Dusitanový iont: fyzikální a chemické vlastnosti, vzorec, příprava

2024 Autor: Angel Austin | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-18 04:01

Dusitanový iont je iont skládající se z jednoho atomu dusíku a dvou atomů kyslíku. Dusík v tomto iontu má náboj +3, takže náboj celého iontu je -1. Částice je univalentní. Vzorec dusitanového iontu je NO₂^-. Anion má nelineární konfiguraci. Sloučeniny obsahující tuto částici se nazývají dusitany, například dusitan sodný - NaNO₂, dusitan stříbrný - AgNO_2.

Fyzikální a chemické vlastnosti

Dusitany alkalických zemin a amonné jsou bezbarvé nebo mírně nažloutlé krystalické látky. Dusitany draslíku, sodíku, barya se dobře rozpouštějí ve vodě, stříbro, rtuť, dusitany mědi - špatně. S rostoucí teplotou se zvyšuje rozpustnost. Téměř všechny dusitany jsou špatně rozpustné v etherech, alkoholech a nízkopolárních rozpouštědlech.

Tabulka. Fyzikální vlastnosti některých dusitanů.

Charakteristika	dusitan draselný	Dusitan stříbrný	dusitan vápenatý	dusitan barnatý
T_{pl, °С}	440	120 (rozložený)	220 (rozložený)	277
∆H⁰_{rev, kJ/mol}	– 380, 0	- 40, 0	-766, 0	– 785, 5
S⁰_{298, J/(molK)}	117, 2	128, 0	175, 0	183, 0
Roztok ve vodě, g na 100 g	306, 7 (200C)	0, 41 (250C)	84, 5 (180C)	67, 5 (200C)

Dusitany nejsou příliš odolné vůči teplu: pouze dusitany alkalických kovů tají bez rozkladu. V důsledku rozkladu se uvolňují plynné produkty - O₂ , NO, N₂, NO_{2, a pevné látky - oxid kovu nebo samotný kov. Například rozklad dusitanu stříbrného (již při 40 °C) je doprovázen uvolňováním elementárního stříbra a oxidu dusíku (II):}

2AgNO₂=AgNO_{3 + Ag + NE↑}

Protože rozklad probíhá s uvolňováním velkého množství plynů, může být reakce výbušná, například v případě dusitanu amonného.

Redoxní vlastnosti

Atom dusíku v dusitanovém iontu má střední náboj +3, proto se dusitany vyznačují jak oxidačními, tak redukčními vlastnostmi. Například dusitany odbarví roztok manganistanu draselného v kyselém prostředí, čímž vykazují vlastnostiokysličovadlo:

5KNO₂ + 2KMnO₄ +3H₂SO₄ =3H₂O + 5KNO₃ + 2MnSO₄ + K 2_SO4

Dusitanové ionty vykazují vlastnosti redukčního činidla, například při reakci se silným roztokem peroxidu vodíku:

NO₂^- + H₂O_2=NE3- ^{+ H}2_O

Redukčním činidlem je dusitan při interakci s bromičnanem stříbrným (okyselený roztok). Tato reakce se používá v chemické analýze:

2NO₂^- + Ag⁺ + BrO₂ ^-=2NO₃^{- + AgBr↓}

Dalším příkladem redukčních vlastností je kvalitativní reakce na dusitanový ion - interakce bezbarvých roztoků [Fe(H₂O)_6] 2+ ^{s okyseleným roztokem dusitanu sodného s hnědým zbarvením.}

Teoretické základy detekce NO2¯

Kyselina dusitá při zahřívání disproporcionálně vytváří oxid dusnatý (II) a kyselinu dusičnou:

HNO₂ + 2HNO₂=NE₃^- + H₂O + 2NO↑ + H⁺

Proto nelze kyselinu dusičnou oddělit od kyseliny dusičné varem. Jak je vidět z rovnice, kyselina dusitá se rozkládající se částečně mění na kyselinu dusičnou, což povede k chybám při stanovení obsahu dusičnanů.

Téměř všechny dusitany se rozpouštějí ve vodě, nejméně rozpustnou z těchto sloučenin je dusitan stříbrný.

Samotný dusitanový iontje bezbarvý, proto se prokazuje reakcemi tvorby jiných barevných sloučenin. Dusitany nezbarvených kationtů jsou také bezbarvé.

Kvalitní reakce

Existuje několik kvalitativních způsobů, jak určit dusitanové ionty.

1. Vznik reakce K₃[Co(NO₂)_6].

Do zkumavky dejte 5 kapek testovacího roztoku obsahujícího dusitany, 3 kapky roztoku dusičnanu kob altnatého, 2 kapky kyseliny octové (zředěné), 3 kapky roztoku chloridu draselného. Vznikne hexanitrokob altát (III) K₃[Co(NO₂)_{6] - žlutá krystalická látka sraženina. Dusičnanový iont v testovacím roztoku neinterferuje s detekcí dusitanů.}

2. Jodidová oxidační reakce.

Dusitanové ionty oxidují jodidové ionty v kyselém prostředí.

2HNO₂ + 2I^- + 2H⁺ =2NO↑ + I 2_{↓ + 2H}2_O

V průběhu reakce vzniká elementární jód, který lze snadno detekovat barvením škrobem. K tomu může být reakce provedena na filtračním papíru předem impregnovaném škrobem. Odezva je velmi citlivá. Modrá barva se objeví i v přítomnosti stop dusitanů: minimum otevření je 0,005 mcg.

Filtrační papír se napustí roztokem škrobu, přidá se 1 kapka 2N roztoku kyseliny octové, 1 kapka experimentálního roztoku, 1 kapka 0,1N roztoku jodidu draselného. V přítomnosti dusitanů se objeví modrý prstenec nebo skvrna. Detekce je rušena jinými oxidanty, což vede k tvorbě jódu.

3. Reakce s manganistanemdraslík.

Do zkumavky dejte 3 kapky roztoku manganistanu draselného, 2 kapky kyseliny sírové (zředěné). Směs musí být zahřátá na 50-60 °C. Opatrně přidejte několik kapek dusitanu sodného nebo draselného. Roztok manganistanu se stává bezbarvým. Jiná redukční činidla přítomná v testovacím roztoku, schopná oxidovat manganistanový iont, budou interferovat s detekcí NO₂^-..

4. Reakce se síranem železnatým (II).

Síran železnatý redukuje dusitany na dusičnany v kyselém prostředí (zředěná kyselina sírová):

2KNO₂ (TV) + 2H₂SO₄ (rozdíl) + 2FeSO₄ (plné)=2NO↑ + K₂SO₄ + Fe2_(SO4₎3 _{+ 2H}2_O

Výsledný oxid dusnatý (II) tvoří s přebytkem Fe2+ (které ještě nezreagovaly) hnědé komplexní ionty:

NE + Fe²⁺=[FeNO]²⁺

NE + FeSO₄=[FeNO]SO₄

Je třeba poznamenat, že dusitany budou reagovat se zředěnou kyselinou sírovou a dusičnany budou reagovat s koncentrovanou kyselinou sírovou. Proto je k detekci dusitanových iontů potřeba zředěná kyselina.

5. Reakce s antipyrinem.

NE₂^{- s antipyrinem v kyselém prostředí poskytuje zelený roztok.}

6. Reakce s rivanolem.

NO₂^{-- s rivanolem nebo etakridinem (I) v kyselém prostředí poskytuje červený roztok.}

Kvantitativní stanovení obsahu dusitanů ve vodě

Podle GOSTkvantitativní obsah dusitanových iontů ve vodě se stanovuje dvěma fotometrickými metodami: pomocí kyseliny sulfanilové a pomocí 4-aminobenzensulfonamidu. První je arbitráž.

Vzhledem k nestabilitě dusitanů je nutné je stanovit ihned po odběru vzorků, případně lze vzorky konzervovat přidáním 1 ml kyseliny sírové (koncentrované) nebo 2-4 ml chloroformu do 1 litru vody; vzorek můžete ochladit na 4 °C.

Zakalená nebo zbarvená voda se čistí hydroxidem hlinitým přidáním 2-3 ml suspenze na 250-300 ml vody. Směs se protřepe, po vyčeření se odebere průhledná vrstva k analýze.

Stanovení obsahu dusitanů pomocí kyseliny sulfanilové

Podstata metody: dusitany analyzovaného vzorku interagují s kyselinou sulfanilovou, vzniklá sůl reaguje s 1-naftylaminem za uvolnění červenofialového azobarviva, jeho množství se stanoví fotometricky, poté se koncentrace vypočítávají se dusitany ve vzorku vody. 1-naftylamin a kyselina sulfanilová a jsou součástí Griessova činidla.

Stanovení dusitanových iontů: technika

K 50 ml vzorku vody přidejte 2 ml roztoku Griessova činidla v kyselině octové. Promíchejte a inkubujte 40 minut při normální teplotě nebo 10 minut při 50-60 °C ve vodní lázni. Poté se změří optická hustota směsi. Jako slepý vzorek se používá destilovaná voda, která se připravuje podobně jako vzorek analyzované vody. Koncentrace dusitanů se vypočítá podle vzorce:

X=K∙A∙50∙f / V, kde: K je koeficientkalibrační charakteristika, A je nastavená hodnota optické hustoty analyzovaného vzorku vody mínus nastavená hodnota optické hustoty slepého vzorku, 50 – objem odměrné baňky, f – faktor ředění (pokud vzorek nebyl zředěn, f=1), V je objem alikvotu odebraného k analýze.

Dusitany ve vodě

Odkud se v odpadních vodách berou dusitanové ionty? Dusitany jsou vždy v malém množství přítomny v dešťové, povrchové a podzemní vodě. Dusitany jsou mezistupněm při přeměnách látek obsahujících dusík, které provádějí bakterie. Tyto ionty vznikají při oxidaci amonného kationtu na dusičnany (za přítomnosti kyslíku) a při opačných reakcích - redukci dusičnanů na amoniak nebo dusík (za nepřítomnosti kyslíku). Všechny tyto reakce provádějí bakterie a organická hmota je zdrojem látek obsahujících dusík. Proto je kvantitativní obsah dusitanů ve vodě důležitým hygienickým ukazatelem. Překročení norem obsahu dusitanů znamená fekální znečištění vody. Hlavními důvody vysokého obsahu dusitanů ve vodě jsou pronikání odpadních vod z chovů hospodářských zvířat, továren, průmyslových podniků, znečištění vodních ploch vodou z polí, kde byla používána dusíkatá hnojiva.