Dióxido de nitrógeno
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 NO 2se convierte en tetróxido de dinitrógeno incoloro ( N 2Oh 4) a bajas temperaturas y se convierte en NO 2a temperaturas más altas. | |||
| Nombres | |||
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| Nombre IUPAC Dióxido de nitrógeno | |||
| Otros nombres Óxido de nitrógeno (IV), [1] deutóxido de nitrógeno | |||
| Identificadores | |||
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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| EBICh |
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| Araña química |
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| Tarjeta informativa de la ECHA | 100.030.234 | ||
| Número CE |
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| 976 | |||
Identificador de centro de PubChem |
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| Número RTECS |
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| UNIVERSIDAD |
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| Número de la ONU | 1067 | ||
Panel de control CompTox ( EPA ) |
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| Propiedades | |||
| NO• 2 | |||
| Masa molar | 46,005 g·mol −1 | ||
| Apariencia | Gas marrón [2] | ||
| Olor | Similar al cloro | ||
| Densidad | 1,880 g/L [2] | ||
| Punto de fusión | −9,3 °C (15,3 °F; 263,8 K) [2] | ||
| Punto de ebullición | 21,15 °C (70,07 °F; 294,30 K) [2] | ||
| Hidrólisis | |||
| Solubilidad | Soluble en CCl 4, ácido nítrico , [3] cloroformo | ||
| Presión de vapor | 98,80 kPa (a 20 °C) | ||
| +150,0·10 −6 cm3 /mol [ 4] | |||
Índice de refracción ( n D ) | 1.449 (a 20 °C) | ||
| Estructura | |||
| C2v | |||
| Doblado | |||
| Termoquímica [5] | |||
Capacidad calorífica ( C ) | 37,2 J/(mol·K) | ||
Entropía molar estándar ( S ⦵ 298 ) | 240,1 J/(mol·K) | ||
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | +33,2 kJ/mol | ||
| Peligros | |||
| Seguridad y salud en el trabajo (SST/OHS): | |||
Principales peligros | Veneno, oxidante | ||
| Etiquetado SGA : | |||
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| Peligro | |||
| H270 , H314 , H330 | |||
| P220 , P260 , P280 , P284 , P305+P351+P338 , P310 | |||
| NFPA 704 (rombo cortafuegos) | |||
| Dosis o concentración letal (LD, LC): | |||
LC 50 ( concentración media ) | 30 ppm (conejillo de indias, 1 h ) 315 ppm (conejo, 15 min) 68 ppm (rata, 4 h) 138 ppm (rata, 30 min) 1000 ppm (ratón, 10 min) [7] | ||
LC Lo ( valor más bajo publicado ) | 64 ppm (perro, 8 h) 64 ppm (mono, 8 h) [7] | ||
| NIOSH (límites de exposición a la salud en EE. UU.): | |||
PEL (Permisible) | C 5 ppm (9 mg/m3 ) [ 6] | ||
REL (recomendado) | ST 1 ppm (1,8 mg/m3 ) [ 6] | ||
IDLH (Peligro inmediato) | 13 ppm [6] | ||
| Ficha de datos de seguridad (FDS) | ICSC 0930 | ||
| Compuestos relacionados | |||
Óxidos de nitrógeno relacionados | Pentóxido de dinitrógeno Tetróxido de dinitrógeno | ||
Compuestos relacionados | Dióxido de cloro Dióxido de carbono | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |||
El dióxido de nitrógeno es un compuesto químico con la fórmula NO2 . El dióxido de nitrógeno es uno de los óxidos de nitrógeno y es un gas de color marrón rojizo. Es una molécula paramagnética y curvada con simetría de grupo puntual C2v . En la industria, el NO2 es un intermediario en la síntesis de ácido nítrico , del cual se producen millones de toneladas cada año, principalmente para la producción de fertilizantes .
El dióxido de nitrógeno es venenoso y puede ser mortal si se inhala en grandes cantidades. [8] Cocinar con una estufa de gas produce dióxido de nitrógeno que empeora la calidad del aire interior . La combustión de gas puede provocar un aumento de las concentraciones de dióxido de nitrógeno en todo el entorno doméstico, lo que está relacionado con problemas y enfermedades respiratorias . [9] [10] Se ha estimado que la CL50 ( dosis letal media ) para los seres humanos es de 174 ppm para una exposición de 1 hora. [11] También se incluye en la familia de contaminantes atmosféricos NOx .
Propiedades
El dióxido de nitrógeno es un gas de color marrón rojizo con un olor acre y penetrante por encima de los 21,2 °C (70,2 °F; 294,3 K) y se convierte en un líquido de color marrón amarillento por debajo de los 21,2 °C (70,2 °F; 294,3 K). Forma un equilibrio con su dímero , el tetróxido de dinitrógeno ( N 2 O 4 ), y se convierte casi por completo en N 2 O 4 por debajo de los −11,2 °C (11,8 °F; 261,9 K). [6]
La longitud de enlace entre el átomo de nitrógeno y el átomo de oxígeno es de 119,7 pm . Esta longitud de enlace es coherente con un orden de enlace entre uno y dos.
A diferencia del ozono ( O 3 ), el estado electrónico fundamental del dióxido de nitrógeno es un estado doblete , ya que el nitrógeno tiene un electrón desapareado, [12] lo que disminuye el efecto alfa en comparación con el nitrito y crea una interacción de enlace débil con los pares solitarios de oxígeno. El electrón solitario en NO 2 también significa que este compuesto es un radical libre , por lo que la fórmula para el dióxido de nitrógeno a menudo se escribe como • NO 2 .
El color marrón rojizo es consecuencia de la absorción preferencial de luz en la región azul del espectro (400–500 nm), aunque la absorción se extiende a lo largo del espectro visible (en longitudes de onda más cortas) y al infrarrojo (en longitudes de onda más largas). La absorción de luz en longitudes de onda inferiores a unos 400 nm da lugar a la fotólisis (para formar NO + O , oxígeno atómico); en la atmósfera, la adición del átomo de oxígeno así formado al O 2 da lugar al ozono.
Preparación
En el ámbito industrial, el dióxido de nitrógeno se produce y se transporta en forma de su dímero líquido criogénico, el tetróxido de dinitrógeno . Se produce industrialmente mediante la oxidación del amoníaco, el proceso de Ostwald . Esta reacción es el primer paso en la producción de ácido nítrico: [13]
- 4NH3 + 7O2 → 4NO2 + 6H2O
También se puede producir por oxidación del cloruro de nitrosilo :
- 2NOCl + O2 → 2NO2 + Cl2
En cambio, la mayoría de las síntesis de laboratorio estabilizan y luego calientan el ácido nítrico para acelerar la descomposición. Por ejemplo, la descomposición térmica de algunos nitratos metálicos genera NO 2 : [14]
- Pb(NO3 ) 2 → PbO + 2 NO2 + 1 ⁄ 2 O2
Alternativamente, la deshidratación del ácido nítrico produce nitrato de nitronio ...
- 2HNO3 → N2O5 + H2O
- 6 HNO 3 + 1 ⁄ 2 P 4 O 10 → 3 N 2 O 5 + 2 H 3 PO 4
...que posteriormente sufre descomposición térmica:
- norte 2 O 5 → 2 NO 2 + 1 ⁄ 2 O 2
El NO 2 se genera por la reducción del ácido nítrico concentrado con un metal (como el cobre):
- 4 HNO 3 + Cu → Cu(NO 3 ) 2 + 2 NO 2 + 2 H 2 O
Reacciones seleccionadas
El ácido nítrico se descompone lentamente en dióxido de nitrógeno mediante la reacción general:
- 4 HNO 3 → 4 NO 2 + 2 H 2 O + O 2
El dióxido de nitrógeno así formado confiere el color amarillo característico que suele exhibir este ácido. Sin embargo, la reacción es demasiado lenta para ser una fuente práctica de NO 2 .
Propiedades térmicas
A bajas temperaturas, el NO 2 se convierte reversiblemente en el gas incoloro tetróxido de dinitrógeno ( N 2 O 4 ):
- 2NO2⇌N2O4
El equilibrio exotérmico tiene un cambio de entalpía Δ H = −57,23 kJ/mol . [15]
A 150 °C (302 °F; 423 K), el NO 2 se descompone con liberación de oxígeno a través de un proceso endotérmico ( Δ H = 14 kJ/mol ):
- 2NO2 → 2NO + O2
Como oxidante
Como lo sugiere la debilidad del enlace N–O, el NO2 es un buen oxidante. Por lo tanto, arderá, a veces de manera explosiva, en presencia de hidrocarburos . [16]
Hidrólisis
El NO 2 reacciona con el agua para dar ácido nítrico y ácido nitroso :
- 2 NO 2 + H 2 O → HNO 3 + HNO 2
Esta reacción es uno de los pasos del proceso de Ostwald para la producción industrial de ácido nítrico a partir de amoníaco. [13] Esta reacción es insignificantemente lenta a bajas concentraciones de NO 2 características de la atmósfera ambiental, aunque se produce cuando el NO 2 es absorbido por las superficies. Se cree que esta reacción superficial produce HNO 2 gaseoso (que a menudo se escribe HONO ) en ambientes exteriores e interiores. [17]
Conversión a nitratos
El NO 2 se utiliza para generar nitratos metálicos anhidros a partir de los óxidos: [15]
- MO + 3 NO 2 → M(NO 3 ) 2 + NO
Los yoduros de alquilo y de metales dan los nitratos correspondientes: [12]
- TiI 4 + 8 NO 2 → Ti(NO 3 ) 4 + 4 NO + 2 I 2
Con compuestos orgánicos
La reactividad del dióxido de nitrógeno hacia los compuestos orgánicos se conoce desde hace mucho tiempo. [18] Por ejemplo, reacciona con amidas para dar derivados N-nitrosos. [19] Se utiliza para nitraciones en condiciones anhidras. [20]
Usos
El NO 2 se utiliza como intermediario en la fabricación de ácido nítrico , como agente nitrante en la fabricación de explosivos químicos , como inhibidor de la polimerización de acrilatos , como agente blanqueador de harina , [21] : 223 y como agente de esterilización a temperatura ambiente. [22] También se utiliza como oxidante en el combustible para cohetes , por ejemplo en el ácido nítrico fumante rojo ; se utilizó en los cohetes Titán , para lanzar el Proyecto Géminis , en los propulsores de maniobra del transbordador espacial y en sondas espaciales no tripuladas enviadas a varios planetas. [23]
Presencia ambiental
El dióxido de nitrógeno generalmente surge a través de la oxidación del óxido nítrico por el oxígeno en el aire (por ejemplo, como resultado de la descarga de corona ): [15]
- 2NO2 + O2 → 2NO2
El NO 2 se introduce en el medio ambiente por causas naturales, entre ellas la entrada desde la estratosfera , la respiración bacteriana, los volcanes y los rayos. Estas fuentes hacen que el NO 2 sea un gas traza en la atmósfera de la Tierra , donde desempeña un papel en la absorción de la luz solar y la regulación de la química de la troposfera , especialmente en la determinación de las concentraciones de ozono . [24]
Fuentes antropogénicas
El dióxido de nitrógeno también se forma en la mayoría de los procesos de combustión . A temperaturas elevadas, el nitrógeno se combina con el oxígeno para formar dióxido de nitrógeno:
- N2 + 2O2 → 2NO2
Para el público en general, las fuentes más importantes de NO 2 son los motores de combustión interna , ya que las temperaturas de combustión son lo suficientemente altas como para combinar térmicamente parte del nitrógeno y el oxígeno del aire para formar NO 2 . [8]
En el exterior, el NO2 puede ser el resultado del tráfico de vehículos motorizados. [25] En el interior, la exposición surge del humo del cigarrillo, [26] y de los calentadores y estufas de butano y queroseno . [27] Los niveles de exposición al NO2 en el interior son , en promedio, al menos tres veces más altos en hogares con estufas de gas en comparación con estufas eléctricas. [28] [29]
Los trabajadores de industrias en las que se utiliza NO 2 también están expuestos y corren el riesgo de sufrir enfermedades pulmonares ocupacionales , y el NIOSH ha establecido límites de exposición y estándares de seguridad. [6] Los trabajadores en áreas de alto voltaje, especialmente aquellos con creación de chispas o plasma, están en riesgo. [ cita requerida ] Los trabajadores agrícolas pueden estar expuestos al NO 2 que surge de la descomposición del grano en silos; la exposición crónica puede provocar daño pulmonar en una condición llamada " enfermedad del llenador de silos ". [30] [31]
Toxicidad
El NO 2 se difunde en el líquido de revestimiento epitelial (ELF) del epitelio respiratorio y se disuelve. Allí, reacciona químicamente con las moléculas antioxidantes y lipídicas en el ELF. Los efectos del NO 2 sobre la salud son causados por los productos de reacción o sus metabolitos, que son especies reactivas de nitrógeno y especies reactivas de oxígeno que pueden provocar broncoconstricción , inflamación, reducción de la respuesta inmunitaria y pueden tener efectos sobre el corazón. [32]
Exposición aguda
Los daños agudos debidos a la exposición al NO2 son poco frecuentes. Entre 100 y 200 ppm pueden causar una leve irritación de la nariz y la garganta, entre 250 y 500 ppm pueden causar edema , que puede derivar en bronquitis o neumonía , y niveles superiores a 1000 ppm pueden causar la muerte por asfixia por líquido en los pulmones. A menudo no hay síntomas en el momento de la exposición, salvo tos pasajera, fatiga o náuseas, pero con el paso de las horas la inflamación de los pulmones provoca edema. [33] [34]
En caso de exposición cutánea o ocular, se lava la zona afectada con solución salina. En caso de inhalación, se administra oxígeno, se pueden administrar broncodilatadores y, si hay signos de metahemoglobinemia , una afección que surge cuando los compuestos a base de nitrógeno afectan la hemoglobina de los glóbulos rojos, se puede administrar azul de metileno . [35] [36]
Está clasificada como una sustancia extremadamente peligrosa en los Estados Unidos según se define en la Sección 302 de la Ley de Planificación de Emergencias y Derecho a Saber de la Comunidad de los Estados Unidos (42 USC 11002), y está sujeta a estrictos requisitos de notificación por parte de las instalaciones que la producen, almacenan o usan en cantidades significativas. [37]
A largo plazo
La exposición a niveles bajos de NO 2 a lo largo del tiempo puede provocar cambios en la función pulmonar. [38] Cocinar con una estufa de gas se asocia con una peor calidad del aire interior . La combustión de gas puede provocar un aumento de las concentraciones de dióxido de nitrógeno en el entorno doméstico, lo que está relacionado con problemas y enfermedades respiratorias . [9] [10] Los niños expuestos al NO 2 tienen más probabilidades de ser hospitalizados por asma . [39]
Efectos ambientales
La interacción del NO 2 y otros NO x con el agua, el oxígeno y otras sustancias químicas de la atmósfera puede formar lluvia ácida que daña ecosistemas sensibles como lagos y bosques. [40] Los niveles elevados de NO
2También puede dañar la vegetación, disminuyendo el crecimiento y reduciendo el rendimiento de los cultivos. [41]
Véase también
- Tetróxido de dinitrógeno ( N 2 O 4 )
- Óxido nítrico ( NO ): contaminante de corta duración porque se convierte en NO 2 en presencia de ozono.
- Nitrito ( NO − 2 )
- Óxido nitroso ( N2O ) – “gas de la risa ”, una molécula lineal, isoelectrónica con el CO2 pero con una disposición asimétrica de átomos ( NNO )
- Nitrilo
Referencias
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Fuentes citadas
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Enlaces externos
- Ficha internacional de seguridad química 0930
- Inventario Nacional de Contaminantes – Hoja informativa sobre óxidos de nitrógeno
- Guía de bolsillo del NIOSH sobre peligros químicos
- Informes de la OMS-Europa: Aspectos sanitarios de la contaminación del aire (2003) (PDF) y "Respuesta a las preguntas de seguimiento de CAFE (2004)" (PDF)
- Contaminación del aire por dióxido de nitrógeno
- Mapa mundial actual de la distribución del dióxido de nitrógeno
- Una revisión de los impactos agudos y a largo plazo de la exposición al dióxido de nitrógeno en el Reino Unido Informe de investigación del IOM TM/04/03
- Reacción del dióxido de nitrógeno con hidrocarburos y su influencia en la ignición espontánea