二氧化氮

二氧化氮 圖片來自東方天氣網

二氧化氮（化學式：NO2），是氮氧化物之一。室溫下為有刺激性氣味的紅棕色順磁性 氣體，易溶於水，溶於水部分生成硝酸和一氧化氮。二氧化氮吸入後對肺組織具有強烈的刺激性和腐蝕性。作為氮氧化物之一的二氧化氮，是工業合成硝酸的中間產物，每年有大約幾百萬噸被排放到大氣中，是一種主要的大氣污染物。

目錄

結構

二氧化氮是含有大π鍵結構的典型分子。大π鍵含有三個電子，其中兩個進入成鍵π軌道，一個進入非鍵π軌道。NO₂是一個順磁性彎曲型的分子，對稱點群為C_2v。ONO鍵角為134.3°，N-O鍵長119.7pm。

二氧化氮分子含有一個未成對電子，因此它的很多反應類似於自由基。比如，它很容易發生二聚，且在有機合成中用作硝化劑，可以從飽和烴中奪取氫（見下面的反應），也可以與不飽和烴或芳香烴發生加成反應。

rm RH+NO_2\rightarrow R\cdot + HONO

反應

主要反應

150 °C時二氧化氮分解放出氧氣。該反應是一個吸熱反應（ΔH = 114 kJ/mol）。

rm 2NO_2 = 2NO+O_2

二氧化氮中的N-O鍵鍵能較低，故它是一個很好的氧化劑。特定條件下可以將氯化氫、一氧化碳等還原劑氧化。有時與烴混合後，會使烴類發生爆炸性燃燒。

與水反應歧化生成硝酸。該反應是工業上用氨制硝酸（奧斯特瓦爾德制硝酸法）的反應之一。

rm 3NO_2+H_2O= NO+2HNO_3

溶於氫氧化鈉溶液歧化生成亞硝酸鈉與硝酸鈉，該反應是除去實驗中二氧化氮尾氣的常用反應。

rm 2NO_2+2NaOH=NaNO_3+NaNO_2+H_2O

與一氧化氮溶於氫氧化鈉溶液歸中生成亞硝酸鈉

rm NO+NO_2+2NaOH = 2NaNO_2+H_2O

光照或加熱時，硝酸可以分解出二氧化氮，這就造成了大多數硝酸樣品所特有的黃色：

rm 4HNO_3 =4NO_2\uparrow+2H_2O+O_2\uparrow

NO₂與金屬氧化物反應生成無水金屬硝酸鹽：

rm MO+3NO_2=2M(NO_3)_2+NO\uparrow

烷基和金屬碘化物也可以通過類似的反應生成相應的硝酸酯和硝酸鹽：

rm TiI_4+8NO_2 =Ti(NO_3)_4+4NO\uparrow+2I_2

rm 2CH_3I+4NO_2 \rightarrow 2CH_3ONO_2+2NO+I_2

聚合反應

NO₂（紅棕色順磁性氣體）很容易聚合。通常情況下與其二聚體形式——四氧化二氮（無色抗磁性氣體）混合存在，構成一種平衡態混合物。

rm 2NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4</math>；<math>\rm \ \Delta H = -57.23 kJ/mol

NO₂到N₂O₄是個放熱反應，因此順磁性的NO₂單體在高溫時穩定。在低溫下，二氧化氮（NO₂）氣體轉化為無色的四氧化二氮（N₂O₄）氣體；在高溫下，由N₂O₄轉變回NO₂。無色抗磁性的N₂O₄可以通過在–11.2°C的熔點熔化它的固體而得到。 固態時（凝固點以下），混合物幾乎全部為四氧化二氮，二氧化氮占0.1%不到。溫度高於140°C時，則全部解離。

製備

工業上用空氣中的氧氣氧化一氧化氮製取二氧化氮：

mathrm{2NO} + \mathrm{O}_2 \longrightarrow \mathrm{2NO}_2

在實驗室中，可以通過金屬硝酸鹽的熱分解反應製備少量的二氧化氮：

rm 2Pb(NO_3)_2=2PbO+4NO_2+O_2\uparrow

也可以通過五氧化二氮的熱分解來製備NO₂。五氧化二氮可以通過硝酸脫水得到。

rm 2HNO_3 = N_2O_5\uparrow+H_2O

rm 2N_2O_5 \stackrel{\Delta}{=\!=\!=\!=} 4NO_2+O_2\uparrow

生成的氣體冷凝以除去硝酸，再通過五氧化二磷乾燥，便得到較純淨的二氧化氮。

銅與濃硝酸也可以生成二氧化氮：

rm Cu+4HNO_3=Cu(NO_3)_2+ 2NO_2\uparrow+2H_2O

硝酸光照也會產生。

污染及毒性

二氧化氮會刺激眼睛、鼻、咽喉及呼吸道的黏膜，接觸低濃度的二氧化氮會令支氣管過敏及加劇哮喘病人對致敏原的反應。此外，二氧化氮亦會令慢性呼吸系統疾病患者的病情惡化。長時間接觸二氧化氮可能會減弱肺部功能以及降低呼吸系統抵抗疾病的能力。

空氣中的二氧化氮可由大多數燃燒過程生成。在高溫下，氮氣與氧氣結合而產生二氧化氮：

rm 2O_2+N_2\rightarrow 2NO_2

最重要的NO₂排放源是內燃發動機，火力發電廠，以及製漿廠。大氣核試驗也是二氧化氮的一個來源。這也是核爆時蘑菇雲略帶紅色的緣故。這些過程都需要吸入大量的空氣來幫助燃燒，從而將氮氣引入到高溫的燃燒反應中，最終產生了氮氧化物。因此，控制氮氧化物要求精細的控制為助燃而吸入的空氣量。

二氧化氮對大氣化學（比如對流層臭氧的形成）有影響。一項最近由加州大學聖地亞哥分校的研究者發表的結果顯示空氣中NO₂的濃度與嬰兒猝死症有一定聯繫。