Оксид азота(II): новые возможности давно известной молекулы

К. Н. Зеленин

Военно-медицинская академия, Санкт-Петербург

Рассматриваются вопросы химии и практических приложений оксида азота(II). Обсуждаются различные аспекты участия этого вещества в глобальных природных, промышленных и физиологических процессах, включая проблемы промышленной фиксации азота, гигиены, клинической и теоретической медицины.

Немного истории

Оксид азота(II) NO (или окись азота) был открыт в 1774 году английским исследователем Джозефом Пристли (1733-1804), который впервые выполнил реакцию

3Cu + 8HNO₃ 3Cu(NO₃ )₂ + 2NO + 4H₂ O

а ее газообразный продукт назвал селитряным воздухом.

Пристли сделал множество и других важных открытий: впервые получил хлористый водород, аммиак, кислород (одновременно с К.В. Шееле), в чистом виде выделил оксид углерода(II), фтористый кремний, сернистый газ. Ему принадлежит открытие роли углекислого газа в дыхании растений. Пристли был выдающимся представителем пневматологии или пневматической химии - направления, которое создали химики, изучавшие вещества в газообразном состоянии. В настоящее время пневматологию не рассматривают как отдельную ветвь естествознания, потому что она вошла в физику и химию, но иное положение было в XVII и XVIII веках. Основоположником пневматической химии был Ван Гельмонт, который не только ввел термин "газ", но и обнаружил непохожий на воздух "лесной газ" (gas silvestre), выделяющийся при действии кислот на известняк, при брожении молодого вина и приготовлении пива, а также при горении угля.

Изучение газов позволило открыть физические законы зависимости объема газов от давления и температуры. Влияние давления на объем газа было установлено Р. Бойлем в 1660 году и Э. Мариоттом в 1677 году. Гораздо позднее А. Вольта (1792) и Ж.Л. Гей-Люссак (1802) установили влияние температуры. Эти законы вместе с законом Гей-Люссака об объемных отношениях при соединении газов составляют основу пневматологии.

Оставляя селитряный воздух на долгое время в соприкосновении с серой и железом, Пристли заметил, что свойства газа изменяются: в то время как в селитряном воздухе зажженная свеча гаснет, в измененном селитряном воздухе (который он назвал дефлогистированным селитряным воздухом) она продолжает гореть. Кроме того, дефлогистированный селитряный воздух не обладает свойством приобретать бурый цвет при смешении с атмосферным воздухом, то есть не дает реакции, обнаруженной Пристли для NO:

2NO + O₂ 2NO₂

Следовательно, речь идет о новом газе. И действительно, в указанном Пристли опыте получается закись азота, образующаяся по реакции

6NO + 2Fe + 3Н₂ О 3N₂ O + 2Fе(ОН)₃

вследствие процесса восстановления NO под действием увлажненного железа и серы. Ее состав был установлен Г. Дэви в 1800 году. Потребовалось еще 50 лет, чтобы это вещество вошло в практику в качестве наркозного средства. По-иному сложилась история окиси азота, которая привлекла всеобщее внимание лишь в XX веке.

Строение и свойства

К тому времени были хорошо изучены свойства этого вещества. Как соединение с промежуточной степенью окисления азота NO может быть как восстановителем, так и окислителем. Оно чрезвычайно легко окисляется под действием кислорода и галогенов, например хлора:

NO + Cl₂

2NOCl (хлористый нитрозил)

Естественно, что под действием сильных окислителей окись азота окисляется до нитрат-иона.

Легкое окисление кислородом было использовано в разработанном еще в XVIII веке камерном способе получения серной кислоты, где окись азота играет роль катализатора-переносчика кислорода, что видно из следующих реакций:

2NO + O₂

2NO₂

SO₂ + H₂ O

H₂ SO₃

NO₂ + H₂ SO₃

NO + H₂ SO₄

NO охотно реагирует и с восстановителями, причем восстановление обычно идет до термодинамически стабильного молекулярного азота:

2NO + H₂ S

N₂ + 2S + 2H₂ O

2NO + 2H₂

N₂ + 2H₂ O

2NO + 2CO

N₂ + 2CO₂

хотя в принципе подбором условий можно превратить NO и в другие соединения со степенями окисления от + 1 до - 3, как это, например, происходит в реакции синтеза N₂ O.

Строение молекулы окиси азота, во многом сходной с молекулами кислорода, оксида углерода(II) и HCN сообщает ей такое общее с ними свойство, как способность к образованию комплексов. Кроме того, сходство с кислородом проявляется и в парамагнетизме обеих молекул из-за наличия неспаренных электронов. Примером образования комплекса с участием NO служит обнаруженная еще Пристли качественная реакция на нитрат-ион, называемая реакцией "бурого кольца". Сначала под действием сульфата железа нитрат-ион восстанавливается в NO:

6FeSO₄ + 2KNO₃ + 4H₂ SO₄

3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O

а затем с избытком FeSO₄ образуется окрашенный в бурый цвет комплекс:

FeSO₄ + NO + H₂ O [Fe(H₂ O)5NO] SO₄

УЧАСТИЕ В ФИКСАЦИИ АЗОТА

В конце XIX века п

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать