Tlenki azotu - wzory,właściwości
Tlenki azotu to połączenia azotu z tlenem. W piśmiennictwie, tlenki azotu zbiorowo określane są jako \(NO_x\) lub bardziej skrótowo NOX (od wzoru sumarycznego i angielskiego zwrotu Nitrogen OXides), jednak oprócz tlenków które opisać można wzorem \(NO_x\) (x= 1,2), występują również tlenki \(N_2O_x\) (x=1, 3, 4, 5). Bardziej ogólnie, azot w połączeniach z tlenem może występować na stopniach utlenienia -I, +II, +III, +IV, +V. W prostych tlenkach azot występuje na stopniach utlenienia +II (\(NO\)), +IV (\(NO_2\)), +V (\(N_2O_5\)). Inne tlenki mają charakter mieszany – w podtlenku azotu \(N_2O_3\), azot występuje na –I i +III stopniu utlenienia, a w tlenku \(N_2O_3\) – na stopniach utlenienia +II i +IV.
Tlenki azotu są gazami o charakterze kwaśnym – reagują z wodą, tworząc kwasy azotowe na odpowiednich stopniach utlenienia, tlenki na wyższych stopniach utlenienia są dobrymi utleniaczami.
Występowanie
Tlenki azotu występują w niewielkich ilościach w atmosferze Ziemi: powstają one w wyładowaniach elektrycznych w wyższych warstwach atmosfery oraz jako uboczne produkty spalania paliw kopalnych w powietrzu atmosferycznym (podczas spalania powstaje NO, który następnie jest utleniany do wyższych tlenków). W organizmach żywych występują niewielkie ilości tlenku azotu(II) jako cząsteczki przekaźnikowej, kontrolującej miedzy innymi ciśnienie krwi poprzez kurczenie i rozszerzanie naczyń krwionośnych.
Otrzymywanie
Przemysłowo, tlenek azotu(II) otrzymuje się poprzez utlenianie amoniaku tlenem w obecności katalizatora platynowego, w temperaturze 850°C. Podtlenek azotu \(N_2O\) (tlenek diazotu) otrzymuje się podczas łagodnego ogrzewania azotanu(V) w temperaturze 170 – 240°C. Pięciotlenek dwuazotu (tlenek azotu(V), \(N_2O_5\)), można otrzymać w laboratorium poprzez odwodnienie stężonego kwasu azotowego(V) za pomocą tlenku fosforu (reakcja 1).
\(12HNO_3 + P_4O_10 \rightarrow 6N_2O_5 + 4H_3PO_4\)
Zastosowania
Podtlenek azotu (zwany gazem rozśmieszającym) stosowany jest jako łagodny środek znieczulający w medycynie, a także w samochodach jako „dopalacz” zwiększający tymczasowo moc silnika (tzw. Nitro). Wyższe tlenki azotu – \(N_2O\), \(N_2O_4\) i \(N_2O_5\), znajdują zastosowanie jako utleniacze, zarówno w laboratorium jak i w różnego rodzaju dziedzinach techniki.
Znaczenie dla środowiska
Tlenki azotu należą do gazów powodujących efekt cieplarniany (zatrzymywanie ciepła w atmosferze Ziemi) oraz kwaśne deszcze - tlenki azotu reagują z parą wodną w atmosferze, tworząc kwas azotowy, którego roztwór opada na ziemię w postaci deszczu o niskim pH.
Głównym źródłem tlenków azotu w atmosferze jest spalanie paliw kopalnych w powietrzu w silnikach samochodowych i instalacjach przemysłowych. Tlenek azotu(II) powstaje wskutek reakcji azotu z tlenem w wysokiej temperaturze, która zachodzi równolegle do spalania. Dalej, \(NO\) ulega utlenianiu do wyższych tlenków azotu, aż do tlenku azotu(V), z którego może powstawać kwas azotowy(V).
Ze względu na niekorzystny wpływ tlenków azotu na środowisko, ich emisja z samochodów oraz instalacji przemysłowych jest ograniczana przy pomocy szeregu rozwiązań technologicznych. Większość tych rozwiązań opiera się na katalitycznym rozkładzie tlenków azotu do wolnego azotu i tlenu, np. katalizator samochodowy. Innym rozwiązaniem stosowanym zarówno w motoryzacji jak i w przemyśle jest redukcja tlenków azotu za pomocą amoniaku. W przemyśle – na tej zasadzie opiera się proces proces DeNOx (ang. Destruction of \(NO_x\)), oprócz amoniaku, do redukcji tlenków azotu używa się również wodnego roztworu mocznika, technologia wykorzystująca taki roztwór stosowana jest w motoryzacji nosi nazwę AdBlue™.