ثنائي أكسيد النيتروجين – NO2

يظهر ثاني أكسيد النيتروجين على شكل غاز بني محمر أو سائل بني مائل للصفرة عند تبريده أو ضغطه، كما ويُشحن كغاز مسال تحت ضغط بخار خاص، والأبخرة منها أثقل من الهواء، وهو سام عن طريق الاستنشاق (بخار) وامتصاص الجلد، وهو غير قابل للاحتراق، ولكنه يسرع من حرق المواد القابلة للاحتراق، يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (NO2).

ثنائي أكسيد النيتروجين

• إن أكسيد النيتروجين (NO2) عبارة عن غاز سام للغاية، وينتج عن التعرض له التهاباً في الرئتين وقد يسبب فقط ألماً طفيفاً أو يمر دون أن يلاحظه أحد، ولكن الوذمة الناتجة بعد عدة أيام قد تسبب الوفاة، كما وأنه ملوث جوي رئيسي قادر على امتصاص ضوء الأشعة فوق البنفسجية الذي لا يصل إلى سطح الأرض.

• قد يوجد ثاني أكسيد النيتروجين في شكل سائل بني مائل للصفرة أو غاز بني محمر فوق 21.1 درجة مئوية (70 درجة فهرنهايت) برائحة نفاذة، ويتفاعل مع الماء لتكوين حامض النيتريك والنيتروز ويبلغ ضغط البخار 720 مم زئبق، وهو أيضًا سائل أو غاز غير قابل للاحتراق يعمل على تسريع احتراق المواد القابلة للاحتراق، علما أن ثاني أكسيد النيتروجين أكثر سمية من أكسيد النيتروجين.

تحضير ثاني أكسيد النيتروجين

• من الممكن أن يتم تحضير ثاني أكسيد النيتروجين بعدة طرق، ويتم إنتاجه عندما يمر تفريغ كهربائي عبر الهواء، وهو مصنوع تجاريا من أكسيد النيتريك والهواء، يتأكسد أكسيد النيتريك الناتج عن عمليات مختلفة بسرعة إلى ثاني أكسيد النيتروجين، كما ويتكون عن طريق تحلل حامض النيتريك أو عن طريق أكسدة الأمونيا بالهواء:

HNO3 → NO2 + H2O

4NH3 + 7O2 → 4NO2 + 6H2O

• أيضا فإنه يمكن صنع ثاني أكسيد النيتروجين عن طريق تسخين النحاس بحمض النيتريك، وفي المختبر يتكون ثاني أكسيد النيتروجين عن طريق تسخين نترات الرصاص أو نترات معدن ثقيل آخر:

2Pb (NO3) 2 → 2PbO + 4NO2 + O2

• يتم تمرير خليط غازي من ثاني أكسيد النيتروجين والأكسجين عبر أنبوب يوضع في خليط متجمد، ويتكثف ثاني أكسيد النيتروجين ويتجمع كسوائل.

تفاعل ثاني أكسيد النيتروجين

• حالة أكسدة النيتروجين في ثاني أكسيد النيتروجين هي (+4) ويحتوي الجزيء على إلكترون غير مزدوج، وكلا هذين العاملين يساهم في تفاعلها، ويتحول ثاني أكسيد النيتروجين بسهولة إلى أشكال أخرى من أكاسيد النيتروجين، ويتعايش في حالة توازن مع شكله الخافت (N2O4)، وهذا الأخير أكثر استقرارًا في درجات الحرارة العادية.

• لقد تم تحضير ثاني أكسيد النيتروجين في عام 1772 بواسطة جوزيف بريستلي (1733-1804) ووصف في مجلداته بعنوان تجارب وملاحظات لأنواع مختلفة من الهواء نُشرت بين عامي 1774 و 1786.

• عند التسخين فوق 150 درجة مئوية فإنه يتفكك ثاني أكسيد النيتروجين إلى أكسيد النيتريك والأكسجين:

2NO2 → 2NO + O2

• يذوب ثاني أكسيد النيتروجين في الماء البارد مكونًا خليطًا من حامض النيتروز وحمض النيتريك:

2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3

• يتحلل حمض النيتروز بسهولة إلى حمض النيتريك وأكسيد النيتريك:

3HNO2 → HNO3 + NO + H2O

• رد الفعل العام هو كما يلي:

3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

• عندما يذوب في ثاني أكسيد النيتروجين في الماء الدافئ، فإنه لا يتشكل حمض النيتروز، وثاني أكسيد النيتروجين هو عبارة عن عامل مؤكسد قوي، يؤكسد كل من اللافلزات والمعادن مكونًا أكاسيدها ويختزل نفسه إلى النيتروجين، وهكذا يحترق الكبريت والفوسفور والفحم في ثاني أكسيد النيتروجين لإنتاج أكاسيد هذه العناصر والنيتروجين:

2NO2 + 2S → 2SO2 + N2

2NO2 + 2C → 2CO2 + N2

• يتم تحويل النحاس والزنك والحديد والعديد من المعادن الأخرى بالمثل إلى أكاسيدها عند تسخينها بثاني أكسيد النيتروجين:

2NO2 + 2Cu → 2CuO + N2

2NO2 + 4Zn → 4ZnO + N2

• يؤكسد ثنائي أكسيد النيتروجين المحلول المائي من اليود (-I) إلى اليود (I2)، وكبريتيد الهيدروجين إلى الكبريت، وأول أكسيد الكربون إلى ثاني أكسيد الكربون، وفي مثل هذا التفاعل فإنه يتم اختزاله إلى أكسيد النيتريك، بدلاً من النيتروجين:

-NO2 + 2I- + H2O → I2 + NO + 2OH

NO2 + H2S → NO + H2O + S

NO2 + CO → NO + CO2

• ومع عوامل مؤكسدة أقوى يعمل ثاني أكسيد النيتروجين كعامل مختزل، وبالتالي فإنه يختزل من (-MnO4) إلى أيون (+Mn2)، ويزيل لون محلولها، وفي هذا التفاعل يتأكسد إلى نترات أيون:

-MnO4- + 5NO2 + H2O → Mn2 + + 2H + + 5NO3

• أما التفاعل مع الفلور يعطي مركب نيتريل فلوريد (NO2F):

2NO2 + F2 → 2NO2F

• ويتفاعل ثاني أكسيد النيتروجين مع القلويات ويعطي مزيجًا من النتريت والنترات:

2NO2 + 2OH- → NO2- + NO3- + H2O

استخدامات ثاني أكسيد النيتروجين

• إن ثاني أكسيد النيتروجين غاز بني محمر (أو سائل أصفر) ذو رائحة قوية ونفاذة، ويتقلص ثاني أكسيد النيتروجين بسهولة (لإنتاج N2O4)، وهو عامل مؤكسد قوي ويسبب التآكل ويستخدم ثاني أكسيد النيتروجين كعامل مؤكسد ومحفز في تفاعلات الأكسدة ومثبط وكعامل نيترة للتفاعلات العضوية وكعامل تبييض دقيق وفي زيادة قوة الرطوبة من ورق.

• ولقد تم استخدام ثاني أكسيد النيتروجين كعامل مساعد في تفاعلات أكسدة معينة وكمثبط لمنع بلمرة الأكريلات أثناء التقطير وكعامل نترات لأرطال المركبات العضوية وكعامل مؤكسد وكمؤكسد لوقود الصواريخ، كما أنه يستخدم كعامل تبييض دقيق في تصنيع المتفجرات السائلة.

• إن ثاني أكسيد النيتروجين وسيط في إنتاج حمض النيتريك، كما أنه يستخدم في عملية غرفة الرصاص لصنع حامض الكبريتيك، ويتم استخدامه كعامل نترات ومؤكسد، وفي وقود الصواريخ وفي صناعة القطن المرقئ ومركبات السليلوز المؤكسدة الأخرى وفي دقيق التبييض.

• ويظهر ثاني أكسيد النيتروجين بتركيزات ضئيلة في الغلاف الجوي بسبب أكسدة أكسيد النيتريك في الهواء، ويوجد أيضًا في غازات العادم لمحركات الاحتراق الداخلي وفي غازات النفايات الصناعية من المصانع التي تستخدم حامض النيتريك وفي دخان السجائر، ويُعزى اللون البني للضباب الدخاني في العديد من المناطق الحضرية الصناعية إلى ثاني أكسيد النيتروجين.

مصادر الانبعاث والآثار الصحية لثاني أكسيد النيتروجين

• ثاني أكسيد النيتروجين هو ملوث هواء غازي يتكون من النيتروجين والأكسجين وهو واحد من مجموعة من الغازات ذات الصلة تسمى أكاسيد النيتروجين، ويتشكل عندما يتم حرق الوقود الأحفوري مثل الفحم أو الزيت أو الغاز أو الديزل في درجات حرارة عالية، ويساهم ثاني أكسيد النيتروجين وأكاسيد النيتروجين الأخرى في الهواء الخارجي في تلوث الجسيمات والتفاعلات الكيميائية التي تصنع الأوزون، وهو واحد من ستة ملوثات هواء واسعة الانتشار لها معايير جودة الهواء الوطنية للحد منها في الهواء الخارجي.

• إن السيارات والشاحنات والحافلات هي أكبر مصادر الانبعاثات تليها محطات الطاقة ومعدات البناء الثقيلة التي تعمل بالديزل وغيرها من المحركات المتحركة والمراجل الصناعية، ويدخل ثاني أكسيد النيتروجين في الهواء بشكل أساسي من احتراق الوقود.

ومن الممكن أن يؤدي استنشاق الهواء الذي يحتوي على تركيز عالٍ منه إلى تهيج المسالك الهوائية في الجهاز التنفسي للإنسان، ويمكن أن يؤدي التعرض لفترات قصيرة إلى تفاقم أمراض الجهاز التنفسي وخاصة الربو مما يؤدي إلى أعراض الجهاز التنفسي (مثل السعال أو الأزيز أو صعوبة التنفس) ودخول المستشفى وزيارة غرف الطوارئ.

• قد يساهم التعرض الأطول لتركيزات مرتفعة منه في تطور الربو ويحتمل أن يزيد من القابلية للإصابة بالتهابات الجهاز التنفسي، والأشخاص المصابون بالربو وكذلك الأطفال وكبار السن معرضون بشكل عام لخطر أكبر للتأثيرات الصحية لثاني أكسيد النيتروجين، ويتفاعل مع أكاسيد النيتروجين الأخرى مع المواد الكيميائية الأخرى في الهواء لتشكيل كل من الجسيمات والأوزون، وكلاهما ضار أيضًا عند استنشاقه بسبب التأثيرات على الجهاز التنفسي.

• يسبب ثاني أكسيد النيتروجين مجموعة من الآثار الضارة على الرئتين، بما في ذلك: زيادة التهاب الشعب الهوائية وتفاقم السعال والصفير وانخفاض وظائف الرئة وزيادة نوبات الربو واحتمالية أكبر لدخول قسم الطوارئ والمستشفى، وهناك بحث جديد يحذر من أنه من المحتمل أن يكون سببًا للربو عند الأطفال