חנקן דו-חמצני

תבנית:אין לבלבל עםתבנית:תרכובת חנקן דו־חמצני הוא תרכובת שנוסחתה NO₂. בטמפרטורת החדר תחמוצת חנקן זו היא גז רעיל, הפוגע בדרכי הנשימה ובריאות בפרט. צבעו חום וריחו חריף. החומר פאראמגנטי, על החנקן אלקטרון בלתי מזווג כך שהמולקולה היא רדיקל חופשי, שני הקשרים חנקן־חמצן חולקים אלקטרונים לא מאותרים כך שסדר הקשר הוא בין 1 ל־2.

חנקן דו־חמצני משמש כדלק לטילים ולתגובות ניטרציה. הוא מזהם אוויר הנוצר במנועי בעירה פנימית ונחשב לתחמוצת החנקן הנפוצה ביותר.

מבחנה לדגימת חנקן דו־חמצני כמזהם אוויר בלונדון.

הכנה

בדרך כלל מיוצר חנקן דו־חמצני מתגובה של חנקן חמצני (NO) עם חמצן אטמוספירי

• $2NO+O_2\Rightarrow 2N{O}_2$

במעבדה ניתן לייצר חנקן דו־חמצני בתהליך דו שלבי: פרוק חומצה חנקתית נותן דו חנקן חמש חמצני (N₂O₅) העובר אחר כך פרוק בחימום:

• $2HN{O}_3\Rightarrow N_2{O}_5+H_{2}O$
• $2N_2{O}_5\Rightarrow 4N{O}_2+O_2$

NO2 נוצר גם מפרוק תרמי של כמה מלחי ניטראט למשל:

• $2Pb(N{O}_3{)}_2\Rightarrow 2PbO+4N{O}_2+O_2$

מחיזור חומצה חנקתית על ידי נחושת

• $Cu+4HN{O}_3\Rightarrow Cu(N{O}_3{)}_2+2H_{2}O+2N{O}_2$

או בתגובה בין בדיל לחומצה חנקתית

• $Sn+4HN{O}_3\Rightarrow H_{2}O+H_{2}Sn{O}_3+4N{O}_2$

תגובות

NO₂ נמצא בשיווי משקל עם הדימר N₂O₄

• $2N{O}_2\iff N_2{O}_4$

שינוי האנתלפיה בתגובה

$\mathrm{\Delta }H=-57.23kJ/mol$

כלומר הדימריזציה אקסותרמית ולכן הצורה NO₂ תועדף בטמפרטורות גבוהות וככל שהטמפרטורה נמוכה ייטה שיווי המשקל לטובת הדימר N₂O₄ שהוא דיאמגנטי וחסר צבע מכאן ההבדלים בצבע הגז בטמפרטורות שונות כמודגם בצילום.

חנקן דו־חמצני בטמפרטורות שונות. מימין לשמאל: ,196°C,0°C, 23°C, 35°C, 50°C-

ב־150°C החומר מתפרק ל־NO ולחמצן

• $2N{O}_2\Rightarrow 2NO+O_2$, הפירוק אנדותרמי $\mathrm{\Delta }H=114kJ/mol$

בשל חולשת הקשר חנקן־חמצן במולקולה NO₂ הוא מחמצן חזק ועשוי להגיב בעצמה ולעיתים בפיצוץ עם תרכובות רבות כדוגמת פחמימנים.

הידרוליזה

חנקן דו־חמצני עובר הידרוליזה ומתקבלת חומצה חנקיתית (HNO₂) וחומצה חנקתית (HNO₃)

• $2N{O}_2+H_{2}O\Rightarrow HN{O}_2+HN{O}_3$