Tlenek azotu(V)- nowy artykuł na nowy rok

will

Tlenek azotu(V) jest to białe krystaliczne ciało stałe o gęstości 1,642 g/cm3. Jego temperatura topnienia wynosi 30℃, a wrzenia 47℃ [1,2]. Z kolei Bielański twierdzi, że tlenek azotu(V) topi się w 41 ℃ [3]. Według [4] tlenek azotu(V) nie topi się tylko ulega sublimacji w 33℃. Jest nietrwały i ulega rozkładowi do tlenku azotu(IV) i tlenu. W stanie gazowym wykazuje budowę wiązania kowalencyjnego, zaś w stanie stałym krystaliczną, jonową [3,4].Rozpuszcza się w kwasach mineralnych, dichlorometanie, chloroformie, czterochlorku węgla, nitrometanie, acetonitrylu [5]. Z Z wodą reaguje gwałtownie tworząc kwas azotowy(V) [3,4]. W reakcji z eterami (eter dietylowy, THF) powoduje silne utlenianie substancji, które może skończyć się zapłonem. Jego roztwory w rozpuszczalnikach organicznych są trwałe w niskich temperaturach. Roztwór tlenku azotu(V) w dichlorometanie ma okres półrozkładu 2 tygodnie w -20℃, a w -60 ℃ jeden rok [4]. Jego roztwór w kwasie azotowym(V) tzw. nitrooleum jest trwały [6].
Tlenek azotu(V) po raz pierwszy został otrzymany przez Deville’a w 1849 roku przez przepuszczanie chloru przez azotan(V) srebra umieszczony w u-rurce, znajdującej się w łaźni wodnej o temperaturze 60 ℃ [7]. Reakcja przebiega według poniższych równań.
AgNO3 + Cl2→ AgCl + NO2Cl + 0,5O2
AgNO3 + NO2Cl→ AgCl + N2O5
W pracy [8] zmodyfikowano tę metodę przez naświetlanie fazy gazowej światłem UV o długości 365 nm.
Innym sposobem otrzymywania tlenku azotu(V) jest reakcja azotanu(V) srebra z tlenochlorkiem fosforu(V) [9]. Reakcja przebiega według poniższych równań .
3AgNO3 + POCl3→ Ag3PO4 + 3NO2Cl
AgNO3 + NO2Cl→ AgCl + N2O5
Jednym z najpopularniejszych sposobów otrzymywania tlenku azotu(V) w laboratorium jest działanie tlenku fosforu(V) na bezwodny kwas azotowy(V) [9,10]. Jednakże wadą tego procesu jest niska wydajność. Reakcja przebiega według poniższego równania.
6HNO3 + P2O5→ 2H3PO4 + 3N2O5
Inną metodę otrzymywania opracowali z kolei Wilson i Christe [11]. Polega ona na otrzymywaniu tlenku azotu(V) w reakcji fluorku nitrylu z azotanem(V) litu. Proces otrzymywania przebiega według poniższych równań.
BrF5 + 3LiNO3→ 3LiF + 2FNO2 + O2 + BrONO2
FNO2 + LiNO3→ LiF + N2O5

Dobrym sposobem otrzymywania tlenku azotu(V) zarówno w skali laboratoryjnej jak i przemysłowej jest reakcja tlenku azotu(IV) z ozonem. Metoda ta ma wysoką wydajność, a produkt charakteryzuje się wysoką czystością [12,13]. Przebiega według poniższego równania:
NO2 + O3→ N2O5 + O2
Tlenek azotu(V) można też otrzymać poprzez wkraplania bezwodnika kwasu trifluorooctowego do bezwodnego kwasu azotowego(V) w temperaturze 0-5 ℃. Z otrzymanego żółtego roztworu można uzyskać tlenek azotu(V) poprzez schłodzenie do -30 ℃ i odsączenie otrzymanych kryształów [14].
Można także bezpośrednio otrzymywać roztwory tlenku azotu(V) w kwasie azotowym(V). Jedną z takich metod jest elektroliza roztworu tlenku azotu(IV) w kwasie azotowym(V) [15,16]. Reakcja przebiega według poniższych równań .
Anoda: N2O4 + 2HNO3→ N2O5 + 2H+ + 2e-
Katoda: 2HNO3 + 2H+ + 2e-→2N2O5 + 2H2O
Inną metodą otrzymywania roztworu tlenku azotu(V) w kwasie azotowym(V) jest metoda Frejacquesa. Polega ona na tym, że wyżej wymieniony roztwór można oddestylować pod obniżonym ciśnieniem znad mieszaniny oleum siarkowego, azotanu(V) potasu i bezwodnego kwasu azotowego(V). Uzyskuje się roztwór o stężeniu 28 % tlenku azotu(V) w kwasie azotowym(V). Istnieje także modyfikacja tej metody gdzie zamiast azotanu(V) potasu używa się azotanu(V) amonu. Wówczas wychodzi roztwór o stężeniu 42 % [17].
Istnieją dwa typy mieszanin nitrujących opartych o tlenek azotu(V). W pierwszym przypadku są to mieszaniny gdzie tlenek azotu(V) występuje w formie jonowej. Właściwości takie mają roztwory tlenku azotu(V) w silnych kwasach mineralnych jak: azotowy(V), siarkowy(VI) [18,19]. Według pracy [20] są to silne i małoselektywne środki nitrujące, mające szerokie zastosowanie w syntezie wielu związków wysokoenergetycznych. Ich zaletą jest łatwy recykling kwasów po reakcji i brak produktów ubocznych. Mechanizm nitrowania przebiega poprzez atak kationu nitroniowego na pierścień aromatyczny. Drugim typem są mieszaniny gdzie tlenek azotu(V) występuje w formie kowalencyjnej. Właściwości takie mają roztwory tlenku azotu(V) w rozpuszczalnikach organicznych [18]. Są to środki nitrujące o umiarkowanej sile, jednakże bardzo selektywne. Mają one szeroki zakres zastosowania w nitrowaniu i można je stosować również w reakcjach, gdzie klasyczne środki nitrujące użyte być nie mogą [20] . Wysoka selektywność tych mieszanin spowodowana jest innym mechanizmem reakcji niż przy klasycznym nitrowaniu.
Zalety nitrowania przy użyciu tlenku azotu(V) są następujące [4]:
Reakcje są znacznie szybsze, mniej egzotermiczne, łatwiejsze do kontroli i mniej jest ubocznych produktów utleniania
Wyższe wydajności
Łatwiejsze izolowanie produktów
Brak kwasów odpadowych
Można przeprowadzić wszystkie reakcje nitrowania prowadzone przy użyciu typowych środków nitrujących ale bardziej skutecznie
Możliwość syntezy materiałów wysokoenergetycznych, które nie mogą być otrzymane klasycznymi mieszaninami nitrującymi.
Tlenek azotu(V) jako czynnik nitrujący został po raz pierwszy użyty przez Hoitsema w 1898 r. do nitrowania celulozy. Udało mu się uzyskać zawartość azotu około 14 % [21].

Tlenek azotu(V)- nowy artykuł na nowy rok

Kto przegląda forum