「五酸化二窒素」の版間の差分
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2015年9月4日 (金) 20:07時点における版
五酸化二窒素 | |
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Dinitrogen pentaoxide | |
別称 無水硝酸 | |
識別情報 | |
CAS登録番号 | 10102-03-1 ![]() |
PubChem | 66242 |
特性 | |
化学式 | N2O5 |
モル質量 | 108.01 g/mol |
外観 | 白色固体 |
密度 | 1.642 g/cm3 (18 ℃) |
融点 |
30 |
沸点 |
47 ℃(分解) |
水への溶解度 | HNO3を生じる。 |
溶解度 | クロロホルムに可溶 |
構造 | |
分子の形 | 平面形、C2v(D2h に近い) N-O-N ≈ 180 ℃ |
熱化学 | |
標準生成熱 ΔfH |
-43.1 kJ/mol (s) +11.3 kJ/mol (g) |
標準モルエントロピー S |
178.2 J K-1 mol-1 (s) 355.6 J K-1 mol-1 (g) |
危険性 | |
主な危険性 | 酸化剤 (O) 水と反応して硝酸を生じる。 |
NFPA 704 | |
引火点 | 不燃性 |
関連する物質 | |
関連する窒素の酸化物 | 亜酸化窒素 一酸化窒素 三酸化二窒素 二酸化窒素 四酸化二窒素 |
関連物質 | 硝酸 |
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。 |
五酸化二窒素(ごさんかにちっそ、dinitrogen pentoxide)は、化学式が N2O5 と表される窒素酸化物の一種。常温では無色で吸湿性のイオン結晶である。硝酸の酸無水物に当たり、無水硝酸(むすいしょうさん)とも呼ばれる。窒素の酸化状態は+5価である。
融点は 30 ℃、昇華点は 32.4 ℃ であり、気体では右の構造式に示すような分子状となる。45–50 ℃ で二酸化窒素と酸素に分解する。
合成
1840年、アンリ・ドビーユによって硝酸銀 AgNO3 と塩素 Cl2 から初めて作り出された。
実験室で用いられる合成法は、硝酸 HNO3 を五酸化二リン P4O10 で脱水するものである[1]。
- P4O10 + 12 HNO3 4 H3PO4 + 6 N2O5
構造
固体状態では直線状の NO2+ イオンと平面状の NO3− イオンに別れた状態で、イオン結晶として存在する。ゆえに硝酸ニトロイルと呼ぶこともできる。この状態でも窒素原子の酸化状態は共に+5価である。
分子 O2N−O−NO2 は固体を昇華することによって得られる気体、または四塩化炭素などの溶液中で存在する。気体状態では O−N−O および N−O−N の結合角はそれぞれ133度、114度である。気体状の N2O5 を急速に冷却すると、準安定状態として分子結晶が得られるが、−70 ℃ 以上では発熱的に反応して上記のイオン構造に変わる[1]。
反応
水と反応して硝酸を与える。
- N2O5 + H2O → 2 HNO3
クロロホルム溶液は NO2+ 等価体として、芳香族化合物などのニトロ化に用いられる。
- N2O5 + R−H HNO3 + R−NO2
フッ化物イオン F− はこの反応で副生する硝酸を中和する試薬として用いられることがある。
また、爆発物を製造する際の原料として検討されている[2]。
テトラフルオロホウ酸ニトロイル
五酸化二窒素の反応活性な部分はニトロニウムイオン NO2+ で、硝酸イオン NO3− は速度論的に不活性である。すなわち、NO3− をテトラフルオロホウ酸イオン BF4− で置き換えることで、高活性の NO2+ 源とすることができる。テトラフルオロホウ酸ニトロイル NO2BF4 の利点は熱的に安定なことである(180 ℃ 以上で フッ化ニトロイルNO2F と三フッ化ホウ素 BF3 に分解する)。NO2BF4 は様々な有機化合物、特に芳香族化合物や複素環式化合物のニトロ化に利用される。またフルオロ硫酸などの超酸が作用すると、求電子性がさらに高い化学種 "HNO22+" が発生すると考えられている[3]。
危険性
強い酸化剤であり、有機化合物やアンモニウム塩と爆発性の混合物を作る。分解すると毒性の高い二酸化窒素を生成するが、これは特徴的な赤茶色によりすぐに発見することができる。
参考文献
- ^ a b Holleman, A. F.; Wiberg, E. Inorganic Chemistry; Academic Press: San Diego, 2001.
- ^ Talawar, M. B.; Sivabalan, R.; Polke, B. G.; Nair, U. R.; Gore, G. M.; Asthana, S. N. "Establishment of process technology for the manufacture of dinitrogen pentoxide and its utility for the synthesis of most powerful explosive of today—CL-20". J. Hazard. Mater. 2005, 124, 153–164. doi:10.1016/j.jhazmat.2005.04.021
- ^ Olah, G. A.; Rasul, G.; Aniszfeld, R.; Prakash, G. K. S. J. Am. Chem. Soc. 1992, 114, 5608-5609. DOI: 10.1021/ja00040a020