердому вигляді.

Нітроген(ІІІ) оксид добувають взаємодією двох оксидів:

NO + NO₂ = N₂O₃

Через нестабільність нітроген(ІІІ) оксид у промисловості не застосовують.

Нітроген(ІV) оксид

Нітроген(ІV) оксид NO₂ — це важкий бурий отруйний газ із неприємним різким запахом. Температура плавлення -11 °С, температура кипіння 21 °С. Під час його розчинення у воді утворюються відразу дві кислоти — нітратна й нітритна:

2NO₂ + Н₂О = HNO₂ + HNO₃

Під час нагрівання нітритна кислота розкладається, тому за пропускання нітроген(ІV) оксиду через гарячу воду в розчині утворюються лише нітратна кислота і продукт розкладання нітритної кислоти:

3NO₂ + Н₂O = 2HNO₃ + NO↑

Під час розчинення у воді суміші нітроген(ІV) оксиду з киснем утворюється лише нітратна кислота:

4NO₂ + О₂ + 2Н₂О = 4HNO₃

Під час поглинання нітроген(ІУ) оксиду лугом утворюється суміш солей — нітрату й нітриту:

2NO₂ + 2NaOH = NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O

Молекула NO₂ містить непарну кількість електронів, тому один електрон у ній залишається неспареним. Такі частинки в хімії називають вільними радикалами (для їх позначення біля формули частинки ставлять крапку, що символізує неспарений електрон). Вони легко вступають у хімічні реакції.

Два вільні радикали здатні взаємодіяти один з одним. Так, дві молекули NO₂ взаємодіють одна з одною з утворенням димеру:

NO₂ + NO₂ = N₂O₄ (динітроген тетраоксид)

Уже за кімнатної температури нітроген(IV) оксид містить кілька відсотків молекул N₂O₄. Під час зниження температури їх кількість збільшується, бурий газ перетворюється на світло-жовту рідину, що переважно складається з молекул N₂O₄.

Нітроген(ІV) оксид — сильний окисник. У ньому займається калій, а за нагрівання — порошок цинку, магнію й інших активних металів. Сірка, фосфор і вугілля, запалені на повітрі, продовжують горіти в атмосфері ΝΟ₂.

Ця речовина є проміжним продуктом у виробництві нітратної кислоти, а також використовується як окисник ракетного пального.

Нітроген(ІV) оксид у промисловості добувають із нітроген(ІІ) оксиду, який легко реагує з киснем за звичайних умов:

2ΝΟ + О₂ = 2ΝΟ₂

У лабораторії нітроген(ІV) оксид добувають взаємодією нітратної кислоти з малоактивними металами або розкладанням нітратів:

Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂+ 2NO₂ + 2Н₂О

Нітроген(IІ) оксид

Нітроген(ІІ) оксид NO — безбарвний отруйний газ із неприємним запахом. Температура плавлення -164 °С, температура кипіння -152 °С.

У малих кількостях виявляє лікувальну дію: стимулює роботу серця і знижує кров’яний тиск. Саме нітроген(ІІ) оксид є діючою речовиною серцевих препаратів на основі органічних нітрогеновмісних сполук, наприклад нітрогліцеролу. За дослідження фізіологічної дії нітроген(ІІ) оксиду Р. Ферчготт, Л. Ігнаро та Ф. Мурад здобули Нобелівську премію з фізіології та медицини 1998 року.

Нітроген(ІІ) оксид погано розчиняється у воді та не реагує з розчинами кислот і лугів. З отвору циліндра, наповненого цим газом, виділяється бурий «дим» — це утворюється нітроген(ІV) оксид завдяки легкій взаємодії нітроген(ІІ) оксиду з киснем:

2NO + О₂ = 2NO₂

Бурий дим («лисячий хвіст») іноді тягнеться з труб заводів із виробництва нітратної кислоти: це свідчить про те, що в атмосферу викидаються оксиди Нітрогену.

Оксиди Нітрогену NOі NO₂, що утворюються під час роботи двигунів внутрішнього згоряння, потрапляють у повітря, забруднюючи навколишнє середовище. Разом із сірчистим газом вони є причиною кислотних дощів.

Нітроген(ІІ) оксид добувають взаємодією азоту з киснем за температури 3000 °С, або під час електричного розряду, або каталітичним окисненням амоніаку:

У лабораторії його добувають взаємодією міді з 30%-ю нітратною кислотою:

3Сu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4Н₂О

Нітроген(ІІ) оксид виявляє окисні властивості:

2NO + 2SO₂ = N₂ + 2SO₃

Нітроген(ІІ) оксид застосовують для виробництва сульфатної і нітратної кислот.

Нітроген(І) оксид

Нітроген(І) оксид N₂O — за звичайних умов безбарвний газ без запаху, температура плавлення -91 °С, температура кипіння -86°С.

Він не взаємодіє з кислотами і лугами, а за нагрівання вище 300 °С розкладається на азот і кисень.

Нітроген(І) оксид добувають прожарюванням амоній нітриту:

NH₄NO₂ = N₂O + 2Н₂О

Нітроген(І) оксид називають закисом азоту або веселящим газом через його слабку наркотичну дію. Вдихання невеликих кількостей цієї речовини спричиняє судомний сміх. Закис азоту використовують у медицині для наркозу.

Ним також заповнюють аерозольні упаковки з харчовими продуктами — збитими вершками, кремами тощо.

Ключова ідея

Нітроген — рекордсмен за кількістю утворених ним оксидів.

Запитання та завдання

260. Які оксиди Нітрогену відомі? Які з них несолетворні, а які — солетворні?

261. Схарактеризуйте фізичні й хімічні властивості оксидів Нітрогену.

262. Вищий оксид Нітрогену можна одержати взаємодією концентрованої нітратної кислоти із сульфур(VI) оксидом. Запишіть рівняння реакції.

263. Під час згоряння магнію в атмосфері нітроген(ІV) оксиду утворюються магній оксид і нітроген(IІ) оксид. Запишіть рівняння реакції, укажіть окисник і відновник.

264. Складіть рівняння реакцій: