Tlenek azotu IV — wzór i właściwości
Tlenek azotu IV ma wzór NO₂. To brunatny, silnie trujący gaz powstający przy spalaniu paliw w wysokiej temperaturze.
Tlenek azotu IV ma wzór NO₂. To brunatny, silnie trujący gaz o ostrym zapachu, powstający między innymi przy spalaniu paliw w wysokiej temperaturze.
Właściwości
- Wzór — NO₂, azot na stopniu utlenienia IV
- Barwa — brunatna, dobrze widoczna
- Charakter — tlenek kwasowy
- Toksyczność — silna, drażni drogi oddechowe
Liczba rzymska w nazwie oznacza stopień utlenienia azotu, a nie liczbę atomów tlenu. Przy dwóch atomach tlenu, każdym na stopniu minus dwa, azot musi mieć stopień IV, by suma wyniosła zero.
Reakcja z wodą
NO₂ rozpuszczony w wodzie daje jednocześnie dwa kwasy: azotowy V oraz azotowy III. To przypadek dysproporcjonowania — azot przechodzi z jednego stopnia utlenienia na wyższy i niższy zarazem.
W obecności tlenu powstaje wyłącznie kwas azotowy V. Ta reakcja zachodzi też w atmosferze i odpowiada za powstawanie kwaśnych opadów zawierających azotany.
Skąd bierze się w powietrzu
Azot i tlen nie reagują ze sobą w normalnych warunkach, ale w wysokiej temperaturze silnika albo pieca łączą się w tlenek azotu II. Ten utlenia się następnie w powietrzu do NO₂.
Wynika stąd wniosek nieoczywisty: tlenki azotu powstają z samego powietrza, a nie ze składników paliwa. Dlatego ich emisji nie da się ograniczyć przez oczyszczanie paliwa — konieczny jest katalizator rozkładający je z powrotem na azot i tlen.
Znaczenie środowiskowe
Tlenki azotu biorą udział w powstawaniu smogu fotochemicznego, w którym pod wpływem światła słonecznego tworzy się ozon przy powierzchni ziemi. Ozon jest w tej roli szkodliwy, w odróżnieniu od warstwy ozonowej w stratosferze.
Stężenie NO₂ należy do podstawowych wskaźników jakości powietrza w miastach. Jego głównym źródłem jest transport, dlatego pomiary wykazują najwyższe wartości przy ruchliwych ulicach, a nie w skali całego miasta.
Równowaga z tetratlenkiem
NO₂ występuje w równowadze z bezbarwnym N₂O₄, powstającym z połączenia dwóch cząsteczek. Proporcje zależą od temperatury: w niższej przeważa forma bezbarwna, w wyższej brunatna.
Zjawisko to jest klasycznym doświadczeniem obrazującym regułę przekory. Ogrzanie naczynia z mieszaniną powoduje wyraźne pociemnienie gazu, a schłodzenie rozjaśnienie — zmianę widać gołym okiem, bez żadnych przyrządów pomiarowych.
Wykrywanie i pomiar
Brunatna barwa pozwala rozpoznać NO₂ wzrokowo, ale przy stężeniach niebezpiecznych dla zdrowia gaz bywa jeszcze niewidoczny. Do pomiaru używa się czujników elektrochemicznych albo metod optycznych.
Normy jakości powietrza określają dopuszczalne stężenie średnioroczne oraz godzinowe. Rozróżnienie to ma znaczenie, bo krótkotrwałe wysokie stężenie przy ruchliwej ulicy oddziałuje inaczej niż stała ekspozycja na niższą dawkę.