Tetrossido di azoto: proprietà, sintesi, reazioni, usi
Il tetrossido di azoto il cui nome I.U.P.A.C. è tetrossido di diazoto è un composto inorganico con formula N2O4 in cui è presente un legame azoto-azoto.
Ciascun atomo di azoto ha una carica positiva ed è legato a un ossigeno tramite legame doppio e a un atomo di ossigeno che ha una carica negativa tramite legame semplice.
La specie quindi presenta separazione di carica e stabilizzazione per risonanza.
Proprietà
Il tetrossido di azoto è un liquido incolore dall’odore sgradevole con un basso punto di ebollizione. Alla temperatura di 21.7 °C bolle e passa allo stato gassoso in cui si presenta come un gas di colore arancio. Esso è un energico ossidante ed è altamente tossico e corrosivo.
Si trova in equilibrio con il biossido di azoto che è di colore bruno-rossastro:
N2O4(g) ⇄ 2 NO2(g)
La variazione di entalpia correlata a questo equilibrio è di 58.0 kJ e ciò implica che la reazione è endotermica.
Pertanto per il Principio di Le Chatelier un aumento di temperatura provoca lo spostamento a destra dell’equilibrio. L’aumento di biossido di azoto provoca la variazione di colore da arancio o bruno
Sintesi
Il tetrossido di azoto può essere preparato attraverso diverse vie sintetiche.
Tra le reazioni vi è quella di disproporzione in cui da acido nitrico e ossido di arsenico (III) si ottiene monossido di azoto, biossido di azoto e acido arsenico:
2 HNO3 + As2O3 + 2 H2O → NO + NO2 + 2 H3AsO4
Dalla reazione del monossido di azoto con l’ossigeno si ottiene biossido di azoto:
2 NO + O2 → 2 NO2
Dal biossido di azoto si ottiene il tetrossido di azoto:
2 NO2 ⇄ N2O4
Un altro modo per ottenere il monossido di azoto da cui, analogamente alla precedente reazione si ottiene il tetrossido di azoto, è l’ossidazione catalitica dell’ammoniaca:
4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 5 H2O
Reazioni
Il tetrossido di azoto reagisce con l’acqua per dare, secondo una reazione di disproporzione acido nitroso e acido nitrico:
N2O4 + H2O → HNO2 + HNO3
Si noti che l’azoto passa da numero di ossidazione +4 a numero di ossidazione +3 e +5
Inoltre reagisce con l’idrazina per dare azoto e vapore acqueo:
N2O4(g) + 2 N2H4(g) → 3 N2(g) + 4 H2O(g)
Usi
Il tetrossido di azoto è utilizzato come agente ossidante in uno dei più importanti propellenti per razzi costituendo uno dei due componenti dei propellenti ipergolici. In questi propellenti il combustibile è l’idrazina o un suo derivato che sono tutti liquidi a temperature e pressioni ordinarie.
Trova inoltre utilizzo nella nitrazione del benzene che avviene in presenza di ossigeno e di un catalizzatore come le zeoliti:
4 C6H6 + 2 N2O4 + O2 → 4 C6H5NO2 + 2 H2O
