Óxido de nitrógeno (N2O5) (10102-03-1) Propiedades físicas y químicas
Óxido de nitrógeno (N2O5)
Un óxido de nitrógeno inorgánico usado como un potente reactivo nitrante y oxidante en síntesis química especializada; su adquisición y manipulación requieren almacenamiento libre de humedad y controles de proceso.
| Número CAS | 10102-03-1 |
| Familia | Óxidos de nitrógeno |
| Forma típica | Sólido cristalino incoloro |
| Grados comunes | EP |
El pentóxido de dinitrógeno es un óxido de nitrógeno inorgánico perteneciente a la clase de los oxianiones/anhídridos nitrogenados y comúnmente se describe como el anhídrido del ácido nítrico. Estructuralmente puede representarse con la fórmula molecular \(\ce{N2O5}\); las descripciones del enlace varían según la fase y el ambiente, desde una conectividad covalente \(\ce{O2N–O–NO2}\) hasta una interpretación de par iónico compuesta por unidades de nitronio y nitrato. La molécula está altamente oxidada (estado de oxidación formal del nitrógeno en promedio +5) y presenta un alto contenido de oxígeno por nitrógeno, lo que le confiere un carácter fuertemente electrófilo y oxidante en reacciones químicas.
Desde un punto de vista electrónico, la especie exhibe enlaces N–O polarizados y una superficie polar topológica alta (TPSA = 101), consistente con un conteo bajo de donantes de enlace de hidrógeno (0) y múltiples sitios aceptores con pares solitarios de oxígeno. Es esencialmente no básica y funciona como anhídrido ácido: su hidrólisis produce ácidos fuertes, y en medios no acuosos puede generar el electrófilo nitronio. Su comportamiento fisicoquímico está dominado por la susceptibilidad a la hidrólisis, reactividad oxidativa con sustratos orgánicos y labilidad térmica cerca de su transición sólido–líquido.
Los grados comerciales comunes reportados para esta sustancia incluyen: EP.
Propiedades físicas básicas
Densidad
No existe un valor experimentalmente establecido para esta propiedad en el contexto de datos actual.
Punto de fusión o descomposición
La descripción experimental reporta un sólido incoloro con punto de fusión \(30\,^\circ\mathrm{C}\). El material es térmicamente lábil cerca de la transición sólido-líquido y debe ser tratado con precaución en esa temperatura y por encima debido a su reactividad aumentada y tendencia a hidrolizarse o descomponerse.
Solubilidad en agua
El pentóxido de dinitrógeno no se comporta como un soluto simple e inerte en agua; hidroliza para formar ácido nítrico. El contacto con agua resulta por tanto en una conversión química más que en una simple disolución, con evolución de calor en sistemas concentrados y rápida formación de soluciones ácidas que contienen \(\ce{HNO3}\). En la práctica, debe evitarse el manejo acuoso; al contactar humedad, la solución resultante es fuertemente ácida y corrosiva.
pH de la solución (comportamiento cualitativo)
Las soluciones producidas por hidrólisis son fuertemente ácidas porque \(\ce{N2O5}\) es el anhídrido del ácido nítrico. No se dispone de un valor numérico de pH experimentalmente establecido en el contexto actual, pero se espera un pH bajo (ácido) para los productos de hidrólisis.
Propiedades químicas
Comportamiento ácido-base
\(\ce{N2O5}\) funciona como el anhídrido del ácido nítrico (\(\ce{HNO3}\)). La reacción con agua produce ácido nítrico; conceptualmente: \[ \ce{N2O5 + H2O -> 2 HNO3} \] En medios no acuosos o fuertemente deshidratantes, \(\ce{N2O5}\) puede actuar como reactivo nitrante generando el electrófilo nitronio \(\ce{NO2+}\), permitiendo la nitración electrófila de sustratos aromáticos activados y algunos desactivados.
Reactividad y estabilidad
El compuesto es un agente oxidante/nitrante fuerte y es químicamente reactivo frente a sustratos orgánicos, agentes reductores y humedad. Es térmica e hidrolíticamente inestable en relación con óxidos de nitrógeno inferiores y el ácido nítrico; la temperatura elevada y la exposición al agua aumentan sustancialmente su reactividad. Las soluciones en disolventes no acuosos (p.ej., disolventes clorados) se utilizan para moderar la reactividad en aplicaciones de nitración, pero su manipulación requiere un control riguroso de la humedad y contaminantes orgánicos para evitar reacciones no controladas. No se proveen datos cinéticos cuantitativos detallados de descomposición en el contexto actual.
Parámetros moleculares e iónicos
Fórmula y peso molecular
- Fórmula molecular: \(\ce{N2O5}\)
- Peso molecular: 108.01 \(\mathrm{g}\,\mathrm{mol}^{-1}\)
- Masa exacta/monoisotópica: 107.98072110
Descriptores calculados adicionales: XLogP3 = 0.7; área polar topológica (TPSA) = 101; número de donantes de enlace de hidrógeno = 0; número de aceptores de enlace de hidrógeno = 5; número de enlaces rotables = 0.
Iones constituyentes
Las descripciones en estado sólido y resonancia permiten una interpretación iónica en la que están presentes los grupos de nitronio y nitrato (formalmente \(\ce{NO2+}\) y \(\ce{NO3-}\)). En solución y bajo condiciones de reacción, el electrófilo activo para la nitración es comúnmente descrito como \(\ce{NO2+}\). También se usa la representación neutral y covalentemente conectada \(\ce{O2N–O–NO2}\) para describir la conectividad molecular en algunas fases.
Identificadores y sinónimos
Números de registro y códigos
- Número CAS: 10102-03-1
- Número EC: 233-264-2
- UNII: 6XB659ZX2W
- ID ChEBI: CHEBI:29802
- ID DSSTox Substance: DTXSID90143672
- InChI:
InChI=1S/N2O5/c3-1(4)7-2(5)6 - InChIKey:
ZWWCURLKEXEFQT-UHFFFAOYSA-N - SMILES:
[N+](=O)([O-])O[N+](=O)[O-]
Sinónimos y nombres comunes
- Pentóxido de dinitrógeno
- Pentóxido de dinitrógeno
- Pentóxido de nitrógeno
- Anhidrido nítrico
- Nitronitrato
- Óxido de nitrógeno (N2O5)
- Distickstoffpentoxid (alemán)
- Salpetersäureanhydrid (alemán)
(Existen varios sinónimos adicionales proporcionados por depositantes y referencias cruzadas de registro; la lista anterior incluye los nombres principales y sinónimos descriptivos.)
Aplicaciones industriales y comerciales
Roles funcionales y sectores de uso
El pentóxido de dinitrógeno se utiliza como reactivo oxidante y nitrante en síntesis orgánica. Su papel técnico principal es proporcionar capacidad nitrante electrófila en medios no acuosos donde se requiere la generación y control de la especie nitronio. Debido a su fuerte naturaleza oxidante y su propensión a la hidrólisis, su uso está predominantemente restringido a procesos controlados de laboratorio e industriales bajo condiciones secas e inertes apropiadas.
Ejemplos típicos de aplicación
Una aplicación documentada es su uso en solución de cloroformo como agente nitrante para sustratos aromáticos. Los contextos típicos de aplicación son etapas de nitración en síntesis química especializada y nitraciones electrófilas a escala de investigación donde otros sistemas nitrantes no son adecuados o cuando se desea un reactivo que genere directamente \(\ce{NO2+}\) en condiciones anhidras.
Resumen de Seguridad y Manipulación
Peligros para la Salud y el Medio Ambiente
Los óxidos de nitrógeno, incluido el pentóxido de dinitrógeno, son irritantes respiratorios y pueden ser tóxicos por inhalación. Los efectos agudos reportados asociados con óxidos de nitrógeno relacionados incluyen irritación de las vías respiratorias superiores, tos, conjuntivitis, disnea, cefalea y la posibilidad de edema pulmonar retardado. Los supervivientes de edema pulmonar severo pueden desarrollar complicaciones crónicas de las vías respiratorias. Al contactar con humedad (incluida la humedad corporal) el pentóxido de dinitrógeno forma ácido nítrico, que es corrosivo. La información toxicológica específica para \(\ce{N2O5}\) es limitada, pero los efectos adversos reportados asociados con la exposición a óxidos de nitrógeno incluyen metahemoglobinemia, neumonitis tóxica, bronquitis crónica y lesión pulmonar fibrogénica.
Consideraciones para Almacenamiento y Manipulación
Manipular bajo condiciones estrictamente anhidras en una campana extractora bien ventilada o en un sistema de contención adecuado. Almacenar en un recipiente cerrado, seco y fresco, alejado de agua, agentes reductores fuertes, materiales orgánicos y bases. Segregar de materiales combustibles y sustancias incompatibles. Usar el equipo de protección personal adecuado (guantes resistentes a químicos, protección ocular/facial y protección respiratoria cuando no se pueda controlar la exposición por inhalación). En caso de exposición o derrame, evitar el contacto a gran escala con agua que pueda generar soluciones ácidas corrosivas; la neutralización y limpieza deben ser realizadas por personal capacitado utilizando procedimientos apropiados para ácidos oxidantes. Para información detallada sobre peligros, transporte y regulación, los usuarios deben consultar la Hoja de Datos de Seguridad (SDS) específica del producto y la legislación local.
