VIII. CÁC OXIT CỦA NITƠ
4.Nitơ dioxit: NO2 và dinitơ tetraoxit N2O
a. Cấu tạo
Phân tử NO2 là phân tử cĩ gĩc, giống như các phân tử O3 và SO2.
- Theo thuyết VB: N trong phân tử NO2 cĩ trạng thái lai hĩa sp2. Hai obitan lai hĩa sp2 được dùng để tạo hai liên kết σ giữa N và hai nguyên tử O, cịn lại một obitan sp2 chứa 1 electron độc thân. Một obitan 2p khơng lai hĩa cịn lại của N cĩ 1 electron độc thân được dùng để tạo liên kết π khơng định chỗ với một trong hai nguyên tử O bên cạnh.
1,19A01340 1340 O O
N
.
- Theo thuyết MO: Phân tử NO2 cĩ cấu hình electron như sau:
(2sa)2(2sb)2(σslk)2(σzlk)2(πylk)2(2pxa)2(2pxb)2(πy)2(σx)1
b. Tính chất lí học
NO2 là chất khí cĩ màu nâu đỏ, nặng hơn khơng khí, cĩ mùi khĩ chịu và độc. Là một phân tử cĩ số electron lẻ, ngồi tính cĩ màu, phân tử NO2 dễ trùng hợp thành N2O4 nhờ sự ghép đơi của 2 electron độc thân trên nguyên tử N. Hỗn hợp hai oxit NO2 và N2O4 ở trạng thái cân bằng với nhau
2NO2 N2O4 ∆H0 = -61,5 kJ/mol
(nâu đỏ) (vàng nhạt)
Cân bằng này phụ thuộc vào nhiệt độ. Ở trạng thái rắn, oxit tồn tại hồn tồn dưới dạng phân tử N2O4. Ở trạng thái lỏng N2O4 phân li một phần. Ở nhiệt độ nĩng chảy -11,2 0C, chất lỏng chứa 0,01% NO2 và cĩ màu vàng nhạt, ở nhiệt độ sơi 21,15 0C, chất
lỏng chứa 0,1% NO2 và cĩ màu nâu đỏ. Ở 100 0C, hơi chứa đến 90% NO2 và đến 140
0C, N2O4 phân li hồn tồn.
Ở 1500C NO2 bị phân hủy theo phản ứng: 2NO2 → 2NO + O2 đến 6000C thì phân hủy hồn tồn. Bỡi vậy than, lưu huỳnh, photpho cĩ thể cháy tiếp tục trong NO2 ở nhiệt độ này. Các oxit NO2 và N2O4 hợp nước tạo thành axit nitrơ và axit nitric:
2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3
Nên nĩ tác dụng với dung dịch kiềm tạo thành muối nitrit và nitrat
2NO2 + 2NaOH → NaNO2 + NaNO3 + H2O
Như vậy các xit NO2 và N2O4 được xem là anhidrit hỗn tạp của axit nitrơ và axit nitric. Khí NO2 vừa cĩ tính oxi hĩa vừa cĩ tính khử, nĩ cĩ thể tương tác với một số phi kim, kim loại và với hidro
2NO2 + Cl2 → 2NO2Cl (nitroni clorua)
2NO2 + 7H2 → 2NH3 + 4H2O
NO2 + 2Cu → Cu2O + NO
Nĩ oxi hĩa CO thành CO2, SO2 thành SO3
NO2 + CO → CO2 + NO
NO2 + SO2 → SO3 + NO
Với những chất ơxi hĩa mạnh như NO2 thể hiện tính khử
2NO2 + O3 → N2O5 + O2
H2O2 + 2NO2 → 2HNO3
Mặt khác, tuy khơng phải là dung mơi rất tốt vì hằng số điện mơi bé (2,47), N2O4 lỏng cĩ khả năng hịa tan một số chất nhờ nĩ tương tác với những chất đĩ. Nĩ hịa tan hidrocacbon, rượu, ete và những hợp chất hữu cơ khác. Nĩ tác dụng với một số kim loại, muối clorua, clorat:
M + N2O4 → MNO3 + NO (M là kim loại kiềm, bạc)
M + N2O4 → M(NO3)2 + 2NO (M là Cu, Pb)
KCl + N2O4 → KNO3 + NOCl
NaClO3 + N2O4 → NaNO3 + NO2 + ClO2
d. Điều chế
- Trong phịng thí nghiệm: NO2 được điều chế bằng cách cho Cu tác dụng với axit nitric
đặc: Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
- Trong cơng nghiệp NO2 là sản phẩm trung gian để điều chế axit nitric, nĩ được tạo thành khi cho NO tác dụng với oxi