Диоксид азота (NO 2) - это токсичный газ красно-бурого цвета с резким запахом, который образуется при сгорании топлива в двигателях автомобилей, на тепловых электростанциях, в промышленных печах. Выбросы NO 2 оказывают пагубное воздействие на здоровье людей и экологию городов.
Химические свойства и получение диоксида азота
По химической природе NO 2 - это оксид азота с четырьмя валентностями и молекулярной формулой NO 2. В обычных условиях он находится в равновесии со своим димером - тетраоксидом диазота N2O4. Это равновесие зависит от температуры:
- При температуре ниже -11,2°С преобладает N2O4
- В интервале температур от -11,2°С до 140°С смесь NO 2 и N2O4 примерно 1:1
- Выше 140°С находится почти чистый NO 2
В лабораторных условиях NO 2 можно получить несколькими способами:
- Действием азотной кислоты на медь:
3Cu + 8HNO 3 → 3Cu(NO 3)2 + 2NO + 4H2O
2NO + O2 → 2NO 2
- Термическим разложением нитрата свинца при 300-450°C:
2Pb(NO 3)2 → 2PbO + 4NO 2 ↑ + O2 ↑
- При взаимодействии нитритов с серной кислотой:
NaNO 2 + H2SO4 → NaHSO4 + NO 2 ↑ + H2O
Полученный оксид азота(IV) используется затем для синтеза азотной кислоты, производства нитратов и как окислитель.
Формула диоксида азота - это молекулярная формула NO 2, которая отражает состав молекулы из одного атома азота и двух атомов кислорода.
Химические реакции с участием диоксида азота
Диоксид азота обладает высокой химической активностью и способен взаимодействовать с различными веществами.
При контакте с водой NO 2 диспропорционирует с образованием смеси азотной и азотистой кислот:
3NO 2 + H2O → 2HNO 3 + NO
А поскольку азотистая кислота неустойчива, то в итоге получается азотная кислота и оксид азота(II):
2NO 2 + H2O → HNO 3 + HNO 2 HNO 2 → HNO 3 + NO
В реакциях окисления NO 2 выступает в роли сильного окислителя. Например, окисляет сернистый газ SO2 до серного ангидрида SO3:
2NO 2 + SO2 → SO3 + NO
Эта реакция используется в производстве серной кислоты по нитрозному способу. Кроме того, диоксид азота воспламеняет такие вещества, как фосфор, сера, углерод.
При растворении NO 2 в щелочах образует смесь нитратов и нитритов:
2NO 2 + 2NaOH → NaNO 2 + NaNO 3 + H2O
Формула диоксида азота NO 2 отражает состав молекулы этого соединения, помогая структурно представить его реакционную способность.
Токсичность диоксида азота
Диоксид азота относится к высокотоксичным веществам, даже в небольших концентрациях раздражает дыхательные пути и вызывает кашель, а в бóльших дозах способен вызвать отек легких.
Основные пути поступления NO 2 в организм:
- Через дыхательную систему с вдыхаемым воздухом
- Через желудочно-кишечный тракт с пищей и водой
- Через кожу при длительном контакте с зараженным воздухом
К категории риска относятся люди, работающие на предприятиях химической и других отраслей промышленности, использующих NO 2. А также жители городов с высоким уровнем автомобильных выбросов.
Воздействие на окружающую среду
Поступление диоксида азота в атмосферу происходит в результате выбросов от стационарных источников (заводы, фабрики, ТЭС) и передвижных источников (автотранспорт). Этот газ вносит значительный вклад в формирование смога и кислотных дождей в городах. Кроме того, диоксид азота уменьшает содержание гемоглобина в крови растений, что приводит к снижению их устойчивости.
Образующаяся в результате растворения NO 2 азотная кислота разъедает растительность, вызывает коррозию зданий, памятников культуры, сокращает срок службы оборудования.
Таким образом, формула диоксида азота NO 2 наглядно демонстрирует, что всего два "невинных" атома кислорода превращают этот газ в опасное экотоксикантное вещество.
Нормирование содержания диоксида азота
Для контроля загрязнения атмосферы диоксидом азота введены гигиенические нормативы его предельно допустимых концентраций в воздухе населенных мест:
- Среднесуточная ПДК NO 2 составляет 0,04 мг/м3
- Максимальная разовая ПДК составляет 0,2 мг/м3
При превышении этих значений начинают проявляться негативные эффекты на здоровье. Основным методом определения концентрации диоксида азота в атмосфере является химический анализ проб воздуха газоанализаторами в автоматическом режиме.
Основные мероприятия по снижению выбросов NO 2
Чтобы уменьшить выбросы диоксида азота в атмосферу и снизить его вредное влияние на здоровье людей и экологическую обстановку в городах, необходим комплекс мер.
- Ужесточение экологических требований для транспорта и промышленных предприятий
- Модернизация пылегазоочистного оборудования на заводах и фабриках
- Переход общественного транспорта на экологичные виды топлива
- Расширение зеленых зон в городах
Также важно информировать население о вреде токсичных выбросов и способах снижения личного "экологического следа".
Защита от воздействия диоксида азота
Чтобы минимизировать риск отравления диоксидом азота, рекомендуется придерживаться следующих мер предосторожности:
- Избегать пребывания на открытом воздухе в местах и время сильного смога
- Использовать противогазы и респираторы в условиях промышленных выбросов NO 2
- Устанавливать на окна жилых помещений и офисов эффективные газовые фильтры
- Регулярно проветривать помещения и делать влажную уборку
NO 2 в составе горючих и взрывчатых смесей
Благодаря высокой реакционной способности и наличию кислорода в составе молекулы, диоксид азота является эффективным окислителем горючих смесей.
NO 2 используется:
- В составе ракетных топлив совместно с такими горючими, как гидразин, керосин
- Вместе с органическими соединениями (бензин, масла) для изготовления взрывчатых смесей в военном деле и промышленных взрывных работах
Однако следует помнить, что при этом в атмосферу попадают токсичные продукты горения, усугубляющие экологическую обстановку.
