NO2 — двуокись азота¶

NO₂ (диоксид азота, двуокись азота) — неорганическое соединение азота и кислорода с химической формулой NO₂, один из важнейших оксидов азота (так называемых NOx). При нормальных условиях представляет собой газ красно-бурого цвета с резким характерным запахом, токсичен. Молекула NO₂ — свободный радикал: азот имеет наружный неспаренный электрон, что обусловливает высокую химическую активность соединения.

¶Физические и химические свойства

Диоксид азота кипит при −11 °C, плавится при −9,3 °C. Плотность газа примерно в 1,5 раза превышает плотность воздуха, поэтому NO₂ скапливается в низинах и подземных пространствах. Газ хорошо растворяется в воде, причём при этом происходит реакция диспропорционирования:

3 NO₂ + H₂O → 2 HNO₃ + NO

Эта реакция лежит в основе промышленного получения азотной кислоты. В ёмкостях с NO₂ часто наблюдается динитроген тетраоксид N₂O₄ — бесцветный газ, находящийся с диоксидом азота в химическом равновесии. При охлаждении газ обесцвечивается (образуется N₂O₄), при нагреве — становится более интенсивно-бурым.

NO₂ — сильный окислитель. Он реагирует с щелочами с образованием смеси нитрита и нитрата:

2 NO₂ + 2 NaOH → NaNO₂ + NaNO₃ + H₂O

С органическими веществами диоксид азота вступает в реакции замещения и присоединения, используется в синтезе нитросоединений. С горючими материалами взрывоопасен.

¶Получение

В лаборатории диоксид азота получают действием окислителей (например, азотной кислоты) на медь:

Cu + 4 HNO₃(конц.) → Cu(NO₃)₂ + 2 NO₂ + 2 H₂O

В промышленности NO₂ является промежуточным продуктом при производстве азотной кислоты по методу Оствальда: аммиак сжигается в воздухе на платиново-родиевом катализаторе с образованием оксида азота NO, который далее окисляется до NO₂.

¶Роль в атмосфере и экология

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

• автомобильный транспорт (выхлопные газы, особенно дизельные двигатели);
• тепловые электростанции и промышленные предприятия;
• котельные, использующие твёрдое и жидкое топливо.

В атмосфере NO₂ участвует в цепи фотохимических реакций, приводящих к образованию озона в приземном слое и фотохимического смога. При выпадении осадков оксиды азота формируют кислотные дожди, снижающие pH почв и водоёмов.

В России предельно допустимая концентрация (ПДК) диоксида азота в атмосферном воздухе населённых мест составляет 0,085 мг/м³ (суточная) и 0,4 мг/м³ (максимальная разовая). Контроль выбросов осуществляется в соответствии с санитарными нормами и природоохранным законодательством.

¶Воздействие на здоровье

Диоксид азота токсичен. ПДК в рабочей зоне предприятий — 2 мг/м³. При концентрациях около 50–100 мг/м³ возможен отёк лёгких, при более высоких — смертельный исход. Хроническое вдыхание загрязнённого NO₂ воздуха повышает риск развития бронхитов, астмы и других заболеваний дыхательных путей, особенно у детей и людей с хроническими лёгочными патологиями.

¶Применение

Основное промышленное применение диоксида азота — производство азотной кислоты, нитратов (в том числе аммиачной селитры) и других азотсодержащих соединений. NO₂ используется как нитрующий агент в органическом синтезе, в производстве взрывчатых веществ и ракетного топлива (в частности, в связке с гидразином в качестве компонента двухкомпонентных жидких ракетных топлив).

¶Интересные факты

Диоксид азота — один из немногих газов, окрашенных в цвет, отличный от бесцветного. Его бурый оттенок служит наглядным индикатором присутствия в воздухе оксидов азота, например при разгерметизации ёмкостей с азотной кислотой.

Источники: ГОСТ и санитарные нормы качества атмосферного воздуха; учебная литература по неорганической химии (Ю.Н. Селиванов, Н.С. Ахметов); материалы Росгидромета о загрязнении атмосферного воздуха.