Диоксид азота (NO₂)¶

Диоксид азота (NO₂) — газообразное неорганическое вещество, оксид азота(IV), один из важнейших загрязнителей атмосферного воздуха. При нормальных условиях представляет собой газ красно-бурого цвета с резким характерным запахом. Относится к классу сильных окислителей, токсичен. В химической формуле NO₂ азот находится в степени окисления +4.

¶Физические и химические свойства

Диоксид азота — газ с температурой кипения +21,15 °C, температурой плавления −11,2 °C. Плотность газа примерно в 1,5 раза превышает плотность воздуха, поэтому NO₂ способен скапливаться в низинах и подвалах. Газ хорошо растворяется в воде и полярных растворителях.

При охлаждении ниже 21 °C диоксид азота частично димеризуется с образованием тетраоксида азота N₂O₄ — бесцветного газа. Смесь NO₂ и N₂O₄ находится в динамическом равновесии, состав которой зависит от температуры и давления. При нагревании димер распадается, и цвет газа становится более интенсивно-красно-бурым.

Диоксид азота активно реагирует с водой с образованием азотной и азотистой кислот:

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

Эта реакция лежит в основе промышленного получения азотной кислоты (метод Оствальда). NO₂ — сильный окислитель: он взаимодействует с щелочами, аммиаком, органическими веществами, способен поддерживать горение некоторых материалов. С галогенами образует нитрозилгалогениды (NO₂Cl и др.).

¶Получение

В лаборатории диоксид азота получают окислением монооксида азота кислородом:

2NO + O₂ → 2NO₂

Также NO₂ образуется при нагревании нитратов металлов, например:

2Pb(NO₃)₂ → 2PbO + 4NO₂ + O₂

В промышленности диоксид азота является промежуточным продуктом при производстве азотной кислоты окислением аммиака на платиново-родиевом катализаторе при 800–900 °C.

¶Роль в атмосфере и экология

Диоксид азота — один из основных антропогенных загрязнителей воздуха в городах. Основные источники выбросов NO₂:

• транспорт (выхлопные газы двигателей внутреннего сгорания);
• тепловые электростанции и промышленные предприятия;
• системы отопления.

В атмосфере NO₂ участвует в образовании фотохимического смога: под действием ультрафиолетового излучения он диссоциирует на атом кислорода и монооксид азота, а атомарный кислород реагирует с молекулярным кислородом с образованием озона. Накопление приземного озона и пероксида азота и есть суть фотохимического смога. Кроме того, NO₂ в присутствии влаги образует азотную кислоту, которая выпадает кислотными дождями, наносящая вред растительности, почвам и водоёмам.

В России предельно допустимая концентрация (ПДК) диоксида азота в атмосферном воздухе населённых мест составляет 0,085 мг/м³ (среднесуточная) и 0,4 мг/м³ (максимально разовая). Контроль за содержанием NO₂ осуществляется станциями мониторинга в крупных городах, включая Москву и Санкт-Петербург.

¶Токсичность и воздействие на здоровье

Диоксид азота относится к веществам 2-го класса опасности. Газ раздражает дыхательные пути и слизистые оболочки, поражает глубокие отделы лёгких (альвеолы). При вдыхании в высоких концентрациях вызывает отёк лёгких, химический ожог дыхательных путей, может привести к смерти. Хроническое воздействие снижает сопротивляемость лёгких инфекциям, способствует развитию хронических бронхитов и бронхиальной астмы.

Симптомы острого отравления: кашель, удушье, боль в груди, головокружение, синюшность кожи. Первая помощь — свежий воздух, покой, немедленное обращение к врачу.

¶Применение

Основное промышленное применение NO₂ связано с производством азотной кислоты. Диоксид азота используется как нитрующий агент в органическом синтезе, в производстве взрывчатых веществ, в качестве компонента ракетного топлива (в паре с тетраоксидом диазота N₂O₄ как окислитель). В пищевой промышленности диоксид азота (Е-150) применяется в качестве красителя.

¶Диоксид азота в организме человека

В небольших количествах NO₂ образуется в организме человека в процессе метаболизма аминокислот и является частью системы оксида азота (NO) — сигнальной молекулы, участвующей в регуляции сосудистого тонуса, нервной передаче и иммунном ответе. Однако избыточное поступление диоксида азота из внешней среды не имеет физиологического значения и является исключительно вредным фактором.

Источники: Большая химическая энциклопедия; ГОСТ 17.4.1.02-83 «Охрана природы. Классификация опасных и вредных веществ по степени опасности для окружающей среды»; учебник «Неорганическая химия» под ред. А. Е. Печковского; данные Росгидромета о состоянии атмосферного воздуха в городах России.