Кислородные соединения азота

В кислородных соединениях азот проявляет степень окисления от +1 до +5.

N₂O ; NO ; N₂O₃ ; NO₂ ; N₂O₄ ; N₂O₅

Оксиды N₂O и NO – несолеобразующие, остальные солеобразующие.

Оксид азота (I) и оксид азота (II) – бесцветные газы, оксид азота (III) – синяя жидкость, (IV) – бурый газ, (V) – прозрачные бесцветные кристаллы.

Кроме N₂O, все они чрезвычайно ядовиты. Закись азота N₂O обладает весьма своеобразным физиологическим действием, за которые ее часто называют веселящим газом. Вот как описывают действия закиси азота английский химик Хэмфри Дэви, который с помощью этого газа устраивал специальные сеансы: «Одни джентльмены прыгали по столам и стульям, у других развязывались языки, третьи обнаружили чрезвычайную склонность к потасовке». Вдыхание N₂O вызывает потерю болевых ощущений и поэтому применяется в медицине как анестезирующее средство.

МВС предполагает в молекуле N₂O наличие ионов N⁺ и N^–

sp-гибридизация

↑

↑

↑

↑

⁺N

↑↓

↑↓

↓

↓

^–N

↑↓

↑↓

↓

↓

O

За счет sp-гибридизации ион N⁺ дает 2σ связи: одну с N^– и другую с атомом кислорода. Эти связи направлены под углом 180º друг к другу и молекула N₂O линейна. Структуру молекулы определяет направленность σ связей. Оставшиеся у N⁺ два p-электрона образуют еще по одной π-связи: одну с ионом N^– и другую с атомом кислорода. Отсюда N₂O имеет строение

_{σ σ}

: N^– = N⁺ = O :

^{· · · ·}

Склонность NO₂ к димеризации – следствие нечетного числа электронов в молекуле (парамагнитна).

С оксидами азота связаны серьезные экологические проблемы. Увеличение их концентрации в атмосфере приводит к образованию азотной кислоты и соответсвенно кислотных дождей.

N₂O₃ взаимодействует с водой, образует неустойчивую азотистую кислоту HNO₂, которая существует только в разбавленных растворах, так как легко разлагается

2HNO₂ = N₂O₃ + H₂O.

HNO₂ может быть более сильным восстановителем, чем HNO₃, о чём свидетельствуют значения стандартных электродных потенциалов.

HNO₃ + 2 Н⁺ + 2е = HNO₂ + Н₂О Е⁰ = + 0,93 В

HNO₂ + Н⁺ + 1е = NO + H₂O Е⁰ = + 1,10 В

HNO₂ + 1e = NO + H⁺ Е⁰ = + 1,085 В

Ее соли нитриты – устойчивы. HNO₂ - кислота средней силы (К ≈ 5 · 10^–4). Наряду с кислотной диссоциацией в незначительной степени идет диссоциация с образованием NO⁺ и OH^–.

Степень окисления азота в нитритах промежуточная (+3), поэтому в реакциях он может вести себя и как окислитель, и как восстановитель, т.е. обладает окислительно-восстановительной двойственностью.

Сильные окислители переводят NO₂^– в NO₃^–.

5NaNO₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5NaNO₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

Сильные восстановители обычно восстанавливают HNO₂ до NO.

2NaNO₂ + 2KI + 2H₂SO₄ = Na₂SO₄ +2NO + I₂ + K₂SO₄ +2H₂O

Может происходить также процесс диспропорционирования, одновременного увеличения и уменьшения степени окисления атомов одного и того же элемента.

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O

Нитриты обладают токсичностью: переводят гемоглобин в метгемоглобин, не способный переносить кислород и они служат причиной образования в продуктах питания нитрозааминов R₂N–NO – канцерогенных веществ.