Dióxido de nitrogênio - Nitrogen dioxide

Dióxido de nitrogênio
Fórmula esquelética de dióxido de nitrogênio com algumas mediçõesEP
Modelo Spacefill de dióxido de nitrogênio
Dióxido de nitrogênio em diferentes temperaturas
NÃO
2
converte-se no tetróxido de dinitrogênio incolor ( N
2
O
4
) em baixas temperaturas e reverte para NÃO
2
em temperaturas mais altas.
Nomes
Nome IUPAC
Dióxido de nitrogênio
Outros nomes
Óxido de nitrogênio (IV), desutóxido de nitrogênio
Identificadores
Modelo 3D ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.030.234 Edite isso no Wikidata
Número EC
976
Número RTECS
UNII
Número ONU 1067
  • InChI = 1S / NO2 / c2-1-3 VerificaY
    Chave: JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYSA-N VerificaY
  • InChI = 1 / NO2 / c2-1-3
    Chave: JCXJVPUVTGWSNB-UHFFFAOYAA
  • N (= O) [O]
  • [N +] (= O) [O-]
Propriedades
NÃO
2
Massa molar 46,006  g / mol
Aparência Gás marrom
Odor Semelhante ao cloro
Densidade 1.880  g / L
Ponto de fusão -9,3 ° C (15,3 ° F; 263,8 K)
Ponto de ebulição 21,15 ° C (70,07 ° F; 294,30 K)
Hidrólise
Solubilidade Solúvel em CCl
4
, ácido nítrico , clorofórmio
Pressão de vapor 98,80  kPa (a 20 ° C)
+ 150,0 · 10 -6  cm 3 / mol
1,449 (a 20 ° C)
Estrutura
C 2v
Dobrado
Termoquímica
37,2 J / (mol · K)
240,1 J / (mol · K)
Entalpia de
formação
padrãof H 298 )
+33,2 kJ / mol
Perigos
Riscos principais Veneno, oxidante
Ficha de dados de segurança ICSC 0930
Pictogramas GHS GHS03: Oxidante GHS04: Gás Comprimido GHS05: Corrosivo GHS06: Tóxico GHS08: Risco para a saúde
Palavra-sinal GHS Perigo
H270 , H314 , H330
P220 , P260 , P280 , P284 , P305 + 351 + 338 , P310
NFPA 704 (diamante de fogo)
3
0
2
Dose ou concentração letal (LD, LC):
30  ppm (cobaia, 1  h )
315  ppm (coelho, 15 min)
68  ppm (rato, 4 h)
138  ppm (rato, 30 min)
1000  ppm (camundongo, 10 min)
64  ppm (cão, 8 h)
64  ppm (macaco, 8 h)
NIOSH (limites de exposição à saúde dos EUA):
PEL (permitido)
C 5  ppm (9  mg / m 3 )
REL (recomendado)
ST 1  ppm (1,8  mg / m 3 )
IDLH (perigo imediato)
13  ppm
Compostos relacionados
Pentóxido de dinitrogênio

Tetróxido de
dinitrogênio Trióxido de dinitrogênio
Óxido nítrico Óxido
nitroso

Compostos relacionados
Dióxido de cloro
Dióxido de carbono
Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referências da Infobox

O dióxido de nitrogênio é um composto químico com a fórmula NO
2
. É um dos vários óxidos de nitrogênio . NÃO
2
é um intermediário na síntese industrial de ácido nítrico , milhões de toneladas das quais são produzidas a cada ano para uso principalmente na produção de fertilizantes . Em temperaturas mais altas, é um gás marrom-avermelhado. Pode ser fatal se inalado em grandes quantidades. O dióxido de nitrogênio é uma molécula paramagnética curvada com simetria de grupo de pontos C2v .

Propriedades

O dióxido de nitrogênio é um gás marrom-avermelhado acima de 21,2 ° C (70,2 ° F; 294,3 K) com um odor pungente e acre, torna-se um líquido marrom-amarelado abaixo de 21,2 ° C (70,2 ° F; 294,3 K) e se converte no tetróxido de dinitrogênio incolor ( N
2
O
4
) abaixo de -11,2 ° C (11,8 ° F; 261,9 K).

O comprimento da ligação entre o átomo de nitrogênio e o átomo de oxigênio é 119,7  pm . O comprimento da ligação é consistente com uma ordem de ligação entre um e dois.

Ao contrário do ozônio , O 3 , o estado eletrônico fundamental do dióxido de nitrogênio é um estado duplo , uma vez que o nitrogênio tem um elétron desemparelhado, o que diminui o efeito alfa em comparação com o nitrito e cria uma interação de ligação fraca com os pares solitários de oxigênio. O elétron solitário em NÃO
2
também significa que este composto é um radical livre , portanto, a fórmula do dióxido de nitrogênio costuma ser escrita como NÃO
2
.

A cor marrom avermelhada é uma consequência da absorção preferencial da luz na região azul do espectro (400 - 500 nm), embora a absorção se estenda ao longo do visível (em comprimentos de onda mais curtos) e no infravermelho (em comprimentos de onda mais longos). A absorção de luz em comprimentos de onda menores que cerca de 400 nm resulta em fotólise (para formar NO + O, oxigênio atômico); na atmosfera, a adição do átomo de O assim formado ao O 2 resulta na formação de ozônio.

Preparação e reações

O dióxido de nitrogênio normalmente surge através da oxidação do óxido nítrico pelo oxigênio do ar:

2 NO + O
2
→ 2  NÃO
2

O dióxido de nitrogênio é formado na maioria dos processos de combustão usando o ar como oxidante . Em temperaturas elevadas, o nitrogênio se combina com o oxigênio para formar o óxido nítrico :

O
2
+ N
2
→ 2  NÃO

No laboratório, NÃO
2
pode ser preparado em um procedimento de duas etapas em que a desidratação do ácido nítrico produz pentóxido de dinitrogênio , que subsequentemente sofre decomposição térmica:

HNO
3
N
2
O
5
+ H
2
O
N
2
O
5
→ 4  NÃO
2
+ O
2

A decomposição térmica de alguns nitratos de metal também fornece NO
2
:

Pb (NÃO
3
)
2
→ 2 PbO + 4  NO
2
+ O
2

Alternativamente, redução do ácido nítrico concentrado por metal (como o cobre).

HNO
3
+ Cu → Cu (NO
3
)
2
+ 2  NÃO
2
+ 2  H
2
O

Ou, finalmente, adicionando ácido nítrico concentrado sobre o estanho, o óxido estânico hidratado é produzido como subproduto.

4 HNO 3 + Sn → H 2 O + H 2 SnO 3 + 4 NO 2

Reacções principais

Propriedades térmicas básicas

NÃO
2
existe em equilíbrio com o gás incolor tetróxido de dinitrogênio ( N
2
O
4
):

NÃO
2
N
2
O
4

O equilíbrio é caracterizado por Δ H = −57,23 kJ / mol , que é exotérmico. O NO 2 é favorecido em temperaturas mais altas, enquanto que em temperaturas mais baixas predomina o tetróxido de dinitrogênio (N 2 O 4 ). Tetróxido de dinitrogênio ( N
2
O
4
) pode ser obtido como um sólido branco com ponto de fusão -11,2 ° C. O NO 2 é paramagnético devido ao seu elétron desemparelhado, enquanto o N 2 O 4 é diamagnético .

A química do dióxido de nitrogênio foi investigada extensivamente. A 150 ° C, NO
2
decompõe-se com a liberação de oxigênio por meio de um processo endotérmico ( Δ H = 14 kJ / mol ):

NÃO
2
→ 2 NO + O
2

Como um oxidante

Conforme sugerido pela fraqueza da ligação N – O, NÃO
2
é um bom oxidante. Conseqüentemente, ele entrará em combustão, às vezes de forma explosiva, com muitos compostos, como hidrocarbonetos .

Hidrólise

Ele hidrolisa para dar ácido nítrico e ácido nitroso :

NÃO
2
( N
2
O
4
) + H
2
O
HNO
2
+ HNO
3

Esta reação é uma etapa do processo de Ostwald para a produção industrial de ácido nítrico a partir da amônia. Esta reacção é insignificantemente lenta a baixas concentrações de NO 2 característica da atmosfera ambiente, embora se proceder de acordo com NO 2 absorção a superfícies. Acredita-se que essa reação de superfície produza HNO 2 gasoso (freqüentemente escrito como HONO ) em ambientes internos e externos.

Formação de decomposição de ácido nítrico

O ácido nítrico se decompõe lentamente em dióxido de nitrogênio pela reação geral:

HNO
3
→ 4  NÃO
2
+ 2  H
2
O
+ O
2

O dióxido de nitrogênio assim formado confere a cor amarela característica freqüentemente exibida por este ácido.

Conversão para nitratos

NÃO
2
é usado para gerar nitratos de metal anidro a partir dos óxidos:

MO + 3  NÃO
2
M (NÃO
3
)
2
+ NÃO

Conversão para nitritos

Os iodetos de alquila e metal fornecem os nitritos correspondentes:

CH
3
I
+ 2  NÃO
2
→ 2  CH
3
NÃO
2
+ I
2
TiI
4
+ 4  NÃO
2
Ti (NÃO
2
)
4
+ 2  I
2

Ecologia

NÃO
2
é introduzido no meio ambiente por causas naturais, incluindo entrada da estratosfera , respiração bacteriana, vulcões e raios. Essas fontes fazem NÃO
2
um gás residual na atmosfera da Terra , onde desempenha um papel na absorção da luz solar e na regulação da química da troposfera , especialmente na determinação das concentrações de ozônio .

Usos

NÃO
2
é utilizado como intermediário na fabricação de ácido nítrico , como agente nitrante na fabricação de explosivos químicos , como inibidor de polimerização de acrilatos , como agente de branqueamento de farinha e como agente de esterilização à temperatura ambiente. Ele também é usado como um oxidante em combustível de foguete , por exemplo, em ácido nítrico fumante vermelho ; foi usado nos foguetes Titan , para lançar o Projeto Gemini , nos propulsores de manobra do Ônibus Espacial e em sondas espaciais não tripuladas enviadas a vários planetas.

Fontes e exposição de origem humana

Para o público em geral, as fontes mais proeminentes de NÃO
2
são motores de combustão interna que queimam combustíveis fósseis . Ao ar livre, NÃO
2
pode ser resultado do tráfego de veículos motorizados.

Em ambientes internos, a exposição é causada pela fumaça do cigarro e por aquecedores e fogões a butano e querosene .

Trabalhadores em indústrias onde NÃO
2
é usado também estão expostos e estão em risco de doenças pulmonares ocupacionais , e o NIOSH definiu limites de exposição e padrões de segurança. Trabalhadores agrícolas podem ser expostos a NO
2
decorrentes da decomposição de grãos em silos; a exposição crônica pode levar a danos nos pulmões em uma condição chamada " doença de Silo-filler ".

Historicamente, o dióxido de nitrogênio também foi produzido por testes nucleares atmosféricos e foi responsável pela cor avermelhada das nuvens em forma de cogumelo .

Toxicidade

Gasoso NÃO
2
difunde-se no fluido de revestimento epitelial (ELF) do epitélio respiratório e se dissolve. Lá, ele reage quimicamente com moléculas antioxidantes e lipídicas no ELF. Os efeitos do NÃO na saúde
2
são causados ​​pelos produtos da reação ou seus metabólitos, que são espécies reativas de nitrogênio e
espécies reativas de oxigênio que podem causar broncoconstrição , inflamação, redução da resposta imunológica e podem ter efeitos no coração.

As vias indicadas por uma linha pontilhada são aquelas para as quais as evidências são limitadas aos achados de estudos experimentais em animais, enquanto as evidências de estudos controlados de exposição humana estão disponíveis para as vias indicadas por uma linha contínua. As linhas tracejadas indicam links propostos para os resultados de exacerbação da asma e infecções do trato respiratório. Os principais eventos são efeitos subclínicos, os desfechos são efeitos que geralmente são medidos na clínica e os resultados são efeitos na saúde no nível do organismo. NO 2  = dióxido de nitrogênio; ELF = fluido de revestimento epitelial.
Tubo de difusão de dióxido de nitrogênio para monitoramento da qualidade do ar. Posicionada na cidade de Londres

Dano agudo devido a NÃO
2
a exposição provavelmente só ocorrerá em ambientes ocupacionais. A exposição direta à pele pode causar irritações e queimaduras. Apenas concentrações muito altas da forma gasosa causam angústia imediata: 100–200 ppm podem causar irritação leve no nariz e garganta, 250–500 ppm podem causar edema , levando a bronquite ou pneumonia , e níveis acima de 1000 ppm podem causar morte devido a asfixia por fluidos nos pulmões. Freqüentemente, não há sintomas no momento da exposição além de tosse transitória, fadiga ou náusea, mas durante horas a inflamação nos pulmões causa edema.

Para exposição da pele ou dos olhos, a área afetada é lavada com solução salina. Para inalação, oxigênio é administrado, broncodilatadores podem ser administrados e, se houver sinais de metemoglobinemia , uma condição que surge quando compostos à base de nitrogênio afetam a hemoglobina nos glóbulos vermelhos, azul de metileno pode ser administrado.

É classificado como uma substância extremamente perigosa nos Estados Unidos, conforme definido na Seção 302 do Ato de Planejamento de Emergência e Direito de Saber da Comunidade (42 USC 11002) dos EUA , e está sujeito a requisitos de relatórios estritos pelas instalações que produzem, armazenam , ou usá-lo em quantidades significativas.

Efeitos do NO na saúde
2
exposição

Mesmo pequenas variações do dia-a-dia em NÃO
2
pode causar alterações na função pulmonar. Exposição crônica a NO
2
pode causar efeitos respiratórios, incluindo inflamação das vias respiratórias em pessoas saudáveis ​​e aumento dos sintomas respiratórios em pessoas com asma. NÃO
2
cria ozônio que causa irritação nos olhos e agrava as condições respiratórias, levando a um aumento nas visitas aos departamentos de emergência e internações hospitalares por problemas respiratórios, especialmente asma.

Os efeitos da toxicidade na saúde foram examinados por meio de questionários e entrevistas pessoais em um esforço para compreender a relação entre o NO
2
e asma. A influência dos poluentes do ar interno na saúde é importante porque a maioria das pessoas no mundo passa mais de 80% do tempo em ambientes fechados. A quantidade de tempo gasto em ambientes fechados depende de vários fatores, incluindo região geográfica, atividades de trabalho e gênero, entre outras variáveis. Além disso, como o isolamento residencial está melhorando, isso pode resultar em uma maior retenção de poluentes do ar interno, como NO
2
. Com relação à região geográfica, a prevalência de asma variou de 2 a 20%, sem nenhuma indicação clara sobre o que está causando a diferença. Isso pode ser o resultado da "hipótese de higiene" ou "estilo de vida ocidental" que captura as noções de casas bem isoladas e com menos habitantes. Outro estudo examinou a relação entre a exposição ao nitrogênio em casa e os sintomas respiratórios e encontrou uma diferença estatisticamente significativa odds ratio de 2,23 (95% CI: 1,06, 4,72) entre aqueles com diagnóstico médico de asma e exposição a fogões a gás.

Uma importante fonte de exposição interna a NO
2
é o uso de fogões a gás para cozinhar ou aquecer as residências. De acordo com o censo de 2000, mais da metade das residências dos EUA usam fogões a gás e níveis de exposição interna de NO
2
são, em média, pelo menos três vezes maiores em residências com fogões a gás em comparação com fogões elétricos, com os níveis mais altos sendo em residências multifamiliares. Exposição a NÃO
2
é especialmente prejudicial para crianças com asma. A pesquisa mostrou que crianças com asma que vivem em casas com fogões a gás têm maior risco de sintomas respiratórios, como respiração ofegante, tosse e aperto no peito. Além disso, o uso de fogões a gás foi associado à redução da função pulmonar em meninas com asma, embora essa associação não tenha sido encontrada em meninos. Usar ventilação ao operar fogões a gás pode reduzir o risco de sintomas respiratórios em crianças com asma.

Em um estudo de coorte com crianças afro-americanas de uma minoria do centro da cidade, crianças afro-americanas de Baltimore, para determinar se havia uma relação entre o NÃO
2
e asma para crianças de 2 a 6 anos de idade, com diagnóstico médico de asma existente e uma visita relacionada à asma, famílias de menor nível socioeconômico tinham maior probabilidade de ter fogões a gás em casa. O estudo concluiu que níveis mais elevados de NO
2
dentro de uma casa foram associados a um maior nível de sintomas respiratórios na população do estudo. Isso exemplifica ainda mais que NÃO
2
a toxicidade é perigosa para as crianças.

Efeitos ambientais

Interação de NÃO
2
e outro NÃO
x
com água, oxigênio e outros produtos químicos na atmosfera podem formar chuva ácida que prejudica ecossistemas sensíveis como lagos e florestas. Níveis elevados de NO
2
também pode prejudicar a vegetação, diminuindo o crescimento e reduzir o rendimento das colheitas.

Evitando NÃO
2
toxicidade

Ao usar um fogão a gás, é aconselhável também usar ventilação. Estudos mostram que em casas com fogões a gás, se a ventilação for usada durante o uso de fogões a gás, as crianças têm menor chance de asma, chiado no peito e bronquite em comparação com crianças em casas que nunca usaram ventilação. Se a ventilação não for possível, substituir os fogões a gás por fogões elétricos pode ser outra opção. Substituir fogões a gás por fogões elétricos pode reduzir muito a exposição ao NO 2 interno e melhorar a função respiratória de crianças asmáticas. É importante manter os fogões e aquecedores a gás em bom estado de conservação para que não poluam o NO 2 extra . Código Residencial Internacional de 2015 que exige que exaustores sejam usados ​​para todos os fogões e estabelece padrões para edifícios residenciais. Isso requer que todos os exaustores tenham uma ventilação que descarrega para fora. Você também pode prevenir a exposição ao NO 2 evitando fumar cigarros e não deixando o carro parado sempre que possível.

Limites ambientais

A US EPA estabeleceu níveis de segurança para exposição ambiental a NO
2
a 100 ppb, com média de uma hora, e 53 ppb, com média anual. Em fevereiro de 2016, nenhuma área dos EUA estava fora de conformidade com esses limites e as concentrações variaram entre 10 e 20 ppb, e as concentrações ambientais médias anuais de NO 2 , medidas em monitores de área ampla, diminuíram em mais de 40% desde 1980.

No entanto, NÃO
2
as concentrações em veículos e perto de rodovias são consideravelmente mais altas do que aquelas medidas em monitores na rede atual. Na verdade, as concentrações no veículo podem ser 2–3 vezes maiores do que as medidas em monitores próximos a toda a área. Perto da rodovia (dentro de cerca de 50 metros (160 pés)) as concentrações de NO 2 foram medidas como sendo aproximadamente 30 a 100% mais altas do que as concentrações fora das rodovias. Indivíduos que passam muito tempo nas estradas principais ou próximos a eles podem experimentar exposições de curto prazo ao NO 2 consideravelmente mais altas do que as medidas pela rede atual. Aproximadamente 16% das unidades habitacionais dos EUA estão localizadas a menos de 91 m de uma grande rodovia, ferrovia ou aeroporto (aproximadamente 48 milhões de pessoas). Estudos mostram uma conexão entre respirar concentrações elevadas de NO 2 de curto prazo e aumentar as visitas a departamentos de emergência e admissões hospitalares por problemas respiratórios, especialmente asma. As concentrações de exposição ao NO 2 perto de estradas são de particular preocupação para indivíduos suscetíveis, incluindo asmáticos, crianças e idosos.

Para limites em outros países, consulte a tabela no artigo Critérios de qualidade do ar ambiente .

Veja também

Referências

Fontes citadas

links externos