Pentaòxid de dinitrogen

El pentaòxid de dinitrogen és compost binari de nitrogen i oxigen, un òxid de fórmula ${\ce {N2O5}}$. Es presenta en forma de sòlid incolor que sublima a 32,4 °C i a 15 °C té una densitat de 2,05 g/cm³.

Pentaòxid de dinitrogen

Substància química	tipus d'entitat química
Massa molecular	107,981 Da
Estructura química
Fórmula química	N₂O₅
SMILES canònic	Model 2D [N+](=O)([O-])O[N+](=O)[O-]
Identificador InChI	Model 3D
Propietat
Densitat	1,642 g/cm³ (a 18 °C)
Punt de fusió	32,3 °C 30 °C
Punt d'ebullició	47 °C (a 101,325 kPa)
NFPA 704: Standard System for the Identification of the Hazards of Materials for Emergency Response ()

Història

El pentaòxid de dinitrogen fou sintetitzat per primer cop el 1849 pel químic francès Henri Sainte-Claire Deville (1818-1881) mitjançant la reacció del clor, ${\ce {Cl2}}$ amb nitrat d'argent, ${\ce {AgNO3}}$.

Propietats

El ${\ce {N2O5}}$ sòlid és estable per sota de 8 °C, però descompon si li incideix la llum solar o s'escalfa fins a temperatura ambient. Per sota de -60 °C és estable més d'un any; a -20 °C té una vida mitjana de dues setmanes; a 0 °C ja només és de 10 dies; i a 20 °C tan sols de 10 hores. La reacció de descomposició és:

$${\ce {2N2O5 ->[\Delta] 2N2O4 + O2}}$$

El ${\ce {N2O5}}$és fàcilment soluble en àcid nítric absolut, ${\ce {HNO3}}$,i en dissolvents clorats. La polaritat dels dissolvent té un important efecte sobre la descomposició del ${\ce {N2O5}}$.És ràpida en dissolvents no polars, com ara el cloroform, i lenta en dissolvents polars, com el nitrometà. En àcid nítric són moderadament estables a temperatures per sota de la temperatura ambient.

Estructura

Estructura, longituds d'enllaç i angles del N2O5

El pentaòxid de nitrogen al voltant de -78 °C és un sòlid constituït per cations, ${\ce {NO2+}}$, i anions nitrat, ${\ce {NO3-}}$, enllaçats per enllaç iònic. El catió té estructura lineal amb el nitrogen al mig, ${\ce {ONO^+}}$, amb enllaços ${\ce {N-O}}$ d'1,154 Å, i l'anió nitrat és pla amb l'àtom de nitrogen al mig i els àtoms d'oxigen units a ell i separats 120°. A temperatures més altes el sòlid està format per molècules ${\ce {NO2-O-NO2}}$igual que les que es troben en estat gasós, amb tots els enllaços covalents.

Obtenció

Al laboratori el pentaòxid de dinitrogen es prepara habitualment per deshidratació de l'àcid nítric, ${\ce {HNO3}}$ concentrat mitjançant pentaòxid de difòsfor, ${\ce {P2O5}}$, segons la reacció:

$${\ce {2HNO3 + P2O5 -> N2O5 + 2HPO3}}$$

La principal alternativa és l'oxidació del diòxid de nitrogen, ${\ce {NO2}}$, emprant ozó, ${\ce {O3}}$:

$${\ce {2NO2 + O3 -> N2O5 + O2}}$$

Una altra alternativa és la reacció de clorur de dioxidonitrogen(2+), ${\ce {NO2Cl}}$ amb nitrat d'argent, ${\ce {AgNO3}}$:

$${\ce {NO2Cl + AgNO3 -> N2O5 + AgCl}}$$

Propietats químiques

El pentaòxid de dinitrogen sòlid descompon per efecte de la llum ultraviolada de 380 nm segons l'equació:

$${\ce {N2O5\;->[{\mathit {h\nu }}]\;N2O4\;+\;O}}$$També es descompon per escalfament segons la reacció global:

$${\ce {2N2O5 ->[\Delta] 2N2O4 + O2}}$$la qual té lloc en tres etapes:

$${\ce {N2O5 <=> NO3 + NO2}}$$$${\ce {NO2 + NO3 -> NO2 + O2 + NO}}$$$${\ce {NO + N2O5 -> 3NO2}}$$

Com que es tracta de l'anhídrid de l'àcid nítric, reacciona fàcilment amb la humitat per donar àcid nítric:

$${\ce {N2O5 + H2O -> 2HNO3}}$$

Aplicacions

S'aplica el pentaòxid de dinitrogen especialment en reaccions de síntesi orgànica amb l'objectiu de produir nitracions, adicions de grups ${\ce {NO2}}$a cadenes de carbonis.

Perillositat i problemes ambientals

El pentaòxid de dinitrogen és un oxidant fort que en presència de sals d'amoni i solvents orgànics es torna explosiu. La seva descomposició genera gasos ${\ce {NO_x}}$ tòxics.

Encara que hi ha poc pentaòxid de dinitrogen en la Terra, provoca certs problemes ambientals per ser un agent oxidant fort. A l'estratosfera el ${\ce {N2O5}}$ és una espècie de reserva que col·labora en la destrucció d'ozó. ja que es descompon donant radicals lliures que participen en la destrucció de l'ozó:

$${\ce {N2O5 <=> NO3 + NO2}}$$

També pot provocar episodis de boirum fotoquímic en ciutats molt contaminades per combustió de petroli. Propietats com elevada temperatura, situació geogràfica i radiació solar intensa donen aquest fenomen a indrets com Los Angeles o Mexico DF. I, en presència d'humitat forma àcid nítric i provoca pluja àcida.