اقرأ في هذا المقال
- رباعي أكسيد ثنائي النتروجين
- تأثيرات رابع أكسيد النيتروجين على الكائنات الحية
- إنتاج رباعي أكسيد النيتروجين
في الكيمياء إن مركب رابع أكسيد ثنائي النتروجين عبارة عن أحد المركبات الكيميائية غير العضوية ويمتلك الصيغة الكيميائية التالية (N2O4)، ويظهر مركب رابع أكسيد النيتروجين على شكل سائل أحمر بني برائحة كيميائية حادة كريهة، علما أنه يمتلك غليان منخفض (نقطة الغليان 21.15 درجة مئوية) ويحتفظ به في صورة سائل عن طريق الضغط.
رباعي أكسيد ثنائي النتروجين
- إن مركب رابع أكسيد النيتروجين يتكون من عنصر النيتروجين وعنصر الأكسجين، وهو عبارة عن مؤكسد قابل للتخزين “حصان العمل”، ولقد تم بحثها وتقييمها في البداية من أجل (Bomarc) ولكن لم يتم اختيارها لإصدار الإنتاج، ولقد وجد أول تطبيق رئيسي لها في الصاروخ الباليستي العابر للقارات (Titan II).
- كما ويتم استخدام رابع أكسيد النيتروجين في مركبات الإطلاق الفضائية (Titan III) و (34D) و (IV)، ونظام التحكم في تفاعل مكوك الفضاء، وفي بعض أنظمة دفع الأقمار الصناعية الأحدث، كما وتظهر نقطة التجمد العالية لهذا المركب من خلال استخدامه في العديد من التطبيقات الأخرى، علما أنه يتوفر مركب (N2O4) الذي تنتجه صناعة الأسمدة، بكميات كبيرة وبسعر منخفض.
- يمتلك مركب رابع أكسيد ثنائي النتروجين كثافة مقدارها 1.448 جم لكل سم مكعب، ويتكون من خليط توازن بني ثاني أكسيد النيتروجين (NO2) ورباعي أكسيد ثنائي النيتروجين (N2O4) عديم اللون، وتتطور أبخرة بنية سامة، وقد لا تكون حاويات الاسطوانات والطن مجهزة بجهاز تنفيس للسلامة، لذا قد يؤدي التعرض المطول للحاويات للنار أو الحرارة إلى تمزقها الشديد وصعقها بالصواريخ.
- إن رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين الذي يمتلك الصيغة (N2O4) يسمى أيضًا باسم رباعي أكسيد النيتروجين، وهو في الواقع عبارة عن ثنائي أي أنه جزيء يتكون من مكونين متشابهين يسمى المونومرات، ينفصل إلى جزيئين من ثاني أكسيد النيتروجين ذو الصيغة الكيميائية التالية: (NO2)، علما أنه من الممكن أن يتم تمييز المونومر والثنائي بسهولة إذ أن الأول هو عبارة عن غاز بني، وهذا الأخير عبارة عن غاز عديم اللون، علما أن المنتج والمواد المتفاعلة يكونان موجودان في حالة من الاتزان.
- علما أنه في درجة الحرارة المحيطة (الغرفة) والضغط الجوي فإنه هناك ما يقرب من نسبة 80 في المائة من الجزيئات في الخليط عبارة عن ثنائيات، أما الجزيئات المتبقية فهي عبارة عن مونومرات، كما ويظل توزيع الجزيئات بين الشكلين دون تغيير طالما أن درجة الحرارة والضغط ثابتان.
- ولكن عندما ينزعج النظام بسبب تغير مفاجئ إما في درجة الحرارة أو في الضغط، تصل الغازات في النهاية إلى تركيزات توازن جديدة من أجل أن تناسب الظروف الجديدة، وإذا تم تغيير الظروف الخارجية فإن نسبة المونومرات إلى الثنائيات سوف تتكيف مع القيمة الجديدة.
- من الممكن أن يتم فهم اعتماد التوازن على الضغط بشكل حدسي على النحو التالي: لتقريب جيد فإنه يعتمد الحجم الذي يشغله الغاز عند ضغط ودرجة حرارة معينين بشكل مباشر على عدد جزيئات الغاز وكميتها، وبما أن تفكك جزيء واحد من رباعي أكسيد النيتروجين إلى جزيئين من ثاني أكسيد النيتروجين يستلزم تمددًا للغاز أي حدوث مضاعفة الجزيئات يعارضه الضغط الخارجي.
- وفي حالة زيادة الضغط الخارجي فإنه يعمل النظام على تقليل كمية الضغط وذلك من خلال تقليل حجمه أي عن طريق عملية دمج المونومرات من أجل تكوين ثنائيات، وبالتالي تقليل عدد الجزيئات، وبهذا فإنه يتحول التوازن لصالح الثنائيات تحت ضغط متزايد ولصالح المونومرات تحت ضغط منخفض، أما عند أي ضغط ثابت تصبح نسبة الشكلين ثابتة في النهاية.
تأثيرات رابع أكسيد النيتروجين على الكائنات الحية
- إن مادة رابع أكسيد النيتروجين عبارة عن مادة شديدة السمية، كما أنه مثل أكاسيد النيتروجين الأخرى فإنه قد يؤدي استنشاق رابع أكسيد ثنائي النيتروجين إلى حدوث وذمة رئوية متأخرة، علما أن التراكيز بنسبة 25-50 جزء في المليون تسبب تهيج العين والأنف بينما التراكيز بنسبة 50-100 جزء في المليون من الممكن أن تسبب الوذمة الرئوية والوفاة.
- في الواقع لقد تم الإبلاغ عن حالات الربو الناجم عن التهيج، وفي التجارب على الحيوانات لقد تم إنتاج مستوى الميثيموغلوبين بنسبة مقدارها 55٪ في ساعة واحدة بعد تطبيق مركب رابع أكسيد ثنائي النيتروجين على جلد الفئران.
- إن السائل كان عبارة عن خليط متساوٍ من مركب ثاني أكسيد النيتروجين ومركب رباعي أكسيد النيتروجين (الذي يتطور أبخرة سامة)، وهو عبارة عن عامل مؤكسد قوي يتفاعل مع الماء وينتج كلا من حامض النيتريك وأكسيد النيتريك.
- أما من ناحية التصنيفات في الاتحاد الأوروبي: فهي عبارة عن مادة تسبب الحروق، كما أنها عالية السمية عن طريق الاستنشاق، إذ أنه يرتبط التعرض البشري بشكل شائع بالمرض، ولقد تعرض ثلاثة أعضاء من طاقم مشروع اختبار أبولو / سويوز لمتوسط تركيز يقدر بنسبة 250 جزء في المليون أثناء الرحلة، ولقد أظهر كل عضو من الأعضاء علامات وأعراض التهاب رئوي كيميائي وزيادة في مستويات الميثيموغلوبين.
- “بما أن كلا من مركبرباعي أكسيد ثنائي النيتروجين (N2O4) في حالة توازن مع مركب ثاني أكسيد النيتروجين (NO2) فإن الخصائص السامة التي لوحظت في الحالات السريرية والسمية لم تميز بين الاثنين،” [IUCLID] يسبب اختلال وظائف الكبد في دراسات الاستنشاق المتقطع للأرانب لمدة 30 أسبوعًا.
إنتاج رباعي أكسيد النيتروجين
- يتكون مركب رباعي أكسيد ثاني النيتروجين من خلال عملية الأكسدة التحفيزية للأمونيا: إذ أنه يتم استخدام البخار كمخفف من أجل تقليل درجة حرارة الاحتراق، وفي الخطوة الأولى تتأكسد الأمونيا في أكسيد النيتريك كما في المعادلة الكيميائية التالية:
4NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O
- ثم يتكثف معظم الماء وبعد ذلك يتم تبريد الغازات بشكل أكبر، وبالتالي يتأكسد أكسيد النيتريك الذي تم إنتاجه إلى مركب ثاني أكسيد النيتروجين والذي يتحول بعد ذلك إلى ثنائي أكسيد النيتروجين كما في المعادلات الكيميائية التالية:
2NO + O2 → 2 NO2
2NO2 ⇌ N2O4
- وبعد ذلك فإنه يتم التخلص من ما تبقى من الماء على صورة حامض نيتريك، علما أن الغاز هو في الحقيقة ثاني أكسيد نيتروجين نقي، والذي يتكثف إلى رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين في سائل مبرد بمحلول ملحي.
- كما أنه من الممكن أن يتم تصنيع مركب رباعي أكسيد ثاني النيتروجين أيضا عن طريق حدوث تفاعل بين حامض النيتريك المركز والنحاس المعدني، إذ أنه يعتبر هذا التوليف أكثر عملية في بيئة معملية وهو شائع يستخدم كدليل أو تجربة في مختبرات الكيمياء الجامعية.
- علما أن الأكاسيد التي تعتمد على تركيز حامض النيتريك ووجود الأكسجين وعوامل أخرى تكون مختلفة من ناحية الثبات والاستقرار، وتتفاعل الأنواع غير المستقرة أيضًا من أجل أن يتم تكوين ثاني أكسيد النيتروجين الذي يتم تنقيته وتكثيفه من أجل تشكيل رباعي أكسيد ثنائي النيتروجين.
