Diossido di azoto - Nitrogen dioxide

Diossido di azoto
Formula scheletrica del biossido di azoto con alcune misurazioniEP
Modello Spacefill di biossido di azoto
Biossido di azoto a diverse temperature
NO
2
converte nel tetrossido di diazoto incolore ( N
2
oh
4
) a basse temperature e ritorna a NO
2
a temperature più elevate.
nomi
nome IUPAC
Diossido di azoto
Altri nomi
Ossido di azoto (IV), deutossido di azoto
Identificatori
Modello 3D ( JSmol )
CheBI
ChemSpider
Scheda informativa dell'ECHA 100.030.234 Modificalo su Wikidata
Numero CE
976
Numero RTECS
UNII
numero ONU 1067
  • InChI=1S/NO2/c2-1-3 dai un'occhiata
    Legenda: JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N dai un'occhiata
  • InChI=1/NO2/c2-1-3
    Legenda: JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYAA
  • N(=O)[O]
  • [N+](=O)[O-]
Proprietà
NO
2
Massa molare 46.006  g/mol
Aspetto esteriore gas marrone
Odore Simile al cloro
Densità 1.880  g/ litro
Punto di fusione -9,3 ° C (15,3 ° F; 263,8 K)
Punto di ebollizione 21,15 °C (70,07 °F; 294,30 K)
idrolisi
solubilità Solubile in CCl
4
, acido nitrico , cloroformio
Pressione del vapore 98,80  kPa (a 20 °C)
+150.0·10 −6  cm 3 /mol
1.449 (a 20 °C)
Struttura
C 2v
piegato
Termochimica
37,2 J/(mol·K)
240,1 J/(mol·K)
+33,2 kJ/mol
Pericoli
Principali pericoli Veleno, ossidante
Scheda di sicurezza ICSC 0930
Pittogrammi GHS GHS03: ossidante GHS04: Gas compresso GHS05: Corrosivo GHS06: Tossico GHS08: Pericolo per la salute
Avvertenza GHS Pericolo
H270 , H314 , H330
P220 , P260 , P280 , P284 , P305+351+338 , P310
NFPA 704 (diamante di fuoco)
3
0
2
Dose o concentrazione letale (LD, LC):
30  ppm (cavia, 1  h )
315  ppm (coniglio, 15 min)
68  ppm (ratto, 4 h)
138  ppm (ratto, 30 min)
1000  ppm (topo, 10 min)
64  ppm (cane, 8 ore)
64  ppm (scimmia, 8 ore)
NIOSH (limiti di esposizione per la salute negli Stati Uniti):
PEL (consentito)
C 5  ppm (9  mg/m 3 )
REL (consigliato)
ST 1  ppm (1,8  mg/m 3 )
IDLH (pericolo immediato)
13  ppm
Composti correlati
Ossidi di azoto correlati
Pentossido di diazoto

Triossido di
diazoto Triossido di
diazoto
Ossido di azoto Ossido di azoto

Composti correlati
Biossido di cloro
Anidride carbonica
Salvo indicazione contraria, i dati sono forniti per i materiali nel loro stato standard (a 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Riferimenti alla casella informativa

Il biossido di azoto è un composto chimico con la formula NO
2
. È uno dei tanti ossidi di azoto . NO
2
è un intermedio nella sintesi industriale dell'acido nitrico , prodotto ogni anno in milioni di tonnellate da utilizzare principalmente nella produzione di fertilizzanti . A temperature più elevate è un gas bruno-rossastro. Può essere fatale se inalato in grandi quantità. Il biossido di azoto è una molecola paramagnetica piegata con simmetria di gruppo di punti C 2v .

Proprietà

Il biossido di azoto è un gas bruno-rossastro al di sopra di 21,2 °C (70,2 °F; 294,3 K) con un odore pungente e acre, diventa un liquido bruno-giallastro al di sotto di 21,2 °C (70,2 °F; 294,3 K) e si converte in tetrossido di diazoto incolore ( N
2
oh
4
) al di sotto di -11,2 ° C (11,8 ° F; 261,9 K).

La lunghezza del legame tra l' atomo di azoto e l'atomo di ossigeno è di 119,7  pm . Questa lunghezza del legame è coerente con un ordine di legame tra uno e due.

A differenza dell'ozono , O 3 , lo stato elettronico fondamentale del biossido di azoto è uno stato doppietto , poiché l'azoto ha un elettrone spaiato, che riduce l' effetto alfa rispetto al nitrito e crea una debole interazione di legame con le coppie solitarie di ossigeno. L'elettrone solitario in NO
2
significa anche che questo composto è un radicale libero , quindi la formula per il biossido di azoto è spesso scritta come NO
2
.

Il colore bruno-rossastro è una conseguenza dell'assorbimento preferenziale della luce nella regione blu dello spettro (400 – 500 nm), sebbene l'assorbimento si estenda in tutto il visibile (a lunghezze d'onda più corte) e nell'infrarosso (a lunghezze d'onda maggiori). L'assorbimento della luce a lunghezze d'onda inferiori a circa 400 nm provoca fotolisi (per formare NO + O, ossigeno atomico); nell'atmosfera l'aggiunta dell'atomo di O così formato all'O 2 porta alla formazione di ozono.

Preparazione e reazioni

Il biossido di azoto si forma tipicamente attraverso l'ossidazione dell'ossido nitrico da parte dell'ossigeno nell'aria:

2 NO + O
2
→ 2  NO
2

Il biossido di azoto si forma nella maggior parte dei processi di combustione utilizzando l' aria come ossidante . A temperature elevate l' azoto si combina con l' ossigeno per formare ossido nitrico :

oh
2
+ N
2
→ 2  NO

In laboratorio, NO
2
può essere preparato in una procedura in due fasi in cui la disidratazione dell'acido nitrico produce pentossido di diazoto , che successivamente subisce una decomposizione termica:

HNO
3
N
2
oh
5
+ H
2
oh
N
2
oh
5
→ 4  NO
2
+ O
2

La decomposizione termica di alcuni nitrati metallici fornisce anche NO
2
:

Pb(NO
3
)
2
→ 2 PbO + 4  NO
2
+ O
2

In alternativa, riduzione dell'acido nitrico concentrato mediante metallo (come il rame).

HNO
3
+ Cu → Cu(NO
3
)
2
+ 2  NO
2
+ 2  H
2
oh

O infine, aggiungendo acido nitrico concentrato su stagno, si produce come sottoprodotto ossido stannico idrato .

4 HNO 3 + Sn → H 2 O + H 2 SnO 3 + 4 NO 2

Principali reazioni

Proprietà termiche di base

NO
2
esiste in equilibrio con il gas incolore tetrossido di diazoto ( N
2
oh
4
):

NO
2
N
2
oh
4

L'equilibrio è caratterizzato da Δ H = −57,23 kJ/mol , che è esotermico. L'NO 2 è favorito a temperature più elevate, mentre a temperature più basse predomina il tetrossido di diazoto (N 2 O 4 ). Tetrossido di diazoto ( N
2
oh
4
) può essere ottenuto come solido bianco con punto di fusione -11,2 ° C. NO 2 è paramagnetico a causa del suo elettrone spaiato, mentre N 2 O 4 è diamagnetico .

La chimica del biossido di azoto è stata ampiamente studiata. A 150 °C, NO
2
si decompone con rilascio di ossigeno attraverso un processo endotermico ( Δ H = 14 kJ/mol ):

NO
2
→ 2 NO + O
2

Come ossidante

Come suggerito dalla debolezza del legame N–O, NO
2
è un buon ossidante. Di conseguenza, brucerà, a volte in modo esplosivo, con molti composti, come gli idrocarburi .

Idrolisi

Si idrolizza per dare acido nitrico e acido nitroso :

NO
2
( N
2
oh
4
) + H
2
O
HNO
2
+ HNO
3

Questa reazione è una fase del processo di Ostwald per la produzione industriale di acido nitrico dall'ammoniaca. Questa reazione è trascurabilmente lenta a basse concentrazioni di NO 2 caratteristiche dell'atmosfera ambiente, sebbene proceda all'assorbimento di NO 2 sulle superfici. Si pensa che tale reazione superficiale produca HNO 2 gassoso (spesso scritto come HONO ) in ambienti interni ed esterni.

Formazione da decomposizione di acido nitrico

L'acido nitrico si decompone lentamente in biossido di azoto mediante la reazione complessiva:

HNO
3
→ 4  NO
2
+ 2  H
2
O
+ O
2

Il biossido di azoto così formato conferisce il caratteristico colore giallo spesso esibito da questo acido.

Conversione in nitrati

NO
2
viene utilizzato per generare nitrati metallici anidri dagli ossidi:

LU + 3  NO
2
M(NO
3
)
2
+ NO

Conversione in nitriti

Alchil e ioduri metallici danno i corrispondenti nitriti:

CH
3
io
+ 2  NO
2
→ 2  CH
3
NO
2
+ io
2
TiI
4
+ 4  NO
2
Ti(NO
2
)
4
+ 2  io
2

Ecologia

NO
2
viene introdotto nell'ambiente per cause naturali, tra cui l'ingresso dalla stratosfera , la respirazione batterica, i vulcani e i fulmini. Queste fonti fanno NO
2
un gas in tracce nella atmosfera della Terra , dove svolge un ruolo nell'assorbire sole e regolare la chimica della troposfera , specialmente nel determinare ozono concentrazioni.

Usi

NO
2
viene utilizzato come intermedio nella produzione di acido nitrico , come agente nitrurante nella produzione di esplosivi chimici , come inibitore della polimerizzazione per acrilati , come agente sbiancante della farina e come agente di sterilizzazione a temperatura ambiente. È anche usato come ossidante nel carburante per missili , ad esempio nell'acido nitrico rosso fumante ; è stato utilizzato nei razzi Titan , per lanciare il Progetto Gemini , nei propulsori di manovra dello Space Shuttle , e nelle sonde spaziali senza equipaggio inviate su vari pianeti.

Fonti ed esposizione di origine umana

Per il grande pubblico, le fonti più importanti di NO
2
sono motori a combustione interna che bruciano combustibili fossili . All'aperto, NO
2
può essere il risultato del traffico di veicoli a motore.

All'interno, l'esposizione deriva dal fumo di sigaretta e da stufe e stufe a butano e cherosene .

Lavoratori in industrie dove NO
2
viene utilizzato sono anche esposti e sono a rischio di malattie polmonari professionali e NIOSH ha fissato limiti di esposizione e standard di sicurezza. I lavoratori agricoli possono essere esposti a NO
2
derivanti dalla decomposizione del grano nei silos; l'esposizione cronica può portare a danni ai polmoni in una condizione chiamata " malattia del silo-filler ".

Storicamente, il biossido di azoto è stato prodotto anche dai test nucleari atmosferici ed è stato responsabile del colore rossastro dei funghi atomici .

Tossicità

NO . gassoso
2
si diffonde nel fluido di rivestimento epiteliale (ELF) dell'epitelio respiratorio e si dissolve. Lì, reagisce chimicamente con molecole antiossidanti e lipidiche nell'ELF. Gli effetti sulla salute di NO
2
sono causati dai prodotti di reazione o dai loro metaboliti, che sono specie reattive dell'azoto e
specie
reattive dell'ossigeno che possono provocare broncocostrizione , infiammazione, ridotta risposta immunitaria e possono avere effetti sul cuore.

I percorsi indicati da una linea tratteggiata sono quelli per i quali l'evidenza è limitata ai risultati di studi sperimentali sugli animali, mentre sono disponibili evidenze da studi sull'esposizione umana controllata per i percorsi indicati da una linea continua. Le linee tratteggiate indicano i collegamenti proposti agli esiti dell'esacerbazione dell'asma e delle infezioni del tratto respiratorio. Gli eventi chiave sono effetti subclinici, gli endpoint sono effetti generalmente misurati in clinica e gli esiti sono effetti sulla salute a livello di organismo. NO 2  = biossido di azoto; ELF = fluido di rivestimento epiteliale.
Tubo di diffusione del biossido di azoto per il monitoraggio della qualità dell'aria. Posizionato nella City di Londra

Danno acuto dovuto a NO
2
è probabile che l'esposizione si manifesti solo in contesti lavorativi. L'esposizione diretta alla pelle può causare irritazioni e ustioni. Solo concentrazioni molto elevate della forma gassosa causano disagio immediato: 100-200 ppm possono causare lieve irritazione del naso e della gola, 250-500 ppm possono causare edema , portando a bronchite o polmonite , e livelli superiori a 1000 ppm possono causare la morte per asfissia da liquido nei polmoni. Spesso non ci sono sintomi al momento dell'esposizione a parte tosse transitoria, affaticamento o nausea, ma nell'arco di ore l'infiammazione dei polmoni provoca edema.

Per l'esposizione della pelle o degli occhi, l'area interessata viene lavata con soluzione salina. Per inalazione, si somministra ossigeno, si possono somministrare broncodilatatori e, se ci sono segni di metaemoglobinemia , una condizione che si verifica quando i composti a base di azoto influenzano l' emoglobina nei globuli rossi, si può somministrare blu di metilene .

È classificata come sostanza estremamente pericolosa negli Stati Uniti come definito nella Sezione 302 dell'US Emergency Planning and Community Right-to-Know Act (42 USC 11002), ed è soggetta a severi requisiti di segnalazione da parte delle strutture che producono, immagazzinano , o utilizzarlo in quantità significative.

Effetti sulla salute di NO
2
esposizione

Anche piccole variazioni quotidiane di NO
2
può causare alterazioni della funzionalità polmonare. Esposizione cronica a NO
2
può causare effetti respiratori tra cui infiammazione delle vie aeree in persone sane e aumento dei sintomi respiratori nelle persone con asma. NO
2
crea ozono che provoca irritazione agli occhi ed esacerba le condizioni respiratorie, portando a un aumento delle visite ai reparti di emergenza e dei ricoveri ospedalieri per problemi respiratori, in particolare l'asma.

Gli effetti della tossicità sulla salute sono stati esaminati utilizzando questionari e interviste di persona nel tentativo di comprendere la relazione tra NO
2
e asma. L'influenza degli inquinanti dell'aria indoor sulla salute è importante perché la maggior parte delle persone nel mondo trascorre più dell'80% del proprio tempo al chiuso. La quantità di tempo trascorso al chiuso dipende da diversi fattori, tra cui la regione geografica, le attività lavorative e il sesso tra le altre variabili. Inoltre, poiché l'isolamento domestico sta migliorando, ciò può comportare una maggiore ritenzione di inquinanti atmosferici interni, come NO
2
. Rispetto alla regione geografica, la prevalenza dell'asma varia dal 2 al 20% senza una chiara indicazione su cosa stia determinando la differenza. Questo potrebbe essere il risultato dell'"ipotesi igienica" o "stile di vita occidentale" che cattura le nozioni di case ben isolate e con meno abitanti. Un altro studio ha esaminato la relazione tra l'esposizione all'azoto in casa e i sintomi respiratori e ha trovato un valore statisticamente significativo odds ratio di 2,23 (95% CI: 1,06, 4,72) tra quelli con una diagnosi medica di asma ed esposizione ai fornelli a gas.

Una delle principali fonti di esposizione indoor a NO
2
è l'uso di stufe a gas per cucinare o riscaldare nelle case. Secondo il censimento del 2000, oltre la metà delle famiglie statunitensi utilizza stufe a gas e livelli di esposizione interna di NO
2
sono, in media, almeno tre volte superiori nelle abitazioni con cucina a gas rispetto a quelle elettriche con livelli più alti nelle case plurifamiliari. Esposizione a NO
2
è particolarmente dannoso per i bambini con asma. La ricerca ha dimostrato che i bambini con asma che vivono in case con stufe a gas hanno un rischio maggiore di sintomi respiratori come respiro sibilante, tosse e oppressione toracica. Inoltre, l'uso di fornelli a gas è stato associato a una ridotta funzionalità polmonare nelle ragazze con asma, sebbene questa associazione non sia stata trovata nei ragazzi. L'uso della ventilazione durante il funzionamento dei fornelli a gas può ridurre il rischio di sintomi respiratori nei bambini con asma.

In uno studio di coorte con bambini afroamericani di Baltimora appartenenti a minoranze urbane per determinare se esistesse una relazione tra NO
2
e l'asma per i bambini di età compresa tra 2 e 6 anni, con una diagnosi medica esistente di asma e una visita correlata all'asma, le famiglie di stato socioeconomico inferiore avevano maggiori probabilità di avere stufe a gas nelle loro case. Lo studio ha concluso che livelli più elevati di NO
2
all'interno di una casa sono stati collegati a un maggiore livello di sintomi respiratori tra la popolazione in studio. Questo esemplifica ulteriormente che NO
2
la tossicità è pericolosa per i bambini.

Effetti ambientali

Interazione di NO
2
e altri NO
X
con acqua, ossigeno e altre sostanze chimiche nell'atmosfera possono formare piogge acide che danneggiano ecosistemi sensibili come laghi e foreste. Elevati livelli di NO
2
può anche danneggiare la vegetazione, diminuendo la crescita e riducendo i raccolti.

Evitare NO
2
tossicità

Durante l'utilizzo di una stufa a gas, si consiglia di utilizzare anche la ventilazione. Gli studi dimostrano che nelle case con stufe a gas, se viene utilizzata la ventilazione durante l'utilizzo di stufe a gas, i bambini hanno minori probabilità di asma, respiro sibilante e bronchite rispetto ai bambini nelle case che non hanno mai utilizzato la ventilazione. Se lo sfiato non è possibile, sostituire i fornelli a gas con fornelli elettrici potrebbe essere un'altra opzione. La sostituzione dei fornelli a gas con fornelli elettrici potrebbe ridurre notevolmente l'esposizione all'NO 2 indoor e migliorare la funzione respiratoria dei bambini con asma. È importante mantenere in buono stato le stufe e le stufe a gas in modo che non inquinino NO 2 in più . 2015 International Residential Code che richiede l'utilizzo di cappe aspiranti per tutte le stufe e stabilisce gli standard per gli edifici residenziali. Ciò richiede che tutte le cappe da cucina abbiano uno sfiato che scarica all'esterno. Puoi anche prevenire l' esposizione a NO 2 evitando il fumo di sigaretta e non facendo girare la macchina al minimo quando possibile.

Limiti ambientali

L'EPA statunitense ha stabilito livelli di sicurezza per l'esposizione ambientale a NO
2
a 100 ppb, in media su un'ora, e 53 ppb, in media annualmente. A febbraio 2016, nessuna area degli Stati Uniti non era conforme a questi limiti e le concentrazioni erano comprese tra 10 e 20 ppb e le concentrazioni medie annue di NO 2 nell'ambiente , misurate con monitor a livello di area, sono diminuite di oltre il 40% da quando 1980.

Tuttavia, NO
2
le concentrazioni nei veicoli e in prossimità delle carreggiate sono sensibilmente superiori a quelle misurate ai monitor della rete attuale. In effetti, le concentrazioni all'interno del veicolo possono essere 2-3 volte superiori a quelle misurate nei monitor a livello di area nelle vicinanze. In prossimità della carreggiata (entro circa 50 metri (160 piedi)) le concentrazioni di NO 2 sono state misurate per essere approssimativamente dal 30 al 100% superiori rispetto alle concentrazioni lontano dalle carreggiate. Gli individui che trascorrono del tempo su o vicino a strade principali possono sperimentare esposizioni a NO 2 a breve termine notevolmente superiori a quelle misurate dalla rete attuale. Circa il 16% delle unità abitative statunitensi si trova entro 300 piedi (91 m) da una delle principali autostrade, ferrovie o aeroporti (circa 48 milioni di persone). Gli studi mostrano una connessione tra la respirazione di elevate concentrazioni di NO 2 a breve termine e l'aumento delle visite ai reparti di emergenza e dei ricoveri ospedalieri per problemi respiratori, in particolare l'asma. Le concentrazioni di esposizione a NO 2 vicino alle strade sono di particolare preoccupazione per gli individui sensibili, compresi gli asmatici, i bambini e gli anziani.

Per i limiti in altri paesi vedere la tabella nell'articolo Criteri di qualità dell'aria ambiente .

Guarda anche

Riferimenti

Fonti citate

link esterno