Óxidos de nitrogênio (NOx): Formulações e Nomenclaturas - Ciência - 2023

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o óxidos de nitrogênio eles são compostos inorgânicos essencialmente gasosos que contêm ligações entre átomos de nitrogênio e oxigênio. Sua fórmula química do grupo é NÃO_x, indicando que os óxidos têm diferentes proporções de oxigênio e nitrogênio.

O nitrogênio lidera o grupo 15 na tabela periódica, enquanto o oxigênio lidera o grupo 16; ambos os elementos são membros do período 2. Essa proximidade é a causa de que nos óxidos as ligações N - O são covalentes. Assim, as ligações nos óxidos de nitrogênio são covalentes.

Todas essas ligações podem ser explicadas pela teoria dos orbitais moleculares, que revela o paramagnetismo (um elétron desemparelhado no último orbital molecular) de alguns desses compostos. Destes, os compostos mais comuns são o óxido nítrico e o dióxido de nitrogênio.

A molécula na imagem superior corresponde à estrutura angular na fase gasosa do dióxido de nitrogênio (NO₂) Em contraste, o óxido nítrico (NO) tem uma estrutura linear (considerando a hibridização sp para ambos os átomos).

Os óxidos de nitrogênio são gases produzidos por muitas atividades humanas, desde dirigir um veículo ou fumar até processos industriais, como resíduos poluentes. No entanto, naturalmente o NO é produzido por reações enzimáticas e ação de raios em tempestades elétricas: N₂(g) + O₂(g) => 2NO (g)

As altas temperaturas dos raios quebram a barreira energética que impede que essa reação ocorra em condições normais. Que barreira de energia? Aquela formada pela ligação tripla N≡N, formando a molécula N₂ um gás inerte da atmosfera.

Números de oxidação para nitrogênio e oxigênio em seus óxidos

A configuração do elétron para o oxigênio é [He] 2s²2 P⁴, precisando de apenas dois elétrons para completar o octeto de sua camada de valência; ou seja, ele pode ganhar dois elétrons e ter um número de oxidação igual a -2.

Por outro lado, a configuração eletrônica do nitrogênio é [He] 2s²2 P³, sendo capaz de ganhar até três elétrons para preencher seu octeto de valência; por exemplo, no caso da amônia (NH₃) tem um número de oxidação igual a -3. Mas o oxigênio é muito mais eletronegativo do que o hidrogênio e "força" o nitrogênio a compartilhar seus elétrons.

Quantos elétrons o nitrogênio pode compartilhar com o oxigênio? Se você compartilhar os elétrons de sua camada de valência um por um, chegará ao limite de cinco elétrons, o que corresponde a um número de oxidação de +5.

Conseqüentemente, dependendo de quantas ligações ele forma com o oxigênio, os números de oxidação do nitrogênio variam de +1 a +5.

Diferentes formulações e nomenclaturas

Os óxidos de nitrogênio, em ordem crescente de números de oxidação de nitrogênio, são:

- N₂O, óxido nitroso (+1)

- NÃO, óxido nítrico (+2)

- N₂OU₃, trióxido de dinitrogênio (+3)

- NÃO₂, dióxido de nitrogênio (+4)

- N₂OU₅, pentóxido de dinitrogênio (+5)

Óxido nitroso (N₂OU)

O óxido nitroso (ou popularmente conhecido como gás hilariante) é um gás incolor, com um odor levemente adocicado e pouco reativo. Pode ser visualizado como uma molécula de N₂ (esferas azuis) que adicionou um átomo de oxigênio a uma de suas extremidades. É preparado pela decomposição térmica de sais de nitrato e é usado como anestésico e analgésico.

O nitrogênio tem um número de oxidação +1 neste óxido, o que significa que ele não é muito oxidado e sua demanda por elétrons não é prensada; no entanto, ele só precisa ganhar dois elétrons (um para cada nitrogênio) para se tornar o nitrogênio molecular estável.

Em soluções básicas e ácidas, as reações são:

N₂O (g) + 2H⁺(ac) + 2e^– => N₂(g) + H₂O (l)

N₂O (g) + H₂O (l) + 2e^– => N₂(g) + 2OH^–(ac)

Essas reações, embora termodinamicamente sejam favorecidas pela formação da molécula estável N₂Eles ocorrem lentamente e os reagentes que doam o par de elétrons devem ser agentes redutores muito fortes.

Óxido nítrico (NO)

Este óxido consiste em um gás incolor, reativo e paramagnético. Como o óxido nitroso, possui uma estrutura molecular linear, mas com a grande diferença de que a ligação N = O também possui o caráter de uma ligação tripla.

NO é rapidamente oxidado no ar para produzir NO₂, e assim gerar orbitais moleculares mais estáveis com um átomo de nitrogênio mais oxidado (+4).

2NO (g) + O₂(g) => 2NO₂(g)

Estudos bioquímicos e fisiológicos estão por trás do papel benigno que esse óxido tem nos organismos vivos.

Não consegue formar ligações N-N com outra molécula de NO devido à deslocalização do elétron desemparelhado no orbital molecular, que é mais direcionado para o átomo de oxigênio (devido à sua alta eletronegatividade). O oposto ocorre com NÃO₂, que podem formar dímeros gasosos.

Trióxido de nitrogênio (N₂OU₃)

As linhas pontilhadas na estrutura indicam ressonância de ligação dupla. Como todos os átomos, eles têm hibridização sp², a molécula é plana e as interações moleculares são eficazes o suficiente para o trióxido de nitrogênio existir como um sólido azul abaixo de -101ºC. Em temperaturas mais altas, ele derrete e se dissocia em NO e NO₂.

Por que está dissociado? Porque os números de oxidação +2 e +4 são mais estáveis do que +3, o último presente no óxido para cada um dos dois átomos de nitrogênio. Isso, novamente, pode ser explicado pela estabilidade dos orbitais moleculares resultantes da desproporção.

Na foto, o lado esquerdo do N₂OU₃ corresponde a NÃO, enquanto o lado direito a NÃO₂. Logicamente, é produzido pela coalescência dos óxidos anteriores a temperaturas muito baixas (-20ºC). Então₂OU₃ é anidrido de ácido nitroso (HNO₂).

Dióxido de nitrogênio e tetróxido (NO₂, N₂OU₄)

Ele nao₂ é um gás reativo, paramagnético, marrom ou marrom. Uma vez que tem um elétron desemparelhado, ele se dimeriza (se liga) a outra molécula de NO gasosa₂ para formar tetróxido de nitrogênio, um gás incolor, estabelecendo um equilíbrio entre as duas espécies químicas:

2NO₂(g) <=> N₂OU₄(g)

É um agente oxidante venenoso e versátil, capaz de se desproporcionalmente em suas reações redox em íons NO (oxoanions)₂^– e não₃^– (gerando chuva ácida), ou no NO.

Da mesma forma, o NÃO₂ Ele está envolvido em reações atmosféricas complexas, causando variações nas concentrações de ozônio (O₃) ao nível do solo e na estratosfera.

Pentóxido de dinitrogênio (N₂OU₅)

Quando hidratado, gera HNO₃, e em concentrações mais elevadas do ácido, o oxigênio é principalmente protonado com uma carga parcial positiva -O⁺-H, acelerando as reações redox

Referências

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