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| 名前 | |
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| IUPAC名
五酸化二窒素
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| その他の名前
無水硝酸
硝酸ニトロニウム 硝酸ニトリル DNPO 無水硝酸 | |
| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| チェビ |
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.030.227 |
| EC番号 |
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パブケム CID
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| ユニ |
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| 窒素酸化物 | |
| モル質量 | 108.01 グラム/モル |
| 外観 | 白色固体 |
| 密度 | 2.0 g/cm3 [ 1] |
| 沸点 | 33 °C (91 °F; 306 K) で昇華する[1] |
| 反応してHNO 3を生成する | |
| 溶解度 | クロロホルム に溶けるがCCl4には ごくわずか |
磁化率（χ）
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−35.6 × 10 −6 cm 3 モル−1 (水溶液) |
| 1.39 デイ | |
| 構造[2] | |
| 六角形、hP14 | |
| P6 3 /mmc No.194 | |
a = 0.54019 nm、c = 0.65268 nm
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数式単位( Z )
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2 |
| 平面、C 2v (約D 2h ) N–O–N ≈ 180° | |
| 熱化学[3] | |
熱容量 ( C )
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143.1 J K -1 mol -1 (s) 95.3 J K -1 mol -1 (g) |
標準モル
エントロピー ( S ⦵ 298 ) |
178.2 J K -1 mol -1 (s) 355.7 J K -1 mol -1 (g) |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
−43.1 kJ/モル (s) +13.3 kJ/モル (g) |
ギブスの自由エネルギー (Δ f G ⦵ )
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113.9 kJ/モル (s) +117.1 kJ/モル (g) |
| 危険 | |
| 労働安全衛生（OHS/OSH）： | |
主な危険
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強力な酸化剤、水と接触すると強酸を形成する |
| NFPA 704 (ファイアダイヤモンド) | |
| 引火点 | 不燃性 |
| 関連化合物 | |
| 亜酸化窒素 一酸化窒素 三酸化二窒素 二酸化窒素 四酸化二窒素 | |
関連化合物
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硝酸 |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
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 インフォボックス参照
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五酸化二窒素（五酸化窒素または無水硝酸とも呼ばれる）は、化学式N 2 O 5の化合物である。これは、窒素と酸素のみを含む化合物群である二元窒素酸化物の1つである。無色の結晶として存在し、室温よりわずかに高い温度で昇華し、無色のガスを生成する。[4]
五酸化二窒素は不安定で潜在的に危険な酸化剤であり、かつてはクロロホルムに溶かしてニトロ化の試薬として使用されていましたが、現在ではニトロニウムテトラフルオロボレート( NO 2 BF 4 )に大きく置き換えられています。
N 2 O 5 は、条件に応じて2つの構造をとる化合物の珍しい例です。固体は塩、硝酸ニトロニウムであり、別々のニトロニウム陽イオン [NO 2 ] +と硝酸陰イオン[NO 3 ] −で構成されていますが、気相および他のいくつかの条件下では共有結合した分子です。[5]
歴史
N 2 O 5は1840年にデヴィルによって初めて報告され、彼は硝酸銀（AgNO 3）を塩素で処理してそれを製造しました。[6] [7]
構造と物理的性質
純粋な固体N 2 O 5は、分離された線形ニトロニウムイオンNOからなる塩である。 +2および平面三方硝酸イオンNO−3両方の窒素中心の酸化状態は+5である。空間群Dで結晶化する。4
6時間（C 6/ mmc）Z = 2の場合、NO−3D 3 h部位の陰イオンとNO+2D 3 dサイトの陽イオン。[8]
211～305 K（-62～32 °C）の範囲における 温度T（ケルビン）の関数としての蒸気圧P（気圧）は、次の式で近似できます。
0℃では約48トル、25℃では424トル、32℃（融点より9℃低い）では760トルである。[9]
気相中、または四塩化炭素などの非極性溶媒に溶解した場合、化合物は共有結合分子O 2 N−O−NO 2として存在する。気相中、最小エネルギー配置の理論計算によると、各−NO 2翼のO−N−O角度は約 134°、 N−O−N角度は約 112° である。この配置では、2 つの−NO 2基は、中心の酸素との結合の周りを約 35° 回転し、N−O−N平面から離れている。したがって、分子はプロペラ形状を持ち、1 つの軸は 180° 回転対称 ( C 2 )である[10]
気体のN 2 O 5を急速に冷却（「急冷」）すると、準安定分子形態が得られ、これは-70℃以上で発熱的にイオン形態に変換されます。[11]
ガス状のN 2 O 5は紫外線を吸収し、フリーラジカルの二酸化窒素NO 2 •と三酸化窒素NO 3 • （非荷電硝酸塩）に解離する。吸収スペクトルは、波長160 nmで最大となる広い帯域を有する 。[12]
準備
推奨されている実験室での合成法としては、硝酸（HNO 3 ）を酸化リン（V）で脱水する方法がある：[11]
- P 4 O 10 + 12 HNO 3 → 4 H 3 PO 4 + 6 N 2 O 5
もう一つの実験室プロセスは、硝酸リチウム LiNO 3と五フッ化臭素BrF 5を3:1を超える比率で反応させるものである。この反応ではまずニトリルフッ化物FNO 2が形成され、これがさらに硝酸リチウムと反応する。[8]
- BrF 5 + 3 LiNO 3 → 3 LiF + BrONO 2 + O 2 + 2 FNO 2
- FNO 2 + LiNO 3 → LiF + N 2 O 5
この化合物は二酸化窒素NO2またはN2O4とオゾンを 反応させることによって気相で生成することもできる：[13]
- 2 NO 2 + O 3 → N 2 O 5 + O 2
しかし、この物質はオゾンの急速な分解を触媒する： [13]
- 2O3 + N2O5 → 3O2 + N2O5
五酸化二窒素は、酸素と窒素の混合物を放電に通すことによっても生成される。[8]もう一つの経路は、塩化リン POCl 3または塩化ニトリルNO 2 Clと硝酸銀AgNO 3の反応である[8] [14]
反応
五酸化二窒素は水と反応して（加水分解して）硝酸 HNO 3を生成する。したがって、五酸化二窒素は硝酸の無水物である： [11]
- N 2 O 5 + H 2 O → 2 HNO 3
硝酸中の五酸化二窒素の溶液は、濃度が100%を超える硝酸とみなすことができます。H 2 O − N 2 O 5系の相図には、よく知られている60% N 2 O 5 (つまり、70% HNO 3 )の負の共沸混合物、85.7% N 2 O 5 (100% HNO 3 )の正の共沸混合物、および87.5% N 2 O 5 (「102% HNO 3 」)の別の負の共沸混合物が示されています。[15]
塩化水素 HClとの反応では硝酸と塩化ニトリルNO 2 Clも生成する: [16]
- N 2 O 5 + HCl → HNO 3 + NO 2 Cl
五酸化二窒素は室温で最終的にNO2とO2に分解する。[17] [13]固体が0℃で適切な不活性容器に保存されている場合、分解は無視できる。[ 8]
五酸化二窒素はアンモニア NH 3と反応し、反応条件に応じて亜酸化窒素N 2 O、硝酸アンモニウムNH 4 NO 3、ニトラミドNH 2 NO 2、アンモニウムジニトラミドNH 4 N(NO 2 ) 2などのいくつかの生成物を生成します。[18]
高温での五酸化二窒素の分解
五酸化二窒素は、600～1,100 K（327～827 °C）の高温で、2つの連続した化学量論的段階で分解されます。
- N 2 O 5 → NO 2 + NO 3
- 2NO3 → 2NO2 + O2
衝撃波の中で、N 2 O 5は化学量論的に二酸化窒素と酸素に分解した。600 K以上の温度では、二酸化窒素は窒素酸化物NOと酸素に対して不安定である。1000 Kで0.1 mM二酸化窒素の熱分解には約2秒かかることが知られている。[19]
30℃での四塩化炭素中の五酸化二窒素の分解
N 2 O 5は高温で分解するほか、 30 °C (303 K) で四塩化炭素CCl 4でも分解されます。 [20] N 2 O 5とNO 2 はどちらもCCl 4に溶けて溶解したままですが、酸素は溶けず逃げてしまいます。反応で生成された酸素の量はガスビュレットで測定できます。このステップの後、分解を進め、時間の経過とともに生成されるO 2の量を測定できます。O 2を得る唯一の方法はN 2 O 5 の分解であるためです。以下の式は、 CCl 4中のN 2 O 5の分解を示しています。
- 2 N 2 O 5 → 4 NO 2 + O 2 (g)
そして、この反応は次のような一次速度法則に従います。
![{\displaystyle -{\frac {d[\mathrm {A} ]}{dt}}=k[\mathrm {A} ]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/1ea7552714a906687c0d9bed4d10c829c4c85633)
一酸化窒素存在下での五酸化窒素の分解
N 2 O 5 は一酸化窒素 NOの存在下では分解されることもできる。
- N 2 O 5 + NO → 3 NO 2
基本的な単分子分解における五酸化二窒素と一酸化窒素の初期反応速度。[21]
アプリケーション
有機化合物のニトロ化
五酸化二窒素は、例えばクロロホルム溶液として、有機化合物に−NO 2官能基を導入するための試薬として使用されています。このニトロ化反応は次のように表されます。
- N 2 O 5 + Ar−H → HNO 3 + Ar−NO 2
ここでArはアレーン基を表す。[22 ] NO+2強酸を加えると「超求電子剤」HNOが生成し、さらに強化される。2歳以上2。
この用途では、N 2 O 5は主にニトロニウムテトラフルオロボレート[NO 2 ] + [BF 4 ] −に置き換えられています。この塩はNOの高い反応性を保持しています。 +2しかし、熱的には安定しており、約 180 °C で分解します ( NO 2 FとBF 3に)。
五酸化二窒素は爆発物の製造に関連している。[7] [23]
大気現象
大気中では、五酸化二窒素はオゾン層破壊の原因となるNO x種の重要な貯蔵庫であり、その形成によりNOとNO 2が一時的に非反応状態に保持されるヌルサイクルが提供される。 [24]夜間の対流圏の汚染地域では、体積比で数ppbの混合比が観測されている。 [25]五酸化二窒素は成層圏でも同様のレベルで観測されており[26] 、この貯蔵庫の形成は、北緯50度以上の成層圏NO 2レベルが突然低下するという不可解な観測、いわゆる「ノクソンクリフ」を考慮して仮定された。
エアロゾル中のN 2 O 5の反応性の変動は、対流圏オゾン、ヒドロキシルラジカル、NO x濃度の大幅な減少につながる可能性がある。 [27]大気エアロゾル中のN 2 O 5の2つの重要な反応は、加水分解による硝酸の形成[28]と、ハロゲン化物イオン、特にCl −との反応によるClNO 2分子の形成であり、これが大気中の反応性塩素原子の前駆体となる可能性がある。[29] [30]
危険
N 2 O 5は強力な酸化剤で、有機化合物やアンモニウム塩と反応して爆発性の混合物を形成します。五酸化二窒素が分解すると、非常に有毒な二酸化窒素ガスが発生します。
参考文献
- ^ ヘインズ、p. 4.76より
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引用元
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