Οξείδια και υδροξείδια του αζώτου

ΤΟ ΜΥΣΤΙΚΟ ΤΩΝ ΒΑΘΜΩΝ ΟΞΕΙΔΩΣΗΣ

Το άζωτο σχηματίζει έναν αριθμό οξειδίων που αντιστοιχούν τυπικά σε όλες τις πιθανές καταστάσεις οξείδωσης από +1 έως +5: N 2 O, NO, N 2 O 3, NO 2, N 2 O 5, αλλά μόνο δύο από αυτά είναι μονοξείδιο του αζώτου (II ) και το οξείδιο του αζώτου (IV) - όχι μόνο σταθερό υπό κανονικές συνθήκες, αλλά επίσης συμμετέχει ενεργά σε φυσικούς και βιομηχανικούς κύκλους αζώτου. Επομένως, θα μελετήσουμε τις ιδιότητές τους (συγκριτικά). Ας ξεκινήσουμε, ως συνήθως, με τη δομή των μορίων.

Δομή μορίων οξειδίου του αζώτου

ΜόριοΟΧΙ. Η δομή είναι πολύ απλή να υποθέσει κανείς: το οξυγόνο έχει δύο ασύζευκτα ηλεκτρόνια, το άζωτο έχει τρία - σχηματίζεται ένας διπλός δεσμός και ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο στο υπόλοιπο... Δεν είναι εύκολο να απαντήσουμε στο ερώτημα γιατί ένα τέτοιο «μη τυποποιημένο» μόριο είναι σταθερό. Παρεμπιπτόντως, αξίζει να σημειωθεί ότι οι σταθερές ελεύθερες ρίζες - μόρια με ασύζευκτα ηλεκτρόνια - είναι αρκετά σπάνιες στη φύση. Μπορεί να υποτεθεί ότι τα μόρια NO θα ζευγαρώσουν και θα σχηματίσουν ένα διπλό ή διμερές μόριο ONNO. Έτσι μπορούμε να λύσουμε το πρόβλημα του ασύζευκτου ηλεκτρονίου.
ΜόριοΝΟ2. Φαίνεται ότι δεν θα μπορούσε να είναι απλούστερο - ένα άτομο οξυγόνου ήταν συνδεδεμένο με το μόριο ΝΟ μέσω ενός μη ζευγαρωμένου ηλεκτρονίου. (Στην πραγματικότητα, δεν είναι ένα άτομο που συνδέεται, αλλά ένα μόριο, και όχι στο ΝΟ, αλλά στο διμερές ONNO. Γι' αυτό ο ρυθμός προσθήκης μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας - το διμερές σπάει στα μισά.) Και τώρα το οξυγόνο έχει ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο - ένα μόριο μονοξειδίου του αζώτου (IV) είναι επίσης μια ελεύθερη ρίζα. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι όταν δύο μόρια NO 2 ενώνονται και σχηματίζουν ένα μόριο N 2 O 4, η σύνδεση γίνεται μέσω ατόμων αζώτου, πράγμα που σημαίνει ότι είναι το άζωτο που πρέπει να έχει αυτό το πολύ ασύζευκτο ηλεκτρόνιο. Πώς μπορεί να γίνει αυτό;
Η απάντηση είναι αντισυμβατική, αλλά στον «χαρακτήρα» του αζώτου – ενός δεσμού δότη-δέκτη. Χρησιμοποιώντας τη λογική, θεωρήστε τα ηλεκτρόνια που έχει το άτομο αζώτου στο μόριο του ΝΟ. Αυτό είναι ένα μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο, ένα ελεύθερο ζεύγος ηλεκτρονίων και δύο ακόμη ηλεκτρόνια συνδεδεμένα με το οξυγόνο - συνολικά πέντε. Και το άτομο οξυγόνου που «έρχεται σε επαφή» έχει έξι ηλεκτρόνια σε τέσσερα τροχιακά. Εάν τα τακτοποιήσετε σε δύο, τότε ένα τροχιακό θα παραμείνει ελεύθερο. Είναι ακριβώς αυτό που καταλαμβάνεται από ένα ζεύγος ηλεκτρονίων του ατόμου του αζώτου και το ασύζευκτο ηλεκτρόνιο σε αυτή τη σχέση αποδεικνύεται ότι δεν έχει καμία απολύτως σχέση με αυτό (Εικ. 1, 2).
Αξίζει να αναφέρουμε ένα ακόμη σημείο - δεδομένου ότι ένα ζεύγος ηλεκτρονίων βρίσκεται σε μικρό-τροχιακό, "ήρθε σε επαφή", απλά υποχρεώθηκε να υποβληθεί σε υβριδισμό - είναι πολύ δύσκολο να προσφέρουμε στο δεύτερο άτομο για κοινή χρήση ένα ζεύγος ηλεκτρονίων, ομοιόμορφα κατανεμημένα στην επιφάνεια του πρώτου ατόμου. Τίθεται το ερώτημα: τι τύπο υβριδισμού χρησιμοποιεί το άτομο; Απάντηση: τα τρία τροχιακά ηλεκτρονίων του αζώτου βρίσκονται σε κατάσταση sp 2-παραγωγή μικτών γενών. Το μόριο NO 2 είναι γωνιακό, η γωνία είναι 134° (η γωνία είναι μεγαλύτερη από 120° επειδή ένα ηλεκτρόνιο απωθεί τα ηλεκτρόνια δεσμού από τον εαυτό του πιο αδύναμα από ένα ζεύγος ηλεκτρονίων) (Εικ. 3-5).

Φυσικές ιδιότητες των οξειδίων του αζώτου

Οξείδιο του αζώτου (II)ΟΧΙ. Μοριακό κρυσταλλικό πλέγμα; το μόριο είναι ελαφρύ, ασθενώς πολικό (η ηλεκτραρνητικότητα του οξυγόνου είναι υψηλότερη από αυτή του αζώτου, αλλά όχι πολύ). Μπορεί να υποτεθεί ότι τα σημεία τήξης και βρασμού θα είναι χαμηλά, αλλά υψηλότερα από εκείνα του αζώτου, καθώς οποιαδήποτε πολικότητα του μορίου καθιστά δυνατή τη σύνδεση ηλεκτροστατικών δυνάμεων έλξης με απλώς διαμοριακές δυνάμεις. Ο σχηματισμός ενός διμερούς αυξάνει επίσης το σημείο βρασμού, καθιστώντας το μόριο βαρύτερο. Η δομή του μορίου υποδηλώνει επίσης χαμηλή διαλυτότητα στο νερό, έναν διαλύτη αισθητά πιο πολικό από το ΝΟ. Αξίζει να τονιστεί ότι το οξείδιο του αζώτου (II) δεν είναι ούτε χρώμα ούτε οσμή.

Οξείδιο του αζώτου (IV)ΝΟ2. Το κρυσταλλικό πλέγμα είναι επίσης μοριακό, αλλά επειδή το ίδιο το μόριο είναι βαρύτερο από το ΝΟ και η τάση του να διμερίζεται είναι αισθητά υψηλότερη, αυτή η ουσία θα πρέπει να λιώσει και να βράσει σε αισθητά υψηλότερες θερμοκρασίες. Το σημείο βρασμού είναι 21 °C, άρα υπό κανονικές συνθήκες είναι 20 °C και 760 mm Hg. Τέχνη. – οξείδιο του αζώτου (IV), υγρό.
Τώρα ας δούμε τη διαλυτότητα. Ας θυμηθούμε ότι η λέξη «διαλυτότητα» μπορεί επίσης να σημαίνει χημικές αντιδράσεις με το νερό. το κυριότερο είναι ότι ο διαλύτης απορροφά αυτό που διαλύεται. Όταν τα οξείδια αντιδρούν με το νερό, όπως είναι γνωστό, λαμβάνονται υδροξείδια - τυπικά αυτά είναι απλώς ενυδατωμένα οξείδια, αλλά η πραγματικότητα συχνά παρουσιάζει πολλά ενδιαφέροντα και εντελώς άτυπα πράγματα. Αυτό λοιπόν το μονοξείδιο του αζώτου διαλύεται στο νερό, αντιδρώντας ταυτόχρονα με αυτό, και έτσι λαμβάνονται δύο οξέα ταυτόχρονα!

Σημειώστε ότι το μονοξείδιο του αζώτου (IV) έχει μια χαρακτηριστική πικάντικη οσμή και ένα κοκκινοκαφέ χρώμα, οι αποχρώσεις των οποίων διαφέρουν μεταξύ τους ανάλογα με τη συγκέντρωση. Για αυτό το χρώμα οι εκπομπές οξειδίων του αζώτου στην ατμόσφαιρα ονομάζονται «ουρές αλεπούς».
Ρωτάς: πού είναι το μυστικό; Το πρώτο μέρος του μυστηρίου των καταστάσεων οξείδωσης είναι μπροστά σας: γιατί τα οξείδια με άρτιες καταστάσεις οξείδωσης είναι σταθερά για ένα στοιχείο της πέμπτης (περιττής) ομάδας; (Ταυτόχρονα, υπάρχουν και οι ελεύθερες ρίζες!) Με τη γενικότερη έννοια, η απάντηση είναι προφανής - αφού είναι σταθερές, σημαίνει ότι είναι τόσο ωφέλιμο για αυτούς. Ενεργειακά. Και γιατί? Προφανώς, το θέμα είναι στη συγκεκριμένη δομή των ατόμων αζώτου και οξυγόνου - έχουν πάρα πολλά ηλεκτρόνια και πολύ λίγα τροχιακά. Οι «τροχιακές ικανότητες» είναι αυτές που υπαγορεύουν τους κανόνες τους και δημιουργούν τέτοια «ενεργειακά οφέλη». Τότε οι αριθμοί «δύο» και «τέσσερα» γίνονται σαφείς: δύο ηλεκτρόνια λείπουν από το οξυγόνο έως το οκτώ και τα δύο άτομα έχουν μόνο τέσσερα τροχιακά.
Μπορείτε επίσης να πείτε ότι το ΟΧΙ απλώς... περιμένει ένα μόριο οξυγόνου να μετατραπεί σε ΝΟ 2. Χρησιμοποιώντας μια μεταφορά, σημειώνουμε ότι το "νόημα της ζωής" πολλών ατόμων είναι η επιθυμία να βρεθεί ένας "συντρόφος ζωής" - ένα άτομο ή άτομα άλλου στοιχείου. Αν και υπάρχουν, φυσικά, «πεπεισμένοι εργένηδες» σαν τον χρυσό.

Χημικές ιδιότητες των οξειδίων του αζώτου

1. Αντιδράσεις με μέταλλα.Δεδομένου ότι το άτομο αζώτου σε θετικές καταστάσεις οξείδωσης είναι ένας οξειδωτικός παράγοντας και όσο υψηλότερη είναι η κατάσταση οξείδωσης, τόσο ισχυρότερη είναι η ικανότητα λήψης ηλεκτρονίων από άλλα άτομα, τότε τα οξείδια του αζώτου θα αντιδράσουν με μέταλλα - ουσιαστικά αναγωγικούς παράγοντες. Τα προϊόντα που προκύπτουν μπορεί να είναι εντελώς διαφορετικά, ανάλογα με τις συνθήκες αντίδρασης και το ίδιο το μέταλλο. Για παράδειγμα, στον ζεστό χαλκό, όλα τα οξείδια του αζώτου δίνουν οξυγόνο και τα ίδια μετατρέπονται στην απλή ουσία άζωτο:

Με την ποσότητα του οξειδίου του χαλκού και του οξειδίου του αζώτου που σχηματίζεται, είναι δυνατό να προσδιοριστεί ποιο οξείδιο του αζώτου αντέδρασε με τον χαλκό.

2. Αντιδράσεις με αμέταλλα.Πρώτα απ 'όλα, ας δούμε τις αντιδράσεις με το οξυγόνο. Εδώ υπάρχει μια διαφορά μεταξύ των οξειδίων, και πολύ σημαντική.
ΟξείδιοΤο ΝΟ αντιδρά με το οξυγόνο για να σχηματίσει μονοξείδιο του αζώτου (IV). Η αντίδραση είναι αναστρέψιμη. Επιπλέον, με την αύξηση της θερμοκρασίας, ο ρυθμός αυτής της αντίδρασης μειώνεται:

2NO + O 2 = 2NO 2.

ΟξείδιοΤο NO 2 δεν αντιδρά καθόλου με το οξυγόνο.
Το όζον μετατρέπει και τα δύο οξείδια σε οξείδιο του αζώτου (V).
Οξείδιο του αζώτου (II)Το NO προσθέτει εντελώς όζον:

2NO + O 3 = N 2 O 5.

Το οξείδιο του αζώτου (IV) NO 2 σε αντίδραση με το όζον απελευθερώνει επίσης οξυγόνο:

2NO 2 + O 3 = N 2 O 5 + O 2.

3. Αντιδράσεις με νερό. Το οξείδιο του ΝΟ δεν αντιδρά με το νερό. Το οξείδιο του NO 2 με το νερό σχηματίζει δύο οξέα - νιτρικό (κατάσταση οξείδωσης αζώτου +5) και νιτρώδες (κατάσταση οξείδωσης αζώτου +3). Παρουσία οξυγόνου, το οξείδιο του NO 2 μετατρέπεται πλήρως σε νιτρικό οξύ:

2NO 2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2,
4NO 2 + O 2 + 2H 2 O = 4HNO 3.

4. Αντιδράσεις με οξέα.Κανένα από τα οξείδια - NO ή NO 2 - δεν αντιδρά με οξέα.
5. Αντιδράσεις με αλκάλια. Και τα δύο οξείδια του αζώτου αντιδρούν με αλκάλια.

ΟξείδιοΤο ΝΟ σχηματίζει ένα άλας του νιτρώδους οξέος, του μονοξειδίου του αζώτου (I) και του αζώτου με τα αλκάλια:

10NO + 6NaOH = 6NaNO2 + N2O + N2 + 3H2O.

ΟξείδιοΤο NO 2 σχηματίζει άλατα δύο οξέων με αλκάλιο - νιτρικό και νιτρώδες:

2NO 2 + 2NaOH = NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O.

Ας επιστρέψουμε στο μυστήριο των καταστάσεων οξείδωσης. Κατά τη μετάβαση των ενώσεων οξυγόνου του αζώτου από την κατάσταση «αερίου», όπου μπορείτε να μετακινηθείτε ελεύθερα, στην κατάσταση «υδατικού διαλύματος», όπου υπάρχει περισσότερη φασαρία, όπου ανθίζει ο συλλογισμός, όπου υπάρχουν και δρουν ενεργά πολικά μόρια νερού, κανείς δεν θα επιτρέψει στο μόριο, το άτομο ή το ιόν να είναι μόνο του, συμβαίνει μια «αλλαγή προσανατολισμού». Είναι περιττές καταστάσεις οξείδωσης που γίνονται σταθερές, όπως αρμόζει σε ένα στοιχείο από μια περιττή ομάδα. (Σταθερό, ωστόσο, είναι σχετικά. Το νιτρώδες οξύ, για παράδειγμα, μπορεί να υπάρχει μόνο σε διάλυμα, διαφορετικά αποσυντίθεται. Αλλά οξέα που τυπικά αντιστοιχούν στα οξείδια του αζώτου (II) και (IV) δεν υπάρχουν καθόλου. Όλα είναι γνωστά συγκριτικά .)
Είναι ενδιαφέρον ότι όχι μόνο το σαφώς όξινο οξείδιο NO 2 αντιδρά με αλκάλια, αλλά και ΝΟ - μη όξινο σε ιδιότητες και κατάσταση οξείδωσης, και λαμβάνονται ενώσεις άλλων καταστάσεων οξείδωσης - περιττές! Μυστικό? Αρκετά!

Η δομή του μορίου του υδροξειδίου του αζώτου(V) - νιτρικό οξύ

Από τα υδροξείδια του αζώτου, θα εξετάσουμε ένα, αλλά το πιο μεγάλης χωρητικότητας - νιτρικό οξύ.
Το μόριο του νιτρικού οξέος είναι πολικό (κυρίως λόγω της διαφορετικής ηλεκτραρνητικότητας του οξυγόνου και του υδρογόνου, επειδή το άζωτο είναι κρυμμένο μέσα στο μόριο) και ασύμμετρο. Και οι τρεις γωνίες μεταξύ των δεσμών αζώτου και οξυγόνου που υπάρχουν σε αυτό είναι διαφορετικές. Η τυπική κατάσταση οξείδωσης του αζώτου είναι η υψηλότερη, δηλαδή +5. Αλλά ταυτόχρονα, το άτομο αζώτου έχει μόνο τέσσερις δεσμούς με άλλα άτομα - το σθένος του αζώτου είναι τέσσερα. Άλλο ένα μυστικό.
Είναι ξεκάθαρο πώς θα μπορούσε να συμβεί αυτό σθένος ενός ατόμουαριθμητικά μεγαλύτερη από την κατάσταση οξείδωσής του. Για να γίνει αυτό, αρκεί να σχηματιστεί ένας δεσμός μεταξύ πανομοιότυπων ατόμων στο μόριο. Για παράδειγμα, στο υπεροξείδιο του υδρογόνου, το οξυγόνο έχει σθένος δύο, αλλά η κατάσταση οξείδωσης είναι μόνο -1. Το οξυγόνο κατάφερε να τραβήξει το κοινό ζεύγος δεσμών ηλεκτρονίων με το υδρογόνο πιο κοντά στον εαυτό του και το ζεύγος δεσμών δύο ατόμων οξυγόνου παραμένει αυστηρά στη μέση. Αλλά πώς να το κάνουμε έτσι σθένος ενός ατόμουήταν λιγότερη κατάσταση οξείδωσης?
Ας σκεφτούμε: πώς λειτουργεί πραγματικά ένα μόριο νιτρικού οξέος; Η δομή ενός μορίου είναι πιο εύκολα κατανοητή αν λάβουμε υπόψη τη διαδικασία παρασκευής του. Το νιτρικό οξύ λαμβάνεται με την αντίδραση του οξειδίου του αζώτου (IV) με νερό (παρουσία οξυγόνου): δύο μόρια NO 2 ταυτόχρονα «επιτίθενται» σε ένα μόριο νερού με τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια τους, ως αποτέλεσμα, ο δεσμός μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου είναι δεν σπάει ως συνήθως (ένα ζεύγος ηλεκτρονίων από οξυγόνο και «γυμνό πρωτόνιο»), και «ειλικρινά» - ένα μόριο NO 2 παίρνει υδρογόνο με το ηλεκτρόνιό του, το άλλο παίρνει τη ρίζα ΟΗ (Εικ. 6). Σχηματίζονται δύο οξέα: και τα δύο οξέα είναι ισχυρά, και τα δύο δίνουν γρήγορα το πρωτόνιό τους στα πλησιέστερα μόρια νερού και τελικά παραμένουν με τη μορφή ιόντων και . Το ιόν είναι ασταθές, δύο μόρια HNO 2 αποσυντίθενται σε νερό, NO 2 και NO. Το οξείδιο του ΝΟ αντιδρά με το οξυγόνο, μετατρέπεται σε ΝΟ 2 και ούτω καθεξής μέχρι να ληφθεί μόνο νιτρικό οξύ.

Τυπικά, αποδεικνύεται ότι το άτομο αζώτου συνδέεται με ένα άτομο οξυγόνου με διπλό δεσμό και με το άλλο με έναν συνηθισμένο απλό δεσμό (αυτό το άτομο οξυγόνου συνδέεται επίσης με ένα άτομο υδρογόνου). Το άζωτο στο HNO 3 συνδέεται με το τρίτο άτομο οξυγόνου μέσω ενός δεσμού δότη-δέκτη, με το άτομο αζώτου να λειτουργεί ως δότης. Ο υβριδισμός του ατόμου αζώτου θα πρέπει να είναι sp 2λόγω της παρουσίας ενός διπλού δεσμού, ο οποίος καθορίζει τη δομή - ένα επίπεδο τρίγωνο. Στην πραγματικότητα, αποδεικνύεται ότι πράγματι ένα θραύσμα ενός ατόμου αζώτου και τριών ατόμων οξυγόνου είναι ένα επίπεδο τρίγωνο, μόνο σε ένα μόριο νιτρικού οξέος αυτό το τρίγωνο είναι λανθασμένο - και οι τρεις γωνίες ONO είναι διαφορετικές, επομένως, οι πλευρές του τριγώνου είναι διαφορετικές . Όταν το μόριο διασπαστεί, το τρίγωνο γίνεται κανονικό, ισόπλευρο. Αυτό σημαίνει ότι τα άτομα οξυγόνου σε αυτό γίνονται ισοδύναμα! Όλοι οι δεσμοί γίνονται πανομοιότυποι (ο διπλός δεσμός είναι μικρότερος από έναν απλό δεσμό). Πως?
Ας λογικευτούμε. sp 2-Ο υβριδισμός του ατόμου του αζώτου αναγκάζει τα άτομα οξυγόνου στον ίδιο τύπο υβριδισμού. Το αποτέλεσμα είναι μια επίπεδη δομή, κατά μήκος της οποίας βρίσκονται τα p-τροχιακά που δεν εμπλέκονται στον υβριδισμό, τα οποία υπάρχουν και στα τέσσερα άτομα.
Ας δούμε τώρα τον συνολικό αριθμό των ηλεκτρονίων σθένους: το ιόν περιέχει πέντε ηλεκτρόνια από το άζωτο, έξι από κάθε ένα από τα τρία άτομα οξυγόνου και ένα άλλο που προσδίδει ένα φορτίο στο ιόν ως σύνολο, για ένα σύνολο είκοσι τέσσερα. Από αυτά, έξι ηλεκτρόνια απαιτούνται για να σχηματίσουν τρεις απλούς δεσμούς, δώδεκα ηλεκτρόνια βρίσκονται κατά μήκος της περιμέτρου του μορίου σε υβριδικά τροχιακά (δύο ζεύγη ηλεκτρονίων για κάθε άτομο οξυγόνου), αφήνοντας έξι ηλεκτρόνια για τα ίδια τέσσερα R- τροχιακά που δεν εμπλέκονται στον υβριδισμό. Η μόνη λογική εξήγηση που είναι δυνατή σε αυτή την περίπτωση είναι ότι όλα τα άτομα μοιράζονται τα ηλεκτρόνια τους σε ένα ενιαίο νέφος ηλεκτρονίων (Εικ. 7). Αυτό διευκολύνεται από μικρές ατομικές ακτίνες και μικρές διατομικές αποστάσεις. Και η συμμετρία είναι συνήθως ενεργειακά ευνοϊκή και επομένως αυξάνει τη σταθερότητα της δομής στο σύνολό της. Αυτή δεν είναι η μόνη περίπτωση κοινής χρήσης ηλεκτρονίων από πολλά άτομα· παρόμοια «συλλογική καλλιέργεια ηλεκτρονίων» βρίσκεται στην οργανική χημεία, για παράδειγμα, σε αρωματικές ενώσεις.

Ας επιστρέψουμε, ωστόσο, σε προβλέψεις για τις ιδιότητες του νιτρικού οξέος με βάση ιδέες για τη δομή του μορίου. Το προφανές πλεονέκτημα της ύπαρξης σε μορφή ιόντος εξηγεί όχι μόνο τον υψηλό βαθμό διάστασης του οξέος σε ένα υδατικό διάλυμα, αλλά και τη δυνατότητα διάστασης ενός ανύδρου οξέος. Και είναι η διάσπαση που καθορίζει τις φυσικές ιδιότητες αυτής της ουσίας.

Φυσικές ιδιότητες του νιτρικού οξέος

Μια ιονισμένη ένωση, ακόμη και αν είναι μερικώς ιονισμένη, είναι δύσκολο να μετατραπεί σε αέριο. Έτσι, το σημείο βρασμού θα πρέπει να είναι αρκετά υψηλό, αλλά με τόσο μικρό μοριακό βάρος (και λόγω υψηλής κινητικότητας), το σημείο τήξης δεν πρέπει να είναι υψηλό. Κατά συνέπεια, η κατάσταση συσσωμάτωσης στους 20 °C είναι υγρή.
Όσον αφορά τη διαλυτότητα στο νερό, όπως και πολλά άλλα πολικά υγρά, το νιτρικό οξύ αναμιγνύεται εύκολα με το νερό σε οποιαδήποτε αναλογία.
Το καθαρό νιτρικό οξύ είναι άχρωμο και άοσμο. Ωστόσο, λόγω της αποσύνθεσης σε οξυγόνο και οξείδιο του αζώτου (IV), το οποίο επίσης διαλύεται σε αυτό, μπορούμε να πούμε ότι το συνηθισμένο συμπυκνωμένο νιτρικό οξύ έχει ένα κίτρινο-καφέ χρώμα και μια πικάντικη οσμή χαρακτηριστική του NO 2.
Ας δούμε πώς η δομή του μορίου του νιτρικού οξέος επηρεάζει τις χημικές του ιδιότητες.

Χημικές ιδιότητες του νιτρικού οξέος

Το κύριο πράγμα που πρέπει να σημειώσουμε είναι ότι η παρουσία υψηλότερης κατάστασης οξείδωσης του ατόμου αζώτου περιορίζει τις ιδιότητες του νιτρικού οξέος· δεν αντιδρά με οξειδωτικά μέσα. Αλλά με αναγωγικούς παράγοντες, κυρίως με μέταλλα, αντιδρά με ασυνήθιστο και ποικίλο τρόπο.
1. Αντιδράσεις με μέταλλα. Το νιτρικό οξύ αντιδρά με τα μέταλλα ως ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας ακόμη και σε αραιά διαλύματα (σε αντίθεση με το θειικό οξύ, το οποίο εμφανίζει τις οξειδωτικές του ιδιότητες μόνο σε συμπυκνωμένη μορφή). Συνήθως σχηματίζεται νιτρικό μέταλλο, αλλά αντί για υδρογόνο απελευθερώνονται αέριες ενώσεις αζώτου: NO 2, NO, N 2 O, N 2 ή αμμωνία, η οποία σε όξινο περιβάλλον μετατρέπεται αμέσως σε ιόν αμμωνίου. Κατ' αρχήν, όταν ένα μέταλλο αντιδρά με νιτρικό οξύ, σχηματίζεται ολόκληρο αυτό το «μπουκέτο» αερίων, αλλά ανάλογα με το μέταλλο και τη συγκέντρωση του οξέος, θα επικρατήσουν ορισμένα συστατικά.
Έτσι, σε εργαστηριακές συνθήκες, το οξείδιο του αζώτου (II) λαμβάνεται συνήθως με αντίδραση ρινισμάτων χαλκού με νιτρικό οξύ με πυκνότητα 1,2 g/cm3, δηλαδή, όταν ο χαλκός υποβάλλεται σε επεξεργασία με αραιό οξύ, αυτό το οξείδιο υπερισχύει σαφώς στα αέρια προϊόντα αντίδρασης:

Όταν όμως το νιτρικό οξύ της ίδιας πυκνότητας (και επομένως συγκέντρωσης) αντιδρά με το σίδηρο, η περιεκτικότητα σε οξείδιο του αζώτου (II) στο μείγμα είναι μόνο 40% - λιγότερο από το μισό, και το υπόλοιπο 60% κατανέμεται ομοιόμορφα μεταξύ νιτρικού αμμωνίου και αζώτου , μονοξείδιο του αζώτου (I ) και μονοξείδιο του αζώτου (IV) (Εικ. 8).

Ένα ενδιαφέρον και ζωτικής σημασίας γεγονός πρέπει να σημειωθεί ότι ούτε ο σίδηρος ούτε το αλουμίνιο αντιδρούν με 100% νιτρικό οξύ (επομένως, μπορεί να αποθηκευτεί και να μεταφερθεί σε δεξαμενές και άλλα δοχεία κατασκευασμένα από αυτά τα μέταλλα). Το γεγονός είναι ότι αυτά τα μέταλλα καλύπτονται με ανθεκτικά φιλμ οξειδίων που είναι αδιάλυτα σε καθαρό οξύ. Για να εκδηλωθούν όξινες ιδιότητες, το οξύ πρέπει να είναι αισθητά διαχωρισμένο, και αυτό με τη σειρά του απαιτεί νερό.
2. Αντιδράσεις με αμέταλλα.Το νιτρικό οξύ δεν αντιδρά με το οξυγόνο και το όζον.
3. Δεν υπάρχει αντίδραση με το νερό.Το νερό προωθεί μόνο τη διάσπαση του οξέος.
4. Αντιδράσεις με οξέα.Το νιτρικό οξύ δεν αντιδρά με άλλα οξέα μέσω αντιδράσεων ανταλλαγής ή ένωσης. Ωστόσο, είναι αρκετά ικανό να αντιδρά ως ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Σε ένα μείγμα συμπυκνωμένων νιτρικών και υδροχλωρικών οξέων, συμβαίνουν αναστρέψιμες αντιδράσεις, η ουσία των οποίων μπορεί να συνοψιστεί από την εξίσωση:

Το προκύπτον ατομικό χλώριο είναι πολύ ενεργό και παίρνει εύκολα ηλεκτρόνια από άτομα μετάλλου και το ιόν χλωρίου που είναι διαθέσιμο «κοντά» σχηματίζει σταθερά σύμπλοκα ιόντα με τα μεταλλικά ιόντα που προκύπτουν. Όλα αυτά επιτρέπουν ακόμη και τον χρυσό να μεταφερθεί σε διάλυμα. Λόγω του γεγονότος ότι ο χρυσός είναι ο «βασιλιάς των μετάλλων», ένα μείγμα συμπυκνωμένων νιτρικών και υδροχλωρικών οξέων ονομάζεται aqua regia.
Το συμπυκνωμένο θειικό οξύ, ως ισχυρός παράγοντας αφαίρεσης νερού, προάγει την αποσύνθεση του νιτρικού οξέος σε μονοξείδιο του αζώτου (IV) και οξυγόνο.
5. Αντιδράσεις με βάσεις και βασικά οξείδια. Το νιτρικό οξύ είναι ένα από τα ισχυρά ανόργανα οξέα και φυσικά αντιδρά με τα αλκάλια. Αντιδρά επίσης με αδιάλυτα υδροξείδια και βασικά οξείδια. Αυτές οι αντιδράσεις διευκολύνονται επίσης από το γεγονός ότι όλα τα άλατα νιτρικού οξέος έχουν καλή διαλυτότητα στο νερό, επομένως, τα προϊόντα της αντίδρασης δεν θα παρεμποδίσουν την πρόοδό του.

Φυσικές ιδιότητες των ενώσεων NO, NO 2 και HNO 3 σε αριθμούς

Οξείδιο του αζώτου (II) ΟΧΙ. Μοριακή μάζα 30 g/mol. Το σημείο τήξης είναι –164 °C, το σημείο βρασμού είναι –154 °C. Η πυκνότητα του αερίου NO υπό κανονικές συνθήκες (0 °C, 1 atm) είναι 1,3402 g/l. Η διαλυτότητα σε ατμοσφαιρική πίεση και στους 20 °C είναι 4,7 ml αερίου ΝΟ ανά 100 g νερού.
Οξείδιο του αζώτου (IV)) ΟΧΙ 2 . Μοριακή μάζα 46 g/mol. Σημείο τήξεως –11 °C, σημείο βρασμού 21 °C. Πυκνότητα αερίου NO 2 στο n. u. 1,491 g/l. Η διαλυτότητα - με την προϋπόθεση ότι αυτό το οξείδιο πρώτα αντιδρά με το νερό στον αέρα και στη συνέχεια επίσης διαλύεται στο νιτρικό οξύ που προκύπτει - μπορεί να θεωρηθεί απεριόριστη (μέχρι το σχηματισμό 60% HNO 3).
Δεδομένου ότι το οξείδιο του αζώτου (IV) διμερίζεται ενεργά (στους 140 °C είναι εξ ολοκλήρου με τη μορφή του μονομερούς NO 2, αλλά στους 40 °C περίπου το 30% του μονομερούς παραμένει και στους 20 °C σχεδόν όλο του μετατρέπεται σε διμερές N 2 O 4), τότε οι φυσικές ιδιότητες σχετίζονται με ένα διμερές παρά με ένα μονομερές. Αυτό είναι που μπορεί να εξηγήσει το αρκετά υψηλό σημείο βρασμού (το N 2 O 4 είναι ένα αρκετά βαρύ μόριο). Ο βαθμός διμερισμού μπορεί να κριθεί με βάση το χρώμα: το μονομερές είναι έντονα χρωματισμένο και το διμερές είναι άχρωμο.
Νιτρικό οξύ HNO3. Μοριακή μάζα 63 g/mol. Σημείο τήξεως –41,6 °C, σημείο βρασμού 83 °C. Η πυκνότητα του υγρού 100% οξέος είναι 1,513 g/cm3. Η διαλυτότητα είναι απεριόριστη, με άλλα λόγια, το οξύ και το νερό αναμιγνύονται σε οποιαδήποτε αναλογία. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα διαλύματα νιτρικού οξέος βράζουν σε θερμοκρασίες υψηλότερες από τα σημεία βρασμού του καθαρού νερού και του οξέος. Στη μέγιστη θερμοκρασία (122 °C), ένα διάλυμα 68,4% βράζει, ενώ η ποσοστιαία σύνθεση του διαλύματος και του ατμού είναι η ίδια.
Τα μείγματα ουσιών για τα οποία η σύσταση του ατμού κατά τον βρασμό αντιστοιχεί στη σύσταση του υγρού ονομάζονται αζεοτροπικά ή μη ζέοντα χωριστά. (Η λέξη «αζεότροπο» προέρχεται από το ελληνικό - βράζω, - αλλάζω, - αρνητικό πρόθεμα.) Οι χαμηλότερες συγκεντρώσεις οξέος χαρακτηρίζονται από αύξηση της ποσότητας νερού στον ατμό σε σύγκριση με το διάλυμα, γεγονός που οδηγεί σε συγκέντρωση του διαλύματος. Σε υψηλότερες συγκεντρώσεις, αντίθετα, η σύνθεση ατμού εμπλουτίζεται με οξύ.

Χημικές ιδιότητες ενώσεων αζώτου (συμπλήρωμα)

Όπως κάθε άλλη ουσία που περιέχει ένα άτομο με ενδιάμεση κατάσταση οξείδωσης, τα οξείδια του αζώτου (II) και (IV), σε αντίθεση με το νιτρικό οξύ, μπορούν να δράσουν τόσο ως οξειδωτικοί όσο και ως αναγωγικοί παράγοντες, ανάλογα με τον συνεργάτη της αντίδρασης. Ωστόσο, πολλές από αυτές τις αντιδράσεις είναι «άσχετες» και, κατά συνέπεια, ελάχιστα μελετημένες.
Ανάμεσα στις «τρέχουσες» αντιδράσεις, αξίζει να αναφερθεί η αντίδραση του οξειδίου του αζώτου (IV) με το οξείδιο του θείου (IV) παρουσία νερού:

Αυτή η αντίδραση είναι σχετική επειδή η προσθήκη οξυγόνου στο οξείδιο του θείου (IV) συμβαίνει μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες και παρουσία καταλύτη, ενώ η προσθήκη οξυγόνου στο οξείδιο του αζώτου (II) συμβαίνει υπό κανονικές συνθήκες. Έτσι, το οξείδιο του αζώτου (IV) απλώς βοηθά το οξείδιο του θείου να προσθέσει οξυγόνο. Αυτή η αντίδραση συμβαίνει υπό κανονικές συνθήκες (δεν απαιτείται πρόσθετη πίεση στο μείγμα και θέρμανση).
Οξείδιο του αζώτου (II) αντιδρά επίσης με οξείδιο του θείου (IV), αλλά υπό εντελώς διαφορετικές συνθήκες: είτε σε πίεση 500 ατμοσφαιρών (!), τότε λαμβάνονται οξείδιο του θείου (VI) και άζωτο, είτε σε υδατικό διάλυμα, μετά θειικό οξύ και μονοξείδιο του αζώτου (I) λαμβάνονται ).
Οξείδιο του αζώτου (Ι). Έχει ελαφριά ευχάριστη μυρωδιά και γλυκιά γεύση. Δεν αντιδρά με οξυγόνο, νερό, διαλύματα οξέων και αλκαλίων. Αποσυντίθεται σε στοιχεία σε θερμοκρασίες άνω των 500 °C, με άλλα λόγια, είναι αρκετά σταθερό.
Η δομή του μορίου είναι ενδιαφέρουσα: ένα γραμμικό μόριο O=N=N, στο οποίο το κεντρικό άτομο αζώτου είναι τετρασθενές. Σχηματίζει δύο διπλούς δεσμούς: ο ένας με το οξυγόνο σύμφωνα με το τυπικό σχήμα δημιουργίας ενός ομοιοπολικού δεσμού (δύο ηλεκτρόνια αζώτου, δύο ηλεκτρόνια οξυγόνου), ο άλλος με το άτομο αζώτου (το οποίο ζευγαρώνει δύο από τα τρία ασύζευκτα ηλεκτρόνια του και έτσι σχηματίζει ένα κενό τροχιακό), ένας από τους δεσμούς είναι ομοιοπολικός, ο δεύτερος είναι δότης-δέκτης (Εικ. 9).

Ρύζι. 9. Μόριο μονοξειδίου του αζώτου (I) – N 2 O. (Το κεντρικό άτομο αζώτου είναι τετρασθενές: δύο δεσμούς με άτομα αζώτου και παράγει οξυγόνο χρησιμοποιώντας υβριδοποιημένο κατευθυνόμενα τροχιακά, δύο άλλοι δεσμοί με τα ίδια άτομα – χρησιμοποιώντας μη υβριδισμένα ρ-τροχιακά, και αυτές οι συνδέσεις βρίσκονται σε δύο αμοιβαία κάθετα επίπεδα. Επομένως, το ένα απεικονίζεται ως "πλάγια όψη" (1) - δεσμός με το άτομο οξυγόνου, και το άλλο – ως «κάτοψη» (2) – δεσμός μεταξύ δύο ατόμων αζώτου.)

Οξείδιο του αζώτου (III).Αποτελείται από NO και NO 2, τα οποία έχουν ζευγαρώσει τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια τους. Αρχίζει να αποσυντίθεται στα αντίστοιχα αέρια ήδη κατά την τήξη (–101 ° C).
Οξείδιο του αζώτου (V).Αποτελείται από δύο ομάδες NO 2 που συνδέονται μέσω οξυγόνου. Μια κάπως πιο σταθερή ένωση από το οξείδιο του αζώτου (III), αρχίζει να αποσυντίθεται σε θερμοκρασία δωματίου. Μερικοί από τους δεσμούς σε αυτό είναι, φυσικά, δότης-δέκτης. Και όχι «πεντασθενή άζωτα».
Θα πρέπει να προστεθεί στις χημικές ιδιότητες του νιτρικού οξέος ότι αντιδρά καλά με αμέταλλα που μπορεί να οξειδώσει. Έτσι, το πυκνό νιτρικό οξύ αντιδρά με το θείο, τον φώσφορο και τον άνθρακα, σχηματίζοντας θειικό, φωσφορικό και ανθρακικό οξύ, αντίστοιχα.
Οι αντιδράσεις του νιτρικού οξέος με οργανικές ουσίες είναι ενδιαφέρουσες και σημαντικές. Για παράδειγμα, όταν τρία άτομα υδρογόνου στο τολουόλιο αντικαθίστανται από ομάδες NO 2, σχηματίζεται τρινιτροτολουόλιο (ή απλά τολ), μια εκρηκτική ουσία.

Περιβαλλοντικές ιδιότητες των οξειδίων του αζώτου και του νιτρικού οξέος

Οξείδιο του αζώτου (I)σχετικά αδρανές και επομένως «οικολογικά ουδέτερο». Ωστόσο, έχει ναρκωτική δράση στους ανθρώπους, που κυμαίνονται από την απλή διασκέδαση (για την οποία ονομάστηκε «αέριο γέλιου») και τελειώνει με τον βαθύ ύπνο, που έχει βρει την εφαρμογή του στην ιατρική. Είναι ενδιαφέρον ότι είναι ακίνδυνο και για ιατρική αναισθησία χρησιμοποιείται ένα μείγμα μονοξειδίου του αζώτου (Ι) με οξυγόνο στην ίδια αναλογία με την αναλογία αζώτου και οξυγόνου στον αέρα. Το ναρκωτικό αποτέλεσμα απομακρύνεται αμέσως αφού σταματήσετε να εισπνέετε αυτό το αέριο.
Τα άλλα δύο σταθερά οξείδια του αζώτου μετατρέπονται εύκολα το ένα στο άλλο, μετά σε οξέα και μετά σε ανιόντα και. Έτσι, αυτές οι ουσίες είναι φυσικά ορυκτά λιπάσματα, ωστόσο, εάν βρίσκονται σε φυσικές ποσότητες. Σε «αφύσικες» ποσότητες, αυτά τα αέρια σπάνια εισέρχονται στην ατμόσφαιρα μόνα τους. Κατά κανόνα, σχηματίζεται ένα ολόκληρο «μπουκέτο» τοξικών ενώσεων που δρουν με περίπλοκο τρόπο.
Για παράδειγμα, μόνο ένα φυτό λιπασμάτων αζώτου εκπέμπει στον αέρα, εκτός από οξείδια του αζώτου, νιτρικό οξύ, αμμωνία και σκόνη λιπασμάτων, οξείδια του θείου, ενώσεις φθορίου και ορισμένες οργανικές ενώσεις. Οι επιστήμονες προσδιορίζουν την αντοχή διαφόρων χόρτων, θάμνων και δέντρων σε τέτοια "μπουκέτα". Είναι ήδη γνωστό ότι, δυστυχώς, η ερυθρελάτη και το πεύκο είναι ασταθή και πεθαίνουν γρήγορα, αλλά η λευκή ακακία, η καναδική λεύκα, οι ιτιές και ορισμένα άλλα φυτά μπορούν να υπάρχουν σε τέτοιες συνθήκες, επιπλέον, βοηθούν στην απομάκρυνση αυτών των ουσιών από τον αέρα.
Σοβαρή δηλητηρίαση με οξείδια του αζώτου μπορεί να συμβεί κυρίως κατά τη διάρκεια ατυχημάτων σε σχετικές βιομηχανίες. Η απόκριση του σώματος θα είναι διαφορετική λόγω των διαφορών στις ιδιότητες αυτών των αερίων. Το «καυστικό» NO 2 επηρεάζει κυρίως τους βλεννογόνους του ρινοφάρυγγα και των ματιών, προκαλώντας πνευμονικό οίδημα. Το ΝΟ, ως ελάχιστα διαλυτή και μη καυστική ουσία στο νερό, διέρχεται από τους πνεύμονες και εισέρχεται στο αίμα, προκαλώντας διαταραχές στο κεντρικό και περιφερικό νευρικό σύστημα. Και τα δύο οξείδια αντιδρούν με την αιμοσφαιρίνη στο αίμα, αν και με διαφορετικούς τρόπους, αλλά με το ίδιο αποτέλεσμα - η αιμοσφαιρίνη σταματά να μεταφέρει οξυγόνο.
Οι περιβαλλοντικές ιδιότητες του νιτρικού οξέος αποτελούνται από δύο «μισά». Ως ισχυρό οξύ, έχει καταστροφική επίδραση όχι μόνο στον ζωντανό ιστό (ανθρώπινο δέρμα, φύλλα φυτών), αλλά και στο έδαφος, το οποίο είναι αρκετά σημαντικό - όξινες (λόγω της παρουσίας οξειδίων του αζώτου και του θείου) βροχές, δυστυχώς, δεν είναι ασυνήθιστες. Όταν το οξύ εισχωρεί στο δέρμα, εμφανίζεται ένα χημικό έγκαυμα, το οποίο είναι πιο επώδυνο και χρειάζεται πολύ περισσότερο χρόνο για να επουλωθεί από ένα θερμικό έγκαυμα. Αυτές ήταν οι κύριες περιβαλλοντικές ιδιότητες κατιόν υδρογόνου.
Ας προχωρήσουμε στη μελέτη ανιόν. Όταν δρα ένα ισχυρό οξύ, είναι οι όξινες ιδιότητες που έρχονται στο προσκήνιο, επομένως είναι καλύτερο να εξετάσουμε τις ιδιότητες του ανιόντος χρησιμοποιώντας το παράδειγμα των αλάτων.
Αλληλεπίδραση νιτρικού ιόντος με πανίδα και χλωρίδα.Το γεγονός είναι ότι το νιτρικό ιόν είναι αναπόσπαστο μέρος του κύκλου του αζώτου στη φύση· είναι πάντα παρόν σε αυτό. Υπό κανονικές συνθήκες και σε αραιά διαλύματα, είναι σταθερό, παρουσιάζει ασθενείς οξειδωτικές ιδιότητες και δεν κατακρημνίζει μεταλλικά κατιόντα, διευκολύνοντας έτσι τη μεταφορά αυτών των ιόντων με το διάλυμα στο έδαφος, τα φυτά κ.λπ.
Το νιτρικό ιόν γίνεται τοξικό μόνο σε μεγάλες ποσότητες, διαταράσσοντας την ισορροπία άλλων ουσιών. Για παράδειγμα, με περίσσεια νιτρικών αλάτων στα φυτά, η ποσότητα του ασκορβικού οξέος μειώνεται. (Αξίζει να υπενθυμίσουμε ότι ένας ζωντανός οργανισμός είναι τόσο καλά οργανωμένος που οποιαδήποτε ουσία σε μεγάλες ποσότητες διαταράσσει την ισορροπία και, ως εκ τούτου, γίνεται δηλητηριώδης.)
Τα φυτά και τα βακτήρια χρησιμοποιούν νιτρικά άλατα για την κατασκευή πρωτεϊνών και άλλων απαραίτητων οργανικών ενώσεων. Για να γίνει αυτό, πρέπει να μετατρέψετε το νιτρικό ιόν σε ιόν αμμωνίου. Η αντίδραση αυτή καταλύεται από ένζυμα που περιέχουν μεταλλικά ιόντα (χαλκό, σίδηρο, μαγγάνιο κ.λπ.). Λόγω της πολύ μεγαλύτερης τοξικότητας της αμμωνίας και των ιόντων αμμωνίου στα φυτά, η αντίστροφη αντίδραση μετατροπής ιόντων αμμωνίου σε νιτρικό είναι καλά αναπτυγμένη.
Τα ζώα δεν ξέρουν πώς να φτιάξουν όλες τις οργανικές ενώσεις που χρειάζονται από ανόργανες - τους λείπουν τα κατάλληλα ένζυμα. Ωστόσο, οι μικροοργανισμοί που ζουν στο στομάχι και τα έντερα διαθέτουν αυτά τα ένζυμα και μπορούν να μετατρέψουν το νιτρικό ιόν σε ιόν νιτρώδους άλατος. Είναι το νιτρώδες ιόν που δρα ως δηλητηριαστικό, μετατρέποντας τον σίδηρο στην αιμοσφαιρίνη από Fe 2+ σε Fe 3+.
Η ένωση που περιέχει Fe 3+ και ονομάζεται μεθαιμοσφαιρίνη δεσμεύει πολύ σφιχτά το οξυγόνο του αέρα, επομένως δεν μπορεί να το απελευθερώσει στους ιστούς. Ως αποτέλεσμα, το σώμα υποφέρει από έλλειψη οξυγόνου και εμφανίζονται διαταραχές στη λειτουργία του εγκεφάλου, της καρδιάς και άλλων οργάνων.
Τυπικά, το νιτρώδες ιόν σχηματίζεται όχι στο στομάχι, αλλά στα έντερα και δεν έχει χρόνο να περάσει στο αίμα και να προκαλέσει όλη αυτή την καταστροφή. Επομένως, η δηλητηρίαση από νιτρικά άλατα είναι αρκετά σπάνια. Υπάρχει, ωστόσο, ένας άλλος κίνδυνος: στον οργανισμό μας υπάρχουν πολλές ουσίες στις οποίες τα άτομα υδρογόνου της αμμωνίας αντικαθίστανται από οργανικές ρίζες. Τέτοιες ενώσεις ονομάζονται αμίνες. Όταν οι αμίνες αντιδρούν με ιόντα νιτρώδους, σχηματίζονται νιτροζαμίνες - καρκινογόνες ουσίες:

Δρουν στο συκώτι και προάγουν το σχηματισμό όγκων στους πνεύμονες και τα νεφρά. Είναι ενδιαφέρον ότι ο ενεργός αναστολέας της αντίδρασης του σχηματισμού νιτροζαμίνης είναι το ασκορβικό οξύ, το οποίο είναι γνωστό από καιρό σε εμάς.

O.R.VALEDINSKAYA
(MSU, Μόσχα)

Σχετικά με τους συγγραφείς

Ντίνα Καμίλεβνα Γκαϊνουλίνα— Υποψήφιος Βιολογικών Επιστημών, ερευνητής στο Τμήμα Φυσιολογίας Ανθρώπου και Ζώων, Σχολή Βιολογίας, Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας. M. V. Lomonosova, ειδικός στον τομέα της φυσιολογίας του κυκλοφορικού. Τομέας επιστημονικών ενδιαφερόντων: χαρακτηριστικά ρύθμισης του αγγειακού συστήματος στην πρώιμη μεταγεννητική οντογένεση.

Σβετλάνα Ιβάνοβνα Σοφρόνοβα— μεταπτυχιακός φοιτητής του ίδιου τμήματος, μελετά τα προβλήματα ορμονικής ρύθμισης της σύνθεσης του ενδοθηλιακού μονοξειδίου του αζώτου.

Όλγα Σεργκέεβνα Ταράσοβα- Διδάκτωρ Βιολογικών Επιστημών, Καθηγητής του ίδιου τμήματος και κορυφαίος ερευνητής στο Εργαστήριο Φυσιολογίας της Μυϊκής Δραστηριότητας του Κρατικού Επιστημονικού Κέντρου της Ρωσικής Ομοσπονδίας «Ινστιτούτο Ιατρικών και Βιολογικών Προβλημάτων της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών», ειδικός στο πεδίο της κυκλοφορίας του αίματος και του αυτόνομου νευρικού συστήματος. Τομέας επιστημονικών ενδιαφερόντων είναι η αλληλεπίδραση συστημικών και τοπικών μηχανισμών ρύθμισης του καρδιαγγειακού συστήματος.

Ο τόνος των αιμοφόρων αγγείων και το επίπεδο της αρτηριακής πίεσης στο σώμα ρυθμίζονται από τη συντονισμένη εργασία πολλών συστημάτων και μηχανισμών, μεταξύ των οποίων σημαντικό ρόλο παίζει το αγγειακό ενδοθήλιο. Η έκκριση μονοξειδίου του αζώτου (ΝΟ) είναι μια από τις βασικές λειτουργίες των ενδοθηλιακών κυττάρων και οι γιατροί συχνά συνδέουν τη δυσλειτουργία τους σε διάφορες ασθένειες με τη μείωση της παραγωγής ΝΟ. Ποιες είναι οι σύγχρονες ιδέες για τη λειτουργία αυτού του συστήματος; Θα προσπαθήσουμε να απαντήσουμε σε αυτήν την ερώτηση στο άρθρο μας.

Ιστορικό

Το στρώμα των κυττάρων που καλύπτουν όλα τα αιμοφόρα και λεμφικά αγγεία, καθώς και τις καρδιακές κοιλότητες, περιγράφηκε για πρώτη φορά το 1847 από τον T. Schwann ως «διακεκριμένη μεμβράνη», η οποία 18 χρόνια αργότερα ονομάστηκε ενδοθήλιο από τον W. Gies. Σε σχετικά μεγάλα αγγεία (αρτηρίες και φλέβες), αυτό το στρώμα χρησιμεύει ως φράγμα μεταξύ των κυττάρων του αίματος και των λείων μυών και τα τοιχώματα των μικρότερων αγγείων, τα τριχοειδή, είναι εξ ολοκλήρου χτισμένα από ενδοθηλιακά κύτταρα. Ο συνολικός αριθμός τους είναι πολύ μεγάλος: στο σώμα ενός ενήλικα, η συνολική μάζα ξεπερνά το 1 κιλό!

Στη δεκαετία του 50-60 του ΧΧ αιώνα. Οι επιστήμονες, οπλισμένοι με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, περιέγραψαν λεπτομερώς τη δομή του ενδοθηλίου, αλλά ο ρόλος του στη ρύθμιση των λειτουργιών του καρδιαγγειακού συστήματος παρέμενε ασαφής. Μέχρι το 1980, το ενδοθήλιο θεωρούνταν μόνο ένα επιλεκτικά διαπερατό φράγμα μεταξύ του αίματος και του αγγειακού τοιχώματος, αν και ήδη εκείνη την εποχή ήταν γνωστό ότι ήταν ικανό να εκκρίνει ουσίες που εμποδίζουν την πήξη του αίματος.

Οι σύγχρονες ιδέες για τις λειτουργίες του ενδοθηλίου ξεκίνησαν το 1980, όταν οι R. Farchgott και J. Zawadzki επέστησαν την προσοχή στον ρόλο του στη ρύθμιση του αγγειακού τόνου. Σε κομψά πειράματα, οι ερευνητές έδειξαν ότι μια ουσία όπως η ακετυλοχολίνη προκαλεί χαλάρωση των αορτικών σκευασμάτων που απομονώνονται από το σώμα ενός κουνελιού μόνο με την παρουσία ενδοθηλίου. Αυτή η παρατήρηση αποδείχθηκε τόσο σημαντική που ο Farchgott έγινε αργότερα ένας από τους βραβευθέντες με Νόμπελ (1998). Σήμερα, η εξαρτώμενη από το ενδοθήλιο αγγειακή αντίδραση ως απάντηση στην ακετυλοχολίνη και άλλες ουσίες περιγράφεται σε έναν τεράστιο αριθμό επιστημονικών εργασιών που εκτελούνται σε μια μεγάλη ποικιλία αρτηριακών αγγείων - όχι μόνο μεγάλα, αλλά και μικρά που ρυθμίζουν την παροχή αίματος στα όργανα (Εικ. . 1).

Μέχρι το 1986, έγινε σαφές ότι η χαλάρωση των λείων μυών των αγγείων προκαλείται από το μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ), το οποίο απελευθερώνεται από το ενδοθήλιο υπό την επίδραση της ακετυλοχολίνης. Πώς, σε τόσο σύντομο χρονικό διάστημα (μόνο έξι χρόνια), ήταν δυνατό να απομονωθεί το ΝΟ από μια μακρά σειρά άλλων υποψηφίων για το ρόλο του μεσολαβητή μεταξύ του ενδοθηλίου και του αγγειακού λείου μυός; Γεγονός είναι ότι 10 χρόνια πριν από το διάσημο έργο των Farchgott και Zawadzki, μελετήθηκε η αγγειοδιασταλτική δράση του ΝΟ. Πράγματι, μέχρι εκείνη την εποχή, η νιτρογλυκερίνη (χρησιμεύει ως πηγή μορίων ΝΟ) αντιμετώπιζε τη στηθάγχη που προέρχεται από σπασμούς των καρδιακών αγγείων για 100 χρόνια. Η ταυτότητα του ενδοθηλιακού χαλαρωτικού παράγοντα και του ΝΟ καθορίστηκε επίσης από δείκτες όπως η ακραία αστάθεια (ειδικά παρουσία ενεργών ειδών οξυγόνου), η αδρανοποίηση κατά την αλληλεπίδραση με την αιμοσφαιρίνη και τις σχετικές πρωτεΐνες, καθώς και η ικανότητα πρόκλησης παρόμοιων βιοχημικών αλλαγών στα αγγεία. λεία μυϊκά κύτταρα.

Στο σώμα του ανθρώπου και των ζώων, το μονοξείδιο του αζώτου είναι ένας από τους βασικούς ενδογενείς ρυθμιστές του καρδιαγγειακού και άλλων συστημάτων. Το 1992 ονομάστηκε μόριο της χρονιάς και ο ετήσιος αριθμός δημοσιεύσεων για τις λειτουργίες του στο σώμα σήμερα ανέρχεται σε αρκετές χιλιάδες. Το ενδοθήλιο μπορεί να ονομαστεί ένα γιγάντιο ενδοκρινικό όργανο, στο οποίο τα κύτταρα δεν συλλέγονται μαζί, όπως στους ενδοκρινείς αδένες, αλλά διασκορπίζονται σε αγγεία που διεισδύουν σε όλα τα όργανα και τους ιστούς του σώματός μας. Υπό κανονικές φυσιολογικές συνθήκες, το ενδοθήλιο ενεργοποιείται κυρίως μηχανικά: από διατμητική τάση που δημιουργείται από τη ροή του αίματος ή από τέντωμα ενός αγγείου υπό πίεση. Επιπλέον, τα ενδοθηλιακά κύτταρα μπορούν να ενεργοποιηθούν από ρυθμιστικά μόρια, όπως ενώσεις πουρίνης (ATP και ADP), πεπτίδια (βραδυκινίνη, πεπτίδιο που σχετίζεται με το γονίδιο της καλσιτονίνης, ουσία P, κ.λπ.).

Εκτός από το μονοξείδιο του αζώτου, τα ενδοθηλιακά κύτταρα συνθέτουν άλλες ουσίες που επηρεάζουν τον αγγειακό τόνο, την παροχή αίματος στους ιστούς και την αρτηριακή πίεση. Έτσι, βοηθοί ΝΟ στη χαλάρωση των αιμοφόρων αγγείων μπορεί να είναι η προστακυκλίνη (προσταγλανδίνη I 2) και ο ενδοθηλιακός υπερπολωτικός παράγοντας. Το ποσοστό συμμετοχής τους εξαρτάται από το φύλο και το είδος του ζώου, τον τύπο του αγγειακού στρώματος και το μέγεθος του αγγείου. Για παράδειγμα, η επίδραση του ΝΟ είναι ισχυρότερη σε σχετικά μεγάλα αγγεία και ο παράγοντας υπερπόλωσης - σε μικρότερα.

Το ενδοθήλιο παράγει όχι μόνο αγγειοδιασταλτικές ουσίες, αλλά και αγγειοσυσταλτικά: ορισμένες προσταγλανδίνες, θρομβοξάνη, πεπτίδια ενδοθηλίνης-1 και αγγειοτενσίνης II, ανιόν υπεροξειδίου. Σε ένα υγιές σώμα, η εκκριτική δραστηριότητα του ενδοθηλίου στοχεύει στην παραγωγή αγγειοδιασταλτικών παραγόντων. Αλλά σε διάφορες ασθένειες (συστημική ή πνευμονική υπέρταση, ισχαιμία του μυοκαρδίου, σακχαρώδης διαβήτης κ.λπ.) ή σε ένα υγιές σώμα κατά τη γήρανση, ο εκκριτικός φαινότυπος του ενδοθηλίου μπορεί να αλλάξει προς αγγειοσυσταλτικά αποτελέσματα.

Παρά την ποικιλία των ρυθμιστικών μηχανισμών που εξαρτώνται από το ενδοθήλιο, η φυσιολογική λειτουργία του συνδέεται συχνότερα με την ικανότητα έκκρισης ΝΟ. Όταν το ενδοθήλιο αλλάζει τις ιδιότητές του κατά τη διάρκεια ασθενειών, οι γιατροί ονομάζουν αυτή την κατάσταση ενδοθηλιακή δυσλειτουργία, υποδηλώνοντας μείωση της παραγωγής ΝΟ. Σε σχέση με αυτή τη σημασία του ΝΟ, θα εξετάσουμε σύγχρονες ιδέες για τον ρυθμιστικό του ρόλο, πρώτα σε φυσιολογικές συνθήκες και στη συνέχεια σε ορισμένες μορφές αγγειακής παθολογίας.

Σύνθεση και ρύθμιση του ΝΟ στο ενδοθήλιο

Στη φύση, η σύνθεση του μονοξειδίου του αζώτου μπορεί να συμβεί μέσω διαφόρων οδών. Έτσι, στην τροπόσφαιρα σχηματίζεται από O 2 και N 2 υπό την επίδραση εκκενώσεων κεραυνού, στα φυτά - λόγω της φωτοχημικής αντίδρασης μεταξύ NO 2 και καροτενοειδών, και στο σώμα των ζώων - κατά την αλληλεπίδραση νιτρωδών και νιτρικών αλάτων με πρωτεΐνες που περιέχουν άτομα μετάλλου (για παράδειγμα, με αιμοσφαιρίνη). Όλες αυτές οι αντιδράσεις συμβαίνουν χωρίς τη συμμετοχή βιολογικών καταλυτών - ενζυμικών πρωτεϊνών, επομένως είναι σχετικά δύσκολος ο έλεγχος της ταχύτητας. Ωστόσο, στο σώμα του ζώου, η κύρια ποσότητα ΝΟ ως ρυθμιστή των φυσιολογικών διεργασιών σχηματίζεται υπό τη δράση ειδικών ενζύμων συνθασών ΝΟ (NOS) και η πηγή του ατόμου αζώτου είναι το αμινοξύ L-αργινίνη [,].

Υπάρχουν διάφορες ποικιλίες (ισόμορφες) συνθετάσης ΝΟ, οι οποίες κωδικοποιούνται από διαφορετικά γονίδια. Το 1990, η νευρωνική μορφή του ενζύμου (nNOS) απομονώθηκε από εγκέφαλο αρουραίου. Λίγο αργότερα, ανακαλύφθηκε επαγώγιμα NOS (iNOS) στα κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος (μακροφάγα) και ενδοθηλιακό NOS (eNOS) στο ενδοθήλιο. Μια άλλη ισομορφή του NOS εντοπίζεται στα μιτοχόνδρια· ρυθμίζει τις διαδικασίες κυτταρικής αναπνοής. Δεδομένου ότι ένας μεγάλος αριθμός συμπαραγόντων εμπλέκεται στη σύνθεση του ΝΟ, όλες οι ισομορφές των ενζύμων έχουν ειδικές θέσεις δέσμευσης για αυτούς. Κάθε μόριο NOS αποτελείται από δύο ίδια μισά. Για να συνδυαστούν σε ένα διμερές, απαιτείται ο συμπαράγοντας τετραϋδροβιοπτερίνη. Λόγω της έλλειψής του, το eNOS μεταβαίνει στην παραγωγή δραστικών ειδών οξυγόνου (ανιόν υπεροξειδίου και H 2 O 2), που μπορεί να οδηγήσει σε βλάβη στο ενδοθήλιο και σε άλλα κύτταρα του αγγειακού τοιχώματος.

Δύο ισομορφές του ενζύμου - eNOS και nNOS - ονομάζονται συστατικές επειδή υπάρχουν πάντα στα κύτταρα και συνθέτουν ΝΟ σε σχετικά μικρές ποσότητες (σε σύγκριση με το iNOS), και η δραστηριότητα αυτών των ισομορφών ρυθμίζεται από φυσιολογικά ερεθίσματα. Αντίθετα, το iNOS συντίθεται συνεχώς μόνο σε ορισμένα κύτταρα, για παράδειγμα, σε μακροφάγα, και σε ενδοθηλιακά, νευρικά και πολλά άλλα εμφανίζεται μόνο ως απόκριση σε εξωτερικά, κυρίως φλεγμονώδη, ερεθίσματα (για παράδειγμα, στοιχεία βακτηριακών κυτταρικών τοιχωμάτων - βακτηριακούς λιποπολυσακχαρίτες ). Το Active iNOS παράγει NO 1000 φορές πιο γρήγορα από τα eNOS και nNOS. Τα μακροφάγα χρησιμοποιούν αυτές τις μεγάλες ποσότητες ΝΟ για να σκοτώσουν τα παθογόνα πριν τα καταστρέψουν.

Έτσι, η κύρια συνθάση ΝΟ στο αγγειακό τοίχωμα είναι το eNOS και βρίσκεται κυρίως στο ενδοθήλιο. Η μεταγραφή του γονιδίου eNOS στα λεία μυϊκά κύτταρα εμποδίζεται με ειδικούς μηχανισμούς, όπως η μεθυλίωση της θέσης «έναρξης». Η συνθάση δεσμεύεται στην εξωτερική μεμβράνη του ενδοθηλιακού κυττάρου σε ειδικές εισβολές, κοίλες, όπου συγκεντρώνεται μεγάλος αριθμός ρυθμιστικών μορίων (διάφοροι δίαυλοι ιόντων και υποδοχείς). Αυτή η «στερέωση» του ενζύμου εξασφαλίζει τη λειτουργική του σύνδεση με υποδοχείς και κανάλια, γεγονός που διευκολύνει τη ρύθμιση της δραστηριότητας του eNOS. Η πρωτεΐνη caveolin εντοπίζεται στα caveolae, η οποία αναστέλλει τη δραστηριότητα των ενζύμων απουσία διεγερτικών ερεθισμάτων.

Ο λειτουργικός ρόλος της ενδοθηλιακής ΝΟ συνθάσης εξαρτάται από τον αριθμό των μορίων στο κύτταρο (το επίπεδο έκφρασης του γονιδίου eNOS) και από τη δραστηριότητά του. Πρέπει να σημειωθεί ότι η σύνθεση νέων πρωτεϊνικών μορίων είναι σχετικά μακροπρόθεσμη, επομένως χρησιμοποιείται για τη διασφάλιση μακροπρόθεσμων αλλαγών στην παραγωγή ΝΟ, για παράδειγμα, κατά την προσαρμογή του αγγειακού συστήματος στη φυσική δραστηριότητα ή στην υποξία σε μεγάλο υψόμετρο. Για τον γρήγορο έλεγχο της σύνθεσης του ΝΟ, χρησιμοποιούνται άλλοι μηχανισμοί, κυρίως αλλαγές στην ενδοκυτταρική συγκέντρωση του Ca 2+, ενός καθολικού ρυθμιστή των κυτταρικών λειτουργιών. Ας σημειώσουμε αμέσως ότι μια τέτοια φυσιολογική ρύθμιση είναι χαρακτηριστική μόνο των eNOS και nNOS, ενώ για το iNOS (ένα ανεξάρτητο ένζυμο Ca 2+) εμφανίζεται κυρίως στο επίπεδο της γονιδιακής έκφρασης.

Η αύξηση της συγκέντρωσης Ca 2+ σε ένα ορισμένο επίπεδο κατωφλίου είναι μια απαραίτητη προϋπόθεση για τη διάσπαση της ενδοθηλιακής ΝΟ συνθάσης από την καβεολίνη και τη μετάβασή της στην ενεργό κατάσταση. Εκτός από το Ca 2+, η φωσφορυλίωση, δηλαδή η ομοιοπολική προσκόλληση ενός υπολείμματος φωσφορικού οξέος που πραγματοποιείται από ενδοκυτταρικά ένζυμα - πρωτεϊνικές κινάσες, έχει μεγάλη σημασία για τη ρύθμιση της δραστηριότητας του eNOS. Η φωσφορυλίωση μεταβάλλει την ικανότητα του eNOS να ενεργοποιείται από το ασβέστιο (Εικόνα 2). Οι πρωτεϊνικές κινάσες συνδέουν υπολείμματα φωσφορικού οξέος σε αυστηρά καθορισμένα υπολείμματα αμινοξέων του μορίου eNOS, μεταξύ των οποίων τα πιο σημαντικά είναι η σερίνη στη θέση 1177 (Ser1177) και η θρεονίνη στη θέση 495 (Thr495). Η τοποθεσία Ser1177 θεωρείται η κύρια τοποθεσία ενεργοποίησης του eNOS. Είναι γνωστό ότι ο βαθμός της φωσφορυλίωσης του αυξάνεται γρήγορα υπό την επίδραση σημαντικών ρυθμιστικών παραγόντων: διατμητική καταπόνηση, βραδυκινίνη, αγγειακός ενδοθηλιακός αυξητικός παράγοντας και οιστραδιόλη. Το κύριο ένζυμο που πραγματοποιεί αυτή τη διαδικασία είναι το Akt (άλλο όνομα είναι η κινάση πρωτεΐνης Β), αλλά είναι γνωστές και άλλες κινάσες που μπορούν να ενεργοποιήσουν το eNOS (θα μιλήσουμε για αυτές αργότερα).

Η φωσφορυλίωση στη θέση Thr495 μειώνει την ενζυμική δραστηριότητα. Μια τέτοια αρνητική επίδραση μπορεί να ενισχυθεί υπό ορισμένες παθολογικές καταστάσεις - οξειδωτικό στρες, σακχαρώδης διαβήτης κ.λπ. Αντίθετα, υπό ορισμένες φυσιολογικές φυσιολογικές επιδράσεις, τα φωσφορικά άλατα απομακρύνονται (δηλαδή, συμβαίνει αποφωσφορυλίωση του Thr495), λόγω της οποίας η συγγένεια του eNOS για Το Ca 2+ αυξάνεται και, κατά συνέπεια, αυξάνεται η δραστηριότητά του. Έτσι, η ένταση της δραστηριότητας eNOS στα ενδοθηλιακά κύτταρα μπορεί να ρυθμιστεί δυναμικά από τα επίπεδα Ca 2+ και τη φωσφορυλίωση/αποφωσφορυλίωση από διάφορες πρωτεϊνικές κινάσες. Αυτό τελικά παρέχει λεπτή ρύθμιση της σύνθεσης του μονοξειδίου του αζώτου και, κατά συνέπεια, των φυσιολογικών επιδράσεών του στο καρδιαγγειακό σύστημα.

Μηχανισμοί χαλάρωσης λείων μυϊκών κυττάρων

Πώς το ΝΟ που εκκρίνεται από τα ενδοθηλιακά κύτταρα προκαλεί αγγειοδιαστολή; Η σύσπαση όλων των τύπων μυϊκών κυττάρων εξασφαλίζεται από την αλληλεπίδραση δύο πρωτεϊνών - ακτίνης και μυοσίνης, και η κινητική δραστηριότητα της τελευταίας στα λεία μυϊκά κύτταρα εμφανίζεται μόνο μετά τη φωσφορυλίωση της. Αυτό συνεπάγεται την παρουσία μεγάλου αριθμού ρυθμιστικών μηχανισμών που επηρεάζουν τη συσταλτική δραστηριότητα των λείων μυϊκών κυττάρων, συμπεριλαμβανομένου του μονοξειδίου του αζώτου.

Τα μόρια NO είναι λιπόφιλα, επομένως διεισδύουν ελεύθερα από τα ενδοθηλιακά κύτταρα στα λεία μυϊκά κύτταρα. Σε αυτά, ο κύριος αποδέκτης του ΝΟ είναι το ένζυμο γουανυλική κυκλάση, που βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα και επομένως ονομάζεται διαλυτό (δηλαδή, δεν σχετίζεται με τις κυτταρικές μεμβράνες). Η γουανυλική κυκλάση, ενεργοποιημένη από μονοξείδιο του αζώτου, συνθέτει την κυκλική μονοφωσφορική γουανοσίνη (cGMP), η οποία χρησιμεύει ως ισχυρός ενεργοποιητής ενός άλλου ενζύμου, της πρωτεϊνικής κινάσης G. Οι στόχοι της στα λεία μυϊκά κύτταρα είναι πολλές πρωτεΐνες που εμπλέκονται στη ρύθμιση της συγκέντρωσης του κυτταροπλασματικού Ca 2+.

Η πρωτεϊνική κινάση G ενεργοποιεί ορισμένους τύπους διαύλων καλίου, γεγονός που προκαλεί υπερπόλωση (μετατόπιση του δυναμικού της μεμβράνης προς πιο αρνητικές τιμές) των λείων μυϊκών κυττάρων, κλείνει τα κανάλια ασβεστίου της εξωτερικής μεμβράνης και έτσι μειώνει την είσοδο Ca 2+ στην κύτταρο. Επιπλέον, αυτό το ένζυμο, στην ενεργό του κατάσταση, καταστέλλει την απελευθέρωση Ca 2+ από τις ενδοκυτταρικές αποθήκες και επίσης προάγει την απομάκρυνσή του από το κυτταρόπλασμα. Αυτό μειώνει επίσης τη συγκέντρωση του Ca 2+ και χαλαρώνει τους λείους μύες.

Εκτός από το ότι επηρεάζει την ομοιόσταση του Ca 2+, η κινάση πρωτεΐνης G ρυθμίζει την ευαισθησία Ca 2+ της συσταλτικής συσκευής των λείων μυϊκών κυττάρων, δηλαδή μειώνει την ικανότητά της να ενεργοποιείται όταν αυξάνεται το Ca 2+. Είναι γνωστό ότι η ενεργοποίηση της πρωτεϊνικής κινάσης G (με τη συμμετοχή ενδιάμεσων) μειώνει το επίπεδο φωσφορυλίωσης της μυοσίνης λείου μυός, με αποτέλεσμα να αλληλεπιδρά λιγότερο καλά με την ακτίνη, η οποία προάγει τη χαλάρωση. Ο συνδυασμός των περιγραφόμενων συμβάντων οδηγεί σε αγγειοδιαστολή, αυξημένη ροή αίματος στα όργανα και μείωση της αρτηριακής πίεσης.

Φυσιολογική ρύθμιση της παραγωγής ΝΟ

Η ικανότητα παραγωγής ΝΟ χρησιμεύει ως δείκτης της φυσιολογικής λειτουργικής κατάστασης του ενδοθηλίου: η εξάλειψη των επιδράσεων του ΝΟ σε ένα υγιές σώμα (για παράδειγμα, με φαρμακολογικό αποκλεισμό του eNOS) οδηγεί σε αγγειοσυστολή και αύξηση της συστηματικής αρτηριακής πίεσης. Ως αποτέλεσμα της δράσης όλων σχεδόν των φυσιολογικών φυσιολογικών ερεθισμάτων, η περιεκτικότητα σε ΝΟ συνθάση στο ενδοθήλιο (ή/και η δραστηριότητά του) αυξάνεται. Ο βασικός παράγοντας που ρυθμίζει την παραγωγή ΝΟ είναι η ροή του αίματος. Καθώς κινείται μέσα στο αγγείο, εμφανίζεται διατμητική τάση στην επιφάνεια του ενδοθηλίου. Αυτό το ερέθισμα μεταδίδεται στην ενδοκυτταρική ενδοθηλιακή ΝΟ συνθάση μέσω ενεργοποίησης μηχανοευαίσθητων καναλιών και εισόδου Ca 2+. Μια άλλη επιλογή μετάδοσης είναι μέσω ενζύμων μεμβράνης, εάν η δραστηριότητα της πρωτεϊνικής κινάσης Akt αυξηθεί και το eNOS φωσφορυλιωθεί (στη θέση Ser1177). Η ροή του αίματος εξασφαλίζει συνεχή έκκριση μικρών ποσοτήτων ΝΟ από το ενδοθήλιο (Εικ. 3).

Ο γλυκοκάλυκας παίζει σημαντικό ρόλο στην ευαισθησία του ενδοθηλίου στη διατμητική τάση. Αυτό είναι ένα στρώμα μορίων πολυμερούς υδατανθρακικής φύσης που καλύπτει κύτταρα, το πάχος του οποίου μπορεί να είναι αρκετά μικρόμετρα και να υπερβαίνει ακόμη και το πάχος του ίδιου του ενδοθηλίου. Δεδομένου ότι οι «θάμνοι» των γλυκοπρωτεϊνών αναπτύσσονται μέσα στον αυλό του αγγείου, είναι αυτοί που βιώνουν πρώτοι την επίδραση της ροής του αίματος. Όταν παραμορφώνονται, οι ίνες γλυκοκάλυκα μεταδίδουν ένα σήμα στις πρωτεΐνες της μεμβράνης και στη συνέχεια στο eNOS. Αν και αυτός ο μηχανισμός έχει μελετηθεί ελάχιστα μέχρι στιγμής, η σημασία του αποδεικνύεται από το γεγονός ότι η διαταραχή της αγγειακής απόκρισης στο διατμητικό στρες σε διάφορες ασθένειες (αθηροσκλήρωση, σακχαρώδης διαβήτης, κ.λπ.) σχετίζεται με «φαλακράρα» του ενδοθηλίου, μείωση του πάχους και αλλαγή στη δομή του γλυκοκάλυκα.

Μια αύξηση στην ταχύτητα ροής του αίματος οδηγεί στην ενεργοποίηση της ενδοθηλιακής ΝΟ συνθάσης και σε αγγειοδιαστολή, και τέτοιες παρατεταμένες ή επαναλαμβανόμενες εκθέσεις αυξάνουν την περιεκτικότητα αυτού του ενζύμου στο ενδοθήλιο. Τα ευεργετικά αποτελέσματα της σωματικής άσκησης βασίζονται σε αυτό: είναι γνωστό ότι με τη βοήθεια της προπόνησης μπορείτε να βελτιώσετε σημαντικά τη λειτουργία του ενδοθηλίου χωρίς τη χρήση φαρμάκων! Ωστόσο, πρέπει να σημειωθεί ότι δεν έχουν όλες οι ασκήσεις τόσο ευεργετικό αποτέλεσμα. Πρώτον, το φορτίο πρέπει να συνοδεύεται από αύξηση της ταχύτητας της ροής του αίματος στους μύες που εργάζονται, όπως συμβαίνει με το γρήγορο περπάτημα, το τρέξιμο ή το ποδήλατο, και οι ασκήσεις ενδυνάμωσης με βάρη δεν έχουν τέτοιο αποτέλεσμα. Δεύτερον, δεν πρέπει να προπονείστε με δύναμη: με υπερβολικά φορτία, η έκκριση της κύριας ορμόνης του στρες, της κορτιζόλης, αυξάνεται απότομα, γεγονός που μειώνει τη δραστηριότητα του eNOS.

Πρόσθετη ενεργοποίηση της ενδοθηλιακής ΝΟ συνθάσης κατά τη διάρκεια της σωματικής άσκησης παρέχεται από την κινάση πρωτεΐνης που ενεργοποιείται από τη μονοφωσφορική αδενοσίνη (AMP), η οποία βρίσκεται σχεδόν σε όλα τα κύτταρα του σώματός μας, συμπεριλαμβανομένων των ενδοθηλιακών κυττάρων. Αυτό το ένζυμο ονομάζεται «αισθητήρας ενεργειακής κατάστασης κυττάρων» επειδή ενεργοποιείται όταν η αναλογία AMP/ATP στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου αυξάνεται, δηλαδή η κατανάλωση ενέργειας αρχίζει να υπερβαίνει την παραγωγή του. Στο ενδοθήλιο των αρτηριών που βρίσκονται μέσα στους σκελετικούς μύες που συστέλλονται έντονα, αυτό μπορεί να συμβεί ως αποτέλεσμα υποξίας - τα μυϊκά κύτταρα καταναλώνουν πολύ Ο 2 και το αγγειακό ενδοθήλιο το στερείται. Επιπλέον, πρόσφατα αποδείχθηκε ότι η ενεργοποίηση αυτής της πρωτεϊνικής κινάσης στα ενδοθηλιακά κύτταρα είναι δυνατή με αύξηση της διατμητικής καταπόνησης, δηλ. με αυξημένη ροή αίματος στους εργαζόμενους μύες. Η ενεργοποιημένη πρωτεϊνική κινάση φωσφορυλιώνει το eNOS στη θέση Ser1177, η παραγωγή ΝΟ αυξάνεται και τα αιμοφόρα αγγεία διαστέλλονται.

Οι καρδιολόγοι γνωρίζουν καλά ότι μέσω της τακτικής σωματικής άσκησης είναι δυνατό να βελτιωθεί η ενδοθηλιακή λειτουργία όχι μόνο στους σκελετικούς μύες και την καρδιά, που τροφοδοτούνται εντατικά με αίμα κατά τη διάρκεια της εργασίας, αλλά και σε όργανα που δεν εμπλέκονται άμεσα στην προπόνηση - στον εγκέφαλο, το δέρμα, κλπ. δ. Αυτό υποδηλώνει ότι εκτός από την επίδραση της ροής του αίματος στο ενδοθήλιο, υπάρχουν και άλλοι μηχανισμοί για τη ρύθμιση της ενδοθηλιακής ΝΟ συνθάσης. Μεταξύ αυτών, ο πρωταγωνιστικός ρόλος ανήκει στις ορμόνες, οι οποίες παράγονται από τους ενδοκρινείς αδένες, μεταφέρονται από το αίμα και αναγνωρίζουν τα κύτταρα στόχους σε διάφορα όργανα με την παρουσία ειδικών πρωτεϊνών υποδοχέα.

Μεταξύ των ορμονών που μπορούν να επηρεάσουν τη λειτουργία του ενδοθηλίου κατά τη φυσική δραστηριότητα, σημειώνουμε την αυξητική ορμόνη (σωματοτροπική ορμόνη), η οποία εκκρίνεται από την υπόφυση. Τόσο από μόνη της όσο και μέσω των ενδιάμεσων παραγόντων της, που μοιάζουν με την ινσουλίνη, η αυξητική ορμόνη αυξάνει τον σχηματισμό της ενδοθηλιακής ΝΟ συνθάσης και τη δραστηριότητά της.

Το πιο διάσημο παράδειγμα ορμονικής ρύθμισης των ενδοθηλιακών λειτουργιών είναι η επίδραση των γυναικείων σεξουαλικών ορμονών, των οιστρογόνων. Αρχικά, αυτή η ιδέα σχηματίστηκε χάρη σε επιδημιολογικές παρατηρήσεις, όταν αποδείχθηκε ότι για κάποιο λόγο οι γυναίκες σε αναπαραγωγική ηλικία, σε σύγκριση με τους άνδρες, υποφέρουν λιγότερο από αγγειακές διαταραχές που σχετίζονται με ενδοθηλιακή δυσλειτουργία. Επιπλέον, στις γυναίκες, η ικανότητά του να παράγει ΝΟ αλλάζει κατά τη διάρκεια του εμμηνορροϊκού κύκλου και στο πρώτο εξάμηνο, όταν η συγκέντρωση των οιστρογόνων στο αίμα είναι υψηλή, η εξαρτώμενη από το ενδοθήλιο αγγειοδιαστολή είναι πιο έντονη. Αυτές οι παρατηρήσεις προκάλεσαν πολλά πειράματα σε ζώα. Έτσι, η αφαίρεση των ωοθηκών από θηλυκούς αρουραίους μείωσε το περιεχόμενο και τη δραστηριότητα της ενδοθηλιακής ΝΟ συνθάσης στις αρτηρίες διαφόρων οργάνων (εγκέφαλος, καρδιά, σκελετικοί μύες, νεφρά, έντερα κ.λπ.) και η χορήγηση οιστρογόνων σε αυτά τα θηλυκά συνέβαλε στην την ομαλοποίηση της μειωμένης λειτουργίας. Η επίδραση των οιστρογόνων στη δραστηριότητα του eNOS σχετίζεται με την ενεργοποίηση της πρωτεϊνικής κινάσης Akt και η αύξηση στη σύνθεση του eNOS σχετίζεται με την επίδρασή τους στο γονιδίωμα των ενδοθηλιακών κυττάρων.

Είναι ενδιαφέρον ότι διαταραγμένες αντιδράσεις των εγκεφαλικών αρτηριών βρέθηκαν επίσης σε πειράματα με την αφαίρεση των γονάδων στους άνδρες, αν και οι όρχεις δεν εκκρίνουν οιστρογόνα, αλλά ανδρογόνα, ανδρικές ορμόνες φύλου. Αυτό το παράδοξο έγινε σαφές όταν η αρωματάση, ένα ένζυμο που μετατρέπει τα ανδρογόνα σε οιστρογόνα, ανακαλύφθηκε στο ενδοθήλιο των εγκεφαλικών αρτηριών. Έτσι, η προστατευτική δράση των οιστρογόνων στο αγγειακό ενδοθήλιο μπορεί επίσης να εμφανιστεί στους άνδρες. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση θα πρέπει να μιλήσουμε για τοπική ρύθμιση, η οποία παρέχεται από τα οιστρογόνα που σχηματίζονται απευθείας στο αγγειακό τοίχωμα.

Συμπερασματικά, θα εξετάσουμε τη ρύθμιση της ενδοθηλιακής ΝΟ συνθάσης από τις θυρεοειδικές ορμόνες. Είναι γνωστό ότι όταν η λειτουργία του διαταράσσεται στο αγγειακό ενδοθήλιο, η ένταση της σύνθεσης του ΝΟ αλλάζει: στον υπερθυρεοειδισμό αυξάνεται και στον υποθυρεοειδισμό μειώνεται. Αυτή η επίδραση οφείλεται κυρίως σε αλλαγές στην περιεκτικότητα σε ΝΟ συνθάση στα ενδοθηλιακά κύτταρα. Ωστόσο, πρόσφατα υπήρξαν ενδείξεις για την ύπαρξη άλλου μηχανισμού δράσης αυτών των ορμονών στα αγγειακά ενδοθηλιακά κύτταρα. Έτσι, η εξαρτώμενη από το Ca 2+ δραστηριότητα του eNOS και ο βαθμός φωσφορυλίωσης του στη θέση Ser1177 στις αρτηρίες αρουραίων με πειραματικό υπερθυρεοειδισμό αποδείχθηκε ότι ήταν σημαντικά υψηλότερος από ό,τι σε αρουραίους με υποθυρεοειδισμό.

Οι θυρεοειδικές ορμόνες είναι γνωστό ότι παίζουν βασικό ρόλο στη διαφοροποίηση των ιστών στον αναπτυσσόμενο οργανισμό. Όμως η επιρροή τους δεν περιορίζεται μόνο στην επιτάχυνση ή την επιβράδυνση των διαδικασιών, αλλά συχνά έχει προγραμματιστικό χαρακτήρα. Αυτό σημαίνει ότι εάν υπάρχει έλλειψη θυρεοειδικών ορμονών σε μια ορισμένη κρίσιμη ηλικία, τα κύτταρα δεν θα είναι σε θέση να λειτουργήσουν πλήρως, ακόμη και αν χορηγηθούν ορμόνες σε μεταγενέστερα στάδια της ζωής (στους ανθρώπους, η ορμονική θεραπεία είναι αποτελεσματική μόνο κατά την πρώτη μήνες μετά τη γέννηση). Οι μηχανισμοί της προγραμματιστικής επίδρασης των θυρεοειδικών ορμονών έχουν μελετηθεί λεπτομερώς μόνο για το νευρικό σύστημα και για άλλα συστήματα - πολύ λιγότερο καλά. Ωστόσο, είναι γνωστό ότι ο υποθυρεοειδισμός της μητέρας κατά την εγκυμοσύνη αποτελεί, μεταξύ άλλων, παράγοντα κινδύνου για την ανάπτυξη καρδιαγγειακών παθήσεων στο παιδί. Είναι ενδιαφέρον ότι στις αρτηρίες των νεογνών αρουραίων τις πρώτες εβδομάδες μετά τη γέννηση, ανιχνεύονται αυξημένα επίπεδα υποδοχέων θυρεοειδικών ορμονών, καθώς και το ένζυμο δεϊωδινάση, το οποίο μετατρέπει τη θυροξίνη (τετραϊωδοθυρονίνη) στην πιο δραστική τριιωδοθυρονίνη. Με βάση αυτές τις παρατηρήσεις, είναι δελεαστικό να υποθέσουμε ότι οι ορμόνες του θυρεοειδούς μπορεί επίσης να έχουν προγραμματιστική επίδραση στο αγγειακό ενδοθήλιο. Η μελλοντική έρευνα θα δείξει πόσο αληθινό είναι αυτό.

Μηχανισμοί μειωμένης έκκρισης ΝΟ από το ενδοθήλιο

Δυστυχώς, η ικανότητα του αγγειακού μας ενδοθηλίου να παράγει ΝΟ δεν είναι απεριόριστη. Η δραστηριότητα των ρυθμιστικών συστημάτων του οργανισμού είναι υψηλή σε νεαρή και ώριμη ηλικία, αλλά μειώνεται με τη γήρανση υπό την επίδραση ορισμένων παραγόντων. Πρώτον, λίγοι ηλικιωμένοι μπορούν να μιμηθούν τη ρήση του αρχαίου Έλληνα φιλοσόφου Αριστοτέλη: «Η ζωή απαιτεί κίνηση». Δεύτερον, με την ηλικία, η δραστηριότητα πολλών ορμονικών συστημάτων εξασθενεί: η έκκριση της αυξητικής ορμόνης και των ορμονών του φύλου μειώνεται και ο θυρεοειδής αδένας «κοιμάται». Τρίτον, συμβαίνουν αλλαγές στο μεταβολισμό όλων των κυττάρων. Συγκεκριμένα, οι ενεργειακοί σταθμοί του κυττάρου, τα μιτοχόνδρια, αρχίζουν να παράγουν μεγάλες ποσότητες δραστικών ειδών οξυγόνου, τα οποία αδρανοποιούν το ΝΟ και επίσης καταστέλλουν τη δραστηριότητα και μειώνουν την περιεκτικότητα σε ενδοθηλιακή συνθάση ΝΟ. Φαίνεται ότι οι αλλαγές που σχετίζονται με την ηλικία στο ενδοθήλιο δεν μπορούν να προληφθούν, αλλά μπορούν να επιβραδυνθούν αυξάνοντας την κινητικότητα, περιορίζοντας την πρόσληψη τροφών με υψηλή περιεκτικότητα σε θερμίδες (αυτό αυξάνει επίσης τη δραστηριότητα της ενεργοποιημένης από AMP πρωτεϊνική κινάση), χρησιμοποιώντας θεραπεία ορμονικής υποκατάστασης ( για παράδειγμα, σε μετεμμηνοπαυσιακές γυναίκες) ή αντιοξειδωτικά, τα οποία έχουν αναπτυχθεί και παραμένουν τομέας προτεραιότητας της γεροντολογίας.

Γιατί διαταράσσεται η σύνθεση ΝΟ στο αγγειακό ενδοθήλιο σε διάφορες παθολογίες; Δύο τύποι αλλαγών είναι δυνατοί εδώ: ταχεία (μειωμένη δραστηριότητα συνθετάσης ΝΟ στο ενδοθήλιο) και μακροπρόθεσμη - μείωση της περιεκτικότητάς του στα κύτταρα. Δεν θα εξετάσουμε διάφορες ασθένειες ξεχωριστά, αλλά θα απαριθμήσουμε τους κοινούς μηχανισμούς επιβλαβούς επιρροής τους στη λειτουργία του eNOS. Μια μείωση στη δραστηριότητα αυτού του ενζύμου σε ασθένειες συνήθως σχετίζεται με μια αύξηση της φωσφορυλίωσης του στη θέση Thr495, που προκαλείται από την αύξηση της δραστηριότητας της πρωτεϊνικής κινάσης C. Ο ισχυρός ενεργοποιητής της είναι η διακυλογλυκερόλη. Φυσιολογικά, είναι δευτερεύων αγγελιοφόρος στη μετάδοση σήματος από πολλούς υποδοχείς μεμβράνης, αλλά η υπερβολική συσσώρευσή του στα ενδοθηλιακά κύτταρα οδηγεί σε παθολογία.

Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα τέτοιων αλλαγών μπορεί να είναι μια ασθένεια όπως ο διαβήτης, στην οποία μια παραβίαση της σύνθεσης ή της δράσης της ινσουλίνης στα κύτταρα οδηγεί σε αυξημένη συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα. Δεδομένου ότι η μεταφορά γλυκόζης στο ενδοθήλιο δεν ρυθμίζεται από την ινσουλίνη (σε αντίθεση με τα κύτταρα των σκελετικών μυών, της καρδιάς, του λιπώδους ιστού και ορισμένων άλλων), η ζάχαρη συσσωρεύεται εκεί και γίνεται υπόστρωμα για τη σύνθεση της διακυλογλυκερόλης, η οποία ενεργοποιεί την πρωτεϊνική κινάση C.

Το ήδη αναφερθέν οξειδωτικό στρες είναι δείκτης πολλών καρδιαγγειακών παθολογιών. Ο αυξημένος σχηματισμός αντιδραστικών ειδών οξυγόνου είναι χαρακτηριστικό του σακχαρώδους διαβήτη, της αθηροσκλήρωσης και πολλών μορφών αρτηριακής υπέρτασης. Σε αυτές τις συνθήκες, συχνά παρατηρείται υψηλή δραστηριότητα του συστήματος ρενίνης-αγγειοτενσίνης και η αγγειοτενσίνη II είναι ένας ισχυρός προκλητής οξειδωτικού στρες, το οποίο, αφενός, μειώνει τη δραστηριότητα eNOS (για παράδειγμα, οι οξειδωμένες λιποπρωτεΐνες χαμηλής πυκνότητας μπορούν να ενεργοποιήσουν την κινάση πρωτεΐνης C), και από την άλλη, μειώνει την έκφραση γονιδίου eNOS, η οποία επίσης μειώνει την παραγωγή ΝΟ. Η χρήση αντιοξειδωτικών ή ουσιών που παρεμβαίνουν στο σχηματισμό ή τη δράση της αγγειοτενσίνης II (αναστολείς του μετατρεπτικού ενζύμου της αγγειοτενσίνης ή αναστολείς της αγγειοτενσίνης II) σχεδόν πάντα αυξάνει το σχηματισμό ΝΟ. Πρέπει να ειπωθεί ότι η μείωση της παραγωγής μονοξειδίου του αζώτου σε ασθένειες μπορεί να σχετίζεται όχι μόνο με άμεση επίδραση στο eNOS. Έτσι, η επίδραση των γλυκοκορτικοειδών στο ενδοθήλιο μειώνει την περιεκτικότητα όχι μόνο στο ίδιο το ένζυμο, αλλά και στον συμπαράγοντά του, την τετραϋδροβιοπτερίνη.

Η διαταραχή της λειτουργίας της ενδοθηλιακής ΝΟ συνθάσης μπορεί να οφείλεται στην έλλειψη του κύριου υποστρώματος της, της L-αργινίνης. Κατά κανόνα, αυτό το αμινοξύ εισέρχεται στο σώμα με την τροφή σε επαρκείς ποσότητες και, επιπλέον, μπορεί να συντεθεί απευθείας στο σώμα των ενηλίκων. Ωστόσο, εκτός από τις συνθάσες ΝΟ, η αργινίνη χρησιμεύει ως υπόστρωμα για πολλά άλλα ένζυμα, ιδιαίτερα την αργινάση, η οποία βρίσκεται σε διάφορους τύπους κυττάρων, συμπεριλαμβανομένου του αγγειακού ενδοθηλίου. Σε σακχαρώδη διαβήτη, οξειδωτικό στρες, καθώς και σε φλεγμονώδεις διεργασίες υπό την επίδραση κυτοκινών που εκκρίνονται από κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος (παράγοντας νέκρωσης όγκου κ.λπ.), η περιεκτικότητα σε αργινάση στο ενδοθήλιο αυξάνεται.

Τέλος, αναστολείς ενδοθηλιακής συνθάσης ΝΟ, όπως η διμεθυλαργινίνη, μπορεί να εμφανιστούν σε ανθρώπους και άλλα ζώα. Αυτό το «ψευδές υπόστρωμα» της ενδοθηλιακής συνθετάσης ΝΟ ανταγωνίζεται το αληθινό υπόστρωμα, την L-αργινίνη, για την ενεργό θέση του ενζύμου. Κανονικά, η διμεθυλαργινίνη σχηματίζεται στον οργανισμό μόνο σε μικρές ποσότητες (σε έναν ενήλικα ~60 mg/ημέρα), ωστόσο, με ποικίλες παθολογίες του κυκλοφορικού (αρτηριακή υπέρταση, αθηροσκλήρωση, στεφανιαία ανεπάρκεια κ.λπ.), η παραγωγή της αυξάνεται σημαντικά και η δραστηριότητα της ενδοθηλιακής ΝΟ-συνθάσης, κατά συνέπεια, μειώνεται.

Έτσι, το μονοξείδιο του αζώτου είναι ένας σημαντικός ρυθμιστικός παράγοντας μέσω του οποίου το ενδοθήλιο έχει χαλαρωτική επίδραση στα γειτονικά λεία μυϊκά κύτταρα, προκαλώντας αγγειοδιαστολή και εξομάλυνση ανεπιθύμητων αυξήσεων της αρτηριακής πίεσης σε συστηματικό επίπεδο. Εφόσον το ενδοθήλιο διατηρεί την ικανότητα να εκκρίνει ΝΟ σε ποσότητες επαρκείς για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, δεν υπάρχει λόγος ανησυχίας για την κατάσταση του αγγειακού συστήματος.

Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από το Ρωσικό Ίδρυμα Βασικής Έρευνας. Εργου ΝΚ 14-04-31377 mol-a.

Βιβλιογραφία
. Furchgott R. F., Zawadzki J. V. Ο υποχρεωτικός ρόλος των ενδοθηλιακών κυττάρων στη χαλάρωση των αρτηριακών λείων μυών από την ακετυλοχολίνη // Φύση. 1980. V. 288. Σ. 373–376.
. Melkumyants A. M., Balashov S. A. Μηχανική ευαισθησία του αρτηριακού ενδοθηλίου. Tver, 2005.
Πεπτίδιο που σχετίζεται με το γονίδιο καλσιτονίνης) σχηματίζεται από το ίδιο γονίδιο με την καλσιτονίνη με εναλλακτικό μάτισμα mRNA στον εγκέφαλο και στο περιφερικό νευρικό σύστημα.

Οι αριθμοί των υπολειμμάτων δίνονται ανάλογα με τη θέση στο ανθρώπινο μόριο eNOS.

Σε συνηθισμένες θερμοκρασίες, το N 2 O είναι ένα άχρωμο αέριο με ασθενή ευχάριστη οσμή και γλυκιά γεύση. έχει ναρκωτική δράση, προκαλώντας πρώτα σπασμωδικό γέλιο και μετά απώλεια συνείδησης.

Μέθοδοι απόκτησης

1. Αποσύνθεση νιτρικού αμμωνίου με ελαφρά θέρμανση:

NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O

2. Επίδραση HNO 3 σε ενεργά μέταλλα

10HNO 3 (συμπ.) + 4Ca = N 2 O + 4Ca(NO 3) 2 + 5H 2 O

Χημικές ιδιότητες

Το N 2 O δεν παρουσιάζει ούτε όξινες ούτε βασικές ιδιότητες, δηλαδή δεν αλληλεπιδρά με βάσεις, οξέα ή νερό (οξείδιο που δεν σχηματίζει άλατα).

Σε T > 500 "C, διασπάται σε απλές ουσίες. Το N 2 O είναι ένας πολύ ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Για παράδειγμα, είναι ικανός να οξειδώνει το διοξείδιο του θείου σε ένα υδατικό διάλυμα προς θειικό οξύ:

N 2 O + SO 2 + H 2 O = N 2 + H 2 SO 4

ΝΟ - μονοξείδιο του αζώτου (II), μονοξείδιο του αζώτου.

Σε συνηθισμένες θερμοκρασίες, το ΝΟ είναι ένα άχρωμο, άοσμο αέριο, ελαφρώς διαλυτό στο νερό, πολύ τοξικό (σε υψηλές συγκεντρώσεις αλλάζει τη δομή της αιμοσφαιρίνης).

Μέθοδοι απόκτησης

1. Η άμεση σύνθεση από απλές ουσίες μπορεί να πραγματοποιηθεί μόνο σε πολύ υψηλό T:

N 2 + O 2 = 2NO - Q

2. Παραγωγή στη βιομηχανία (1ο στάδιο παραγωγής ΗΝΟ 3).

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

3. Εργαστηριακή μέθοδος - αραιωτική δράση. HNO 3 για βαρέα μέταλλα:

8HNO 3 + 3Cu = 2NO + 3Cu(NO 3) 2 + 4H 2 O

Χημικές ιδιότητες

Το ΝΟ είναι ένα οξείδιο που δεν σχηματίζει άλατα (όπως το N2O). Έχει οξειδοαναγωγική δυαδικότητα.

Ι. ΟΧΙ - οξειδωτικός παράγοντας

2NO + SO 2 + H 2 O = N 2 O + H 2 SO 4

2NO + 2H 2 = N 2 + 2H 2 O (με έκρηξη)

II. ΟΧΙ - αναγωγικός παράγοντας

2NO + O 2 = 2NO 2

10NO + 6KMnO 4 + 9H 2 SO 4 = 10HNO 3 + 3K 2 SO 4 + 6MnSO 4 + 4H 2 O

NO 2 - μονοξείδιο του αζώτου (IV), διοξείδιο του αζώτου

Σε κανονικές θερμοκρασίες, το NO 2 είναι ένα κόκκινο-καφέ δηλητηριώδες αέριο με έντονη οσμή. Είναι ένα μείγμα NO 2 και του διμερούς του N 2 O 4 σε αναλογία -1:4. Το διοξείδιο του αζώτου είναι πολύ διαλυτό στο νερό.

Μέθοδοι απόκτησης

I. Βιομηχανική - Οξείδωση NO: 2NO + O 2 = 2NO 2

II. Εργαστήριο:

δράση συν. HNO 3 για βαρέα μέταλλα: 4HNO 3 + Cu = 2NO 2 + Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

αποσύνθεση νιτρικών: 2Pb(NO 3) 2 = 4NO 2 + O 2 + 2PbO

Χημικές ιδιότητες

NO 2 - οξείδιο οξέος, μικτός ανυδρίτης 2 οξέων

Το NO 2 αντιδρά με νερό, βασικά οξείδια και αλκάλια. Αλλά οι αντιδράσεις δεν εξελίσσονται με τον ίδιο τρόπο όπως με τα συνηθισμένα οξείδια - είναι πάντα οξειδοαναγωγικές. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι δεν υπάρχει οξύ με CO. (N) = +4, επομένως NO 2, όταν διαλύεται σε νερό, είναι δυσανάλογο με το σχηματισμό 2 οξέων - νιτρικού και νιτρώδους:

2NO 2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2

Εάν η διάλυση συμβεί παρουσία O 2, τότε σχηματίζεται ένα οξύ - νιτρικό οξύ:

4NO 2 + 2H 2 O + O 2 = 4HNO 3

Η αλληλεπίδραση του NO 2 με τα αλκάλια συμβαίνει με παρόμοιο τρόπο:

απουσία O 2: 2NO 2 + 2NaOH = NaNO 3 + NaNO 2 + H 2 O

παρουσία O 2: 4NO 2 + 4NaOH + O 2 = 4NaNO 3 + 2H 2 O

Το NO 2 είναι ένας πολύ ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας

Όσον αφορά την οξειδωτική ικανότητα, το NO 2 είναι ανώτερο από το νιτρικό οξύ. C, S, P, μέταλλα και ορισμένες οργανικές ουσίες καίγονται στην ατμόσφαιρά του. Σε αυτή την περίπτωση, το NO 2 ανάγεται σε ελεύθερο άζωτο:

10NO 2 + 8P = 5N 2 + 4P 2 O 5

2NO 2 + 8HI = N 2 + 4I 2 + 4H 2 O (εμφανίζεται μια βιολετί φλόγα)

Παρουσία Pt ή Ni, το διοξείδιο του αζώτου ανάγεται με υδρογόνο σε αμμωνία:

2NO 2 + 7H 2 = 2NH 3 + 4H 2 O

Το NO 2 χρησιμοποιείται ως οξειδωτικό στα καύσιμα πυραύλων. Όταν αλληλεπιδρά με την υδραζίνη και τα παράγωγά της, απελευθερώνεται μεγάλη ποσότητα ενέργειας:

2NO 2 + 2N 2 H 4 = 3N 2 + 4H 2 O + Q

Τα N 2 O 3 και N 2 O 5 είναι ασταθείς ουσίες

Και τα δύο οξείδια έχουν έντονο όξινο χαρακτήρα και είναι ανυδρίτες νιτρώδους και νιτρικού οξέος, αντίστοιχα.

Το N 2 O 3 ως μεμονωμένη ουσία υπάρχει μόνο στη στερεή κατάσταση κάτω από το T pl. (-10 0 C).

Με την αύξηση της θερμοκρασίας αποσυντίθεται: N 2 O 3 → NO + NO 2

Το N 2 O 5 σε θερμοκρασία δωματίου και ειδικά στο φως αποσυντίθεται τόσο έντονα που μερικές φορές εκρήγνυται αυθόρμητα.

Λόγω του γεγονότος ότι το άζωτο εμφανίζει διαφορετικά σθένη στις ενώσεις του, αυτό το στοιχείο χαρακτηρίζεται από πολλά οξείδια: οξείδιο του διαζώτου, μονο-, τρι-, δι- και πεντοξείδια του αζώτου. Ας δούμε το καθένα από αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Οξείδιο του διανιτρογόνου(αέριο γέλιου, υποξείδιο του αζώτου) είναι ένα άχρωμο αέριο που είναι θερμικά σταθερό.

Δυσδιάλυτο στο νερό. Όταν κρυώσει έντονα, κρυσταλλώνεται N 2 O× 5,75 H 2 O από το διάλυμα.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Μονοξείδιο του αζώτουΜπορεί να υπάρχει είτε ως άχρωμο αέριο είτε ως μπλε υγρό.

Στη στερεή κατάσταση διμερίζεται πλήρως (N 2 O 2), στην υγρή κατάσταση - μερικώς (≈ 25% N 2 O 2), στο αέριο - σε πολύ μικρό βαθμό. Εξαιρετικά θερμικά σταθερό. Δυσδιάλυτο στο νερό.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Τριοξείδιο του αζώτουείναι ένα θερμικά ασταθές μπλε υγρό.

Σε θερμοκρασία δωματίου, διασπάται κατά 90% σε NO και NO 2 και γίνεται καφέ (NO 2), δεν έχει σημείο βρασμού (το NO εξατμίζεται πρώτα). Σε στερεά κατάσταση, είναι μια λευκή ή γαλαζωπή ουσία με ιοντική δομή - νιτρώδες νιτρώδες (NO +) (NO 2 -). Στο αέριο έχει μοριακή δομή ON-NO 2.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Διοξείδιο του αζώτου(αλεπούδα) είναι ένα καφέ αέριο.

Σε θερμοκρασίες πάνω από 135 o C είναι μονομερές, σε θερμοκρασία δωματίου είναι ένα κόκκινο-καφέ μείγμα NO 2 και το διμερές του (τετροξείδιο του διανιτρογόνου) N 2 O 4. Στην υγρή κατάσταση το διμερές είναι άχρωμο, στη στερεά είναι λευκό. Διαλύεται καλά σε κρύο νερό (ένα κορεσμένο διάλυμα είναι ανοιχτό πράσινο), αντιδρώντας πλήρως με αυτό.

ΟΡΙΣΜΟΣ

Πεντοξείδιο του αζώτου (νιτρικός ανυδρίτης)είναι ένα λευκό στερεό, άχρωμο αέριο και υγρό.

Όταν θερμαίνεται, εξαχνώνεται και λιώνει, σε θερμοκρασία δωματίου αποσυντίθεται σε 10 ώρες. Στη στερεά κατάσταση έχει ιοντική δομή (NO 2 +) (NO 3 -) - νιτρικό νιτροϋλ.

Πίνακας 1. Φυσικές ιδιότητες οξειδίων του αζώτου.

Λήψη μονοξειδίου του αζώτου

Σε εργαστηριακές συνθήκες, το οξείδιο του αζώτου λαμβάνεται με προσεκτική θέρμανση ξηρού νιτρικού αμμωνίου (1) ή με θέρμανση ενός μείγματος σουλφαμικού και νιτρικού (73%) οξέων (2):

NH4NO3 = N2O + 2H2O (1);

NH 2 SO 2 OH + HNO 3 = N 2 O + H 2 SO 4 + H 2 O (2).

Το μονοξείδιο του αζώτου παράγεται από την αλληλεπίδραση απλών ουσιών αζώτου και οξυγόνου σε υψηλές θερμοκρασίες (≈1300 o C):

N 2 + O 2 = 2NO.

Επιπλέον, το μονοξείδιο του αζώτου (II) είναι ένα από τα προϊόντα της αντίδρασης της διάλυσης του χαλκού σε αραιό νιτρικό οξύ:

3Cu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

Όταν ένα μείγμα αερίων που αποτελείται από οξείδια του αζώτου (II) και (IV) ψύχεται στους -36 o C, σχηματίζεται τριοξείδιο του αζώτου:

NO + NO 2 = N 2 O 3.

Αυτή η ένωση μπορεί να ληφθεί με τη δράση 50% νιτρικού οξέος σε οξείδιο αρσενικού (III) (3) ή άμυλο (4):

2HNO 3 + As 2 O 3 = NO 2 + NO + 2HAsO 3 (3);

HNO 3 + (C 6 H 10 O 5 ) n = 6nNO + 6nNO 2 + 6nCO 2 + 11nH 2 O (4).

Η θερμική αποσύνθεση του νιτρικού μολύβδου(II) οδηγεί στο σχηματισμό διοξειδίου του αζώτου:

2Pb(NO3)2 = 2PbO + 4NO2 + O2.

Η ίδια ένωση σχηματίζεται όταν ο χαλκός διαλύεται σε πυκνό νιτρικό οξύ:

Cu + 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O.

Το πεντοξείδιο του αζώτου λαμβάνεται με διέλευση ξηρού χλωρίου πάνω από ξηρό νιτρικό άργυρο (5), καθώς και από την αντίδραση μεταξύ οξειδίου του αζώτου (IV) και όζοντος (6):

2Cl 2 + 4AgNO 3 = 2N 2 O 5 + 4AgCl + O 2 (5);

2NO 2 + O 3 = N 2 O 5 + O 2 (6).

Χημικές ιδιότητες του μονοξειδίου του αζώτου

Το οξείδιο του διανιτρογόνου είναι ελαφρώς αντιδραστικό και δεν αντιδρά με αραιά οξέα, αλκάλια, ένυδρη αμμωνία ή οξυγόνο. Όταν θερμαίνεται, αντιδρά με πυκνό θειικό οξύ, υδρογόνο, μέταλλα και αμμωνία. Υποστηρίζει την καύση άνθρακα και φωσφόρου. Στο ORR μπορεί να εμφανίσει τις ιδιότητες τόσο ενός ασθενούς οξειδωτικού παράγοντα όσο και ενός ασθενούς αναγωγικού παράγοντα.

Το μονοξείδιο του αζώτου δεν αντιδρά με νερό, αραιά οξέα, αλκάλια ή ένυδρη αμμωνία. Προσθέτει αμέσως οξυγόνο. Όταν θερμαίνεται, αντιδρά με αλογόνα και άλλα αμέταλλα, ισχυρούς οξειδωτικούς και αναγωγικούς παράγοντες. Εισέρχεται σε αντιδράσεις συμπλοκοποίησης.

Το τριοξείδιο του αζώτου παρουσιάζει όξινες ιδιότητες και αντιδρά με νερό, αλκάλια και ένυδρη αμμωνία. Αντιδρά έντονα με το οξυγόνο και το όζον, οξειδώνει τα μέταλλα.

Το διοξείδιο του αζώτου αντιδρά με το νερό και τα αλκάλια. Στο OVR εμφανίζει τις ιδιότητες ενός ισχυρού οξειδωτικού παράγοντα. Προκαλεί διάβρωση μετάλλων.

Το πεντοξείδιο του αζώτου παρουσιάζει όξινες ιδιότητες και αντιδρά με νερό, αλκάλια και ένυδρη αμμωνία. Είναι πολύ ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας.

Εφαρμογές μονοξειδίου του αζώτου

Το οξείδιο του διανιτρογόνου χρησιμοποιείται στη βιομηχανία τροφίμων (προωστικό στην παραγωγή σαντιγί), στην ιατρική (για την αναισθησία με εισπνοή) και επίσης ως κύριο συστατικό του καυσίμου πυραύλων.

Το τριοξείδιο και το διοξείδιο του αζώτου χρησιμοποιούνται στην ανόργανη σύνθεση για την παραγωγή νιτρικών και θειικών οξέων. Το οξείδιο του αζώτου (IV) έχει επίσης χρησιμοποιηθεί ως συστατικό καυσίμου πυραύλων και μικτών εκρηκτικών.

Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1

Ασκηση	Το μονοξείδιο του αζώτου περιέχει 63,2% οξυγόνο. Ποιος είναι ο τύπος του οξειδίου.
Λύση	Το κλάσμα μάζας του στοιχείου Χ σε ένα μόριο της σύνθεσης ΝΧ υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Ας υπολογίσουμε το κλάσμα μάζας του αζώτου στο οξείδιο: ω(Ν) = 100% - ω(Ο) = 100% - 63,2% = 36,8%. Ας υποδηλώσουμε τον αριθμό των γραμμομορίων στοιχείων που περιλαμβάνονται στην ένωση με «x» (άζωτο) και «y» (οξυγόνο). Στη συνέχεια, η μοριακή αναλογία θα μοιάζει με αυτό (οι τιμές των σχετικών ατομικών μαζών που λαμβάνονται από τον Περιοδικό Πίνακα του D.I. Mendeleev στρογγυλοποιούνται σε ακέραιους αριθμούς): x:y = ω(N)/Ar(N) : ω(O)/Ar(O); x:y= 36,8/14: 63,2/16; x:y= 2,6: 3,95 = 1: 2. Αυτό σημαίνει ότι ο τύπος για την ένωση αζώτου και οξυγόνου θα είναι ΝΟ 2. Αυτό είναι το μονοξείδιο του αζώτου (IV).
Απάντηση	ΟΧΙ 2

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 2

Ασκηση	Ποια αέρια είναι βαρύτερα και ποια ελαφρύτερα από τον αέρα και πόσες φορές: διοξείδιο του άνθρακα, διοξείδιο του αζώτου, μονοξείδιο του άνθρακα, χλώριο, αμμωνία;
Λύση	Ο λόγος της μάζας ενός δεδομένου αερίου προς τη μάζα ενός άλλου αερίου που λαμβάνεται στον ίδιο όγκο, στην ίδια θερμοκρασία και την ίδια πίεση ονομάζεται σχετική πυκνότητα του πρώτου αερίου προς το δεύτερο. Αυτή η τιμή δείχνει πόσες φορές το πρώτο αέριο είναι βαρύτερο ή ελαφρύτερο από το δεύτερο αέριο. Το σχετικό μοριακό βάρος του αέρα λαμβάνεται ως 29 (λαμβάνοντας υπόψη την περιεκτικότητα του αέρα σε άζωτο, οξυγόνο και άλλα αέρια). Πρέπει να σημειωθεί ότι η έννοια της «σχετικής μοριακής μάζας αέρα» χρησιμοποιείται υπό όρους, καθώς ο αέρας είναι ένα μείγμα αερίων. D αέρας (CO 2) = M r (CO 2) / M r (αέρας); D αέρας (CO 2) = 44 / 29 = 1,52. M r (CO 2) = A r (C) + 2 × A r (O) = 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44. D αέρας (NO 2) = M r (NO 2) / M r (αέρας); D αέρας (NO 2) = 46 / 29 = 1,59. M r (NO 2) = A r (N) + 2 × A r (O) = 14 + 2 × 16 = 14 + 32 = 46. D αέρας (CO) = M r (CO) / M r (αέρας); D αέρας (CO) = 28 / 29 = 0,97. M r (CO) = A r (C) + A r (O) = 12 + 16 = 28. D αέρας (Cl 2) = M r (Cl 2) / M r (αέρας); D αέρας (Cl 2) = 71 / 29 = 2,45. M r (Cl 2) = 2 × A r (Cl) = 2 × 35,5 = 71. D αέρας (NH 3) = M r (NH 3) / M r (αέρας); D αέρας (NH 3) = 17 / 29 = 0,57. M r (NH 3) = A r (N) + 3 ×A r (H) = 14 + 3 ×1 = 17.
Απάντηση	Το διοξείδιο του άνθρακα, το διοξείδιο του αζώτου και το χλώριο είναι 1,52 βαρύτερα από τον αέρα, αντίστοιχα. 1,59 και 2,45 φορές και το μονοξείδιο του άνθρακα και η αμμωνία είναι 0,97 και 0,57 φορές ελαφρύτερα.

Το άζωτο σχηματίζει μια σειρά από οξείδια με το οξυγόνο. Όλα αυτά μπορούν να ληφθούν από το νιτρικό οξύ ή τα άλατά του.

Νιτρικό οξύ(εγώ), ή υποξείδιο του αζώτου,Το N 2 O λαμβάνεται με θέρμανση νιτρικού αμμωνίου:

Το μονοξείδιο του αζώτου (1) είναι ένα άχρωμο αέριο με ελαφριά οσμή και γλυκιά γεύση. Είναι ελαφρώς διαλυτό στο νερό: ένας όγκος νερού στους 20 °C διαλύει 0,63 όγκους N 2 O.

Το μονοξείδιο του αζώτου (Ι) είναι μια θερμοδυναμικά ασταθής ένωση. Η τυπική ενέργεια Gibbs του σχηματισμού του είναι θετική (DS°b p =

104 kJ/mol). Ωστόσο, λόγω της υψηλής αντοχής των δεσμών στο μόριο N 2 O, οι ενέργειες ενεργοποίησης των αντιδράσεων που συμβαίνουν με τη συμμετοχή αυτής της ουσίας είναι υψηλές. Συγκεκριμένα, η ενέργεια ενεργοποίησης για την αποσύνθεση του N 2 O είναι υψηλή. Επομένως, σε θερμοκρασία δωματίου, το οξείδιο του αζώτου (Ι) είναι σταθερό. Ωστόσο, σε υψηλές θερμοκρασίες αποσυντίθεται σε άζωτο και οξυγόνο. Η αποσύνθεση συμβαίνει όσο πιο γρήγορα όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία.

Το μονοξείδιο του αζώτου (1) δεν αντιδρά με νερό, οξέα ή αλκάλια.

Η ηλεκτρονική δομή του μορίου N 2 O συζητείται στην § 41.

Η εισπνοή μικρών ποσοτήτων μονοξειδίου του αζώτου (Ι) οδηγεί σε εξασθένιση της ευαισθησίας στον πόνο, με αποτέλεσμα το αέριο αυτό μερικές φορές να χρησιμοποιείται σε μείγμα με οξυγόνο για αναισθησία. Μεγάλες ποσότητες μονοξειδίου του αζώτου (Ι) έχουν διεγερτική επίδραση στο νευρικό σύστημα. Γι' αυτό το έλεγαν παλιά «αέριο γέλιου».

Νιτρικό οξύ(II), ή νιτρικό οξύ,Το ΝΟ είναι ένα άχρωμο, δύσκολο να υγροποιηθεί αέριο. Το υγρό μονοξείδιο του αζώτου (II) βράζει στους -151,7°C και στερεοποιείται στους -163,7°C. Είναι ελαφρώς διαλυτό στο νερό: 1 όγκος νερού διαλύει μόνο 0,07 όγκους NO στους 0°C.

Σύμφωνα με τις χημικές του ιδιότητες, το μονοξείδιο του αζώτου (II) είναι ένα από τα αδιάφορα οξείδια, καθώς δεν σχηματίζει κανένα οξύ.

Όπως το N 2 O, το οξείδιο του αζώτου (II) είναι θερμοδυναμικά ασταθές - η τυπική ενέργεια Gibbs του σχηματισμού του είναι θετική (AGo 6p = 86,6 kJ/mol). Αλλά, και πάλι, όπως το N 2 O, το ΝΟ δεν αποσυντίθεται σε θερμοκρασία δωματίου επειδή τα μόριά του είναι αρκετά ισχυρά. Μόνο σε θερμοκρασίες άνω των 1000 0 C η αποσύνθεσή του σε άζωτο και οξυγόνο αρχίζει να συμβαίνει με αξιοσημείωτο ρυθμό. Σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες, για λόγους που αναφέρονται στην § 65, η αποσύνθεση του ΝΟ δεν προχωρά πλήρως - η ισορροπία εδραιώνεται στο σύστημα NO-N 2 -O 2. Χάρη σε αυτό, το οξείδιο του αζώτου (II) μπορεί να ληφθεί από απλές ουσίες σε θερμοκρασίες ηλεκτρικού τόξου (3000-4000 ° C).

Στο εργαστήριο, το μονοξείδιο του αζώτου (II) λαμβάνεται συνήθως με αντίδραση 30-35% νιτρικού οξέος με χαλκό:

Στη βιομηχανία, είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν στην παραγωγή νιτρικού οξέος (βλ. § 143).

Το μονοξείδιο του αζώτου (II) χαρακτηρίζεται από δυαδικότητα οξειδοαναγωγής. Υπό την επίδραση ισχυρών οξειδωτικών παραγόντων, οξειδώνεται, και παρουσία ισχυρών αναγωγικών παραγόντων, ανάγεται. Για παράδειγμα, οξειδώνεται εύκολα από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε διοξείδιο του αζώτου:

Ταυτόχρονα, ένα μείγμα ίσων όγκων ΝΟ και Η2 εκρήγνυται όταν θερμαίνεται:

Η ηλεκτρονική δομή του μορίου του ΝΟ περιγράφεται καλύτερα με τη μέθοδο MO. Στο Σχ. Το Σχήμα 116 δείχνει ένα διάγραμμα πλήρωσης MO σε μόριο ΝΟ (με παρόμοια διαγράμματα για μόρια N 2 και CO - βλέπε Εικ. 51 και 53). Το μόριο NO έχει ένα περισσότερο ηλεκτρόνιο από τα μόρια N 2 και CO: αυτό το ηλεκτρόνιο βρίσκεται στην αντιδεσμική τροχιακή l dist 2 R.Έτσι, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που συνδέονται εδώ υπερβαίνει τον αριθμό των ηλεκτρονίων κατά πέντε. Αυτό αντιστοιχεί σε συντελεστή σύζευξης 2,5 (5:2 = 2,5). Πράγματι, η ενέργεια διάστασης του μορίου ΝΟ σε άτομα (632 kJ/mol) έχει μια ενδιάμεση τιμή σε σύγκριση με τις αντίστοιχες τιμές για το μόριο O 2 (498 kJ/mol), στο οποίο η πολλαπλότητα του δεσμού είναι δύο, και η Μόριο N 2 (945 kJ/mol), όπου ο δεσμός είναι τριπλός. Ταυτόχρονα, ως προς την ενέργεια διάστασης, το μόριο ΝΟ είναι κοντά στο μοριακό ιόν οξυγόνου O 2 (644 kJ/mol), στο οποίο η πολλαπλότητα του δεσμού είναι επίσης 2,5.

Όταν ένα ηλεκτρόνιο αφαιρείται από ένα μόριο ΝΟ, σχηματίζεται ένα ιόν ΝΟ +, το οποίο δεν περιέχει ηλεκτρόνια αντιδεσμού. η πολλαπλότητα των δεσμών μεταξύ των ατόμων αυξάνεται σε τρία (έξι συνδετικά ηλεκτρόνια). Επομένως, η ενέργεια διάστασης του ιόντος NO + (1050 kJ/mol) είναι υψηλότερη από την ενέργεια διάστασης του μορίου NO και είναι κοντά στην αντίστοιχη τιμή για το μόριο CO (1076 kJ/mol), στο οποίο η πολλαπλότητα του δεσμού είναι τρία.

Ρύζι. 116.

Διοξίδιο(ή διοξείδιο του αζώτου)Το NO 2 είναι ένα καφέ δηλητηριώδες αέριο με χαρακτηριστική οσμή. Συμπυκνώνεται εύκολα σε κοκκινωπό υγρό (σημείο βρασμού 21 0 C), το οποίο κατά την ψύξη σταδιακά φωτίζεται και παγώνει στους -11,2 ° C, σχηματίζοντας μια άχρωμη κρυσταλλική μάζα. Όταν το αέριο διοξείδιο του αζώτου θερμαίνεται, το χρώμα του, αντίθετα, εντείνεται και στους 140 °C γίνεται σχεδόν μαύρο. Μια αλλαγή στο χρώμα του διοξειδίου του αζώτου με την αύξηση της θερμοκρασίας συνοδεύεται από αλλαγή στο μοριακό του βάρος. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, η πυκνότητα ατμών αντιστοιχεί περίπου στο διπλάσιο του τύπου N 2 O 4. Με την αύξηση της θερμοκρασίας, η πυκνότητα των ατμών μειώνεται και στους 140 °C αντιστοιχεί στον τύπο NO 2. Οι άχρωμοι κρύσταλλοι, που υπάρχουν στους -11,2 0 C και κάτω, αποτελούνται από μόρια N 2 O 4. Καθώς τα μόρια N 2 O 4 θερμαίνονται, διασπώνται για να σχηματίσουν σκούρα καφέ μόρια διοξειδίου του αζώτου. Η πλήρης διάσταση συμβαίνει στους 140 0 C. Έτσι, σε θερμοκρασίες από -11,2 έως 140 ° C, τα μόρια NO 2 και N 2 O 4 βρίσκονται σε ισορροπία μεταξύ τους:

Πάνω από τους 140 °C, αρχίζει η διάσπαση του NO 2 σε NO και οξυγόνο.

Το διοξείδιο του αζώτου είναι ένας πολύ ενεργητικός οξειδωτικός παράγοντας. Πολλές ουσίες μπορούν να καούν σε μια ατμόσφαιρα NO 2, αφαιρώντας το οξυγόνο από αυτήν. Οξειδώνει το διοξείδιο του θείου σε τριοξείδιο, στο οποίο βασίζεται η νιτρώδους μέθοδος παραγωγής θειικού οξέος (βλ. § 131).

Οι ατμοί NO 2 είναι δηλητηριώδεις.Η εισπνοή τους προκαλεί έντονο ερεθισμό της αναπνευστικής οδού και μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρή δηλητηρίαση.

Όταν διαλύεται στο νερό, το NO 2 αντιδρά με το νερό, σχηματίζοντας νιτρικό και νιτρώδες οξέα:

Αλλά το νιτρώδες οξύ είναι πολύ ασταθές και αποσυντίθεται γρήγορα:

Επομένως, στην πράξη, η αλληλεπίδραση του διοξειδίου του αζώτου με το νερό, ειδικά το ζεστό νερό, προχωρά σύμφωνα με την εξίσωση

που μπορεί να ληφθεί προσθέτοντας τις δύο προηγούμενες εξισώσεις, αν πολλαπλασιάσετε πρώτα την πρώτη από αυτές επί τρεις.

Παρουσία αέρα, το προκύπτον μονοξείδιο του αζώτου οξειδώνεται αμέσως σε διοξείδιο του αζώτου, έτσι ώστε σε αυτή την περίπτωση το NO 2 να μετατρέπεται πλήρως σε νιτρικό οξύ:

Αυτή η αντίδραση χρησιμοποιείται σε σύγχρονες μεθόδους για την παραγωγή νιτρικού οξέος.

Εάν το διοξείδιο του αζώτου διαλυθεί σε αλκάλια, σχηματίζεται ένα μείγμα αλάτων νιτρικού και νιτρώδους οξέος, για παράδειγμα:

Νιτρικό οξύ(III), ή νιτρώδες ανυδρίτη,Το N 2 O 3 είναι ένα σκούρο μπλε υγρό που αποσυντίθεται σε NO και NO 2 ακόμη και σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ένα μείγμα ίσων όγκων NO και NO 2 κατά την ψύξη πάλι σχηματίζει N 2 O 3:

Το νιτρώδες οξύ HNO 2 αντιστοιχεί στο οξείδιο του αζώτου (III).

Νιτρικό οξύ(V), ή νιτρικός ανυδρίτης,Τα N 2 O 5 είναι λευκοί κρύσταλλοι που σταδιακά αποσυντίθενται σε NO 2 και O 2 ακόμη και σε θερμοκρασία δωματίου. Μπορεί να παρασκευαστεί με τη δράση του φωσφορικού ανυδρίτη σε νιτρικό οξύ:

Το μονοξείδιο του αζώτου (V) είναι ένας πολύ ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Πολλές οργανικές ουσίες αναφλέγονται κατά την επαφή με αυτό. Στο νερό, το μονοξείδιο του αζώτου (V) διαλύεται καλά για να σχηματίσει νιτρικό οξύ.

Στη στερεά κατάσταση, το N 2 O 5 σχηματίζεται από το νιτρικό ιόν NO 3 και το ιόν

νιτρόνιοΝΟ2. Το τελευταίο περιέχει τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων όσο μπορεί

μόριο CO 2 και, όπως και το τελευταίο, έχει γραμμική δομή: O=N=O.

Σε ζεύγη, το μόριο N 2 O 5 είναι συμμετρικό. Η δομή του μπορεί να αναπαρασταθεί από το ακόλουθο σχήμα σθένους, στο οποίο οι δεσμοί τριών κέντρων παρουσιάζονται με μια διακεκομμένη γραμμή (συγκρίνετε με το σχήμα σθένους του μορίου του νιτρικού οξέος).