Biossido di azoto: sintesi, reazioni, impatto ambientale, usi
Il biossido di azoto è uno degli ossidi dell’azoto con formula NO2 che si presenta sotto forma di gas dal colore rosso bruno al di sopra di 21.2 °C . Al di sotto di questa temperatura è un liquido giallo bruno e si converte a temperature inferiori a – 11.2 °C nel dimero N2O4 incolore.
Struttura del biossido di azoto
E’ una molecola con numero totale dispari di elettroni e quindi non soddisfa la regola dell’ottetto. Ogni atomo di ossigeno contribuisce con sei elettroni mentre l’atomo di azoto contribuisce con cinque elettroni per un totale di (6·2) + 5 = 17 elettroni.
La struttura della molecola è pertanto un ibrido di risonanza tre le seguenti due strutture:
La lunghezza del legame tra l’atomo di ossigeno e quello di azoto è di 119.7 pm che implica un ordine di legame compreso tra uno e due.
Sintesi
Il biossido di azoto si ottiene, a livello industriale, nel corso della sintesi dell’acido nitrico a partire dall’ammoniaca. Nel primo dei due stadi si ha l’ossidazione dell’ammoniaca con formazione del monossido di azoto mentre nel secondo si verifica l’ulteriore ossidazione del monossido di azoto in biossido di azoto
4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O
2 NO + O2 → 2 NO2
Il biossido di azoto può essere ottenuto in laboratorio per disidratazione dell’acido nitrico seguita dalla decomposizione termica del pentossido di diazoto ottenuto:
2 HNO3 → N2O5 + H2O
2 N2O5 → 4 NO2 + O2
Il biossido di azoto può essere ottenuto:
- dalla decomposizione termica di alcuni nitrati metallici:
2 Pb(NO3)2 → 2 PbO + 4 NO2 + O2
- dalla reazione tra acido nitrico concentrato e rame:
4 HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
Reazioni
Il biossido di azoto e il suo dimero N2O4 danno luogo a una serie di reazioni complesse e a volte accoppiate tra loro.
In acqua dà luogo alla formazione di acido nitrico e monossido di azoto secondo una reazione di disproporzione:
3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO
In acqua il dimero N2O4 dà luogo alla formazione di acido nitrico e acido nitroso secondo una reazione di disproporzione:
N2O4 + H2O → HNO3 + HNO2
Il biossido di azoto reagisce con il monossido di azoto per dare ossido nitrico secondo una reazione di comproporzione:
2 NO2 + NO → N2O3
L’ ossido nitrico reagisce con l’acqua per dare acido nitroso:
N2O3 + H2O → 2 HNO2
L’acido nitroso si decompone dando una reazione di disproporzione:
3 HNO2 → HNO3 + 2 NO + H2O
Il biossido di azoto reagisce con ioduri alchilici per dare nitrocomposti:
2 CH3I + 2 NO2 → 2 CH3NO2 + I2
Il biossido di azoto reagisce con ioduri metallici per dare nitriti:
TiI4 + 4 NO2 → Ti(NO2)4 + 2 I2
Impatto ambientale
Piccole quantità di biossido di azoto sono naturalmente presenti nell’atmosfera a seguito di fulmini, eruzioni vulcaniche e incendi boschivi.
Il biossido di azoto è un inquinante dell’aria perché contribuisce alla formazione di smog fotochimico che ha un impatto significativo sulla salute umana.
Le principali fonti di biossido di azoto sono:
- la combustione di combustibili fossili
- gas di scarico dei veicoli a motore
- raffinazione della benzina e dei metalli
- produzione di elettricità da centrali elettriche a carbone
Il biossido di azoto ha un odore forte pungente e può provocare irritazione oculare, nasale o a carico della gola e tosse. I soggetti sensibili come bambini, persone asmatiche o affette da bronchite cronica possono avere alterazioni della funzionalità respiratoria.
Usi
Il composto è usato come:
- intermedio per la produzione di acido nitrico
- agente ossidante
- catalizzatore
- inibitore per prevenire la polimerizzazione degli acrilati durante la distillazione
- agente nitrante di composti organici
- combustibile per missili
- agente sbiancante per la farina
