二氧化氮

二氧化氮（Nitrogen Dioxide），又名過氧化氮，化學式為NO?，一種呈V形平面結構的無機過氧化物分子，通常以紅棕色氣體或黃褐色液體的形式存在，氣相狀態下以二聚體即四氧化二氮的結構存在。

在公元九世紀左右，阿拉伯煉金術士就發現了紅棕色的二氧化氮氣體，但直到十七世紀二氧化氮才被正式記錄到文獻當中。由喬治斯·阿格里科拉(Georgius Agricola)(1494-1555，德國冶金學家)撰寫，發行于1556年的專著《金屬學(De Re Metalica)》是一本關于冶金和采礦科學的杰出著作，這本書用精美的木刻作了大量的插圖，附帶的注釋非常精確。阿格里科拉記錄了從明礬和硝石中制造硝酸過程中紅色氣體的出現，他的插圖指出適當的通風是必要的，恰當地暗示了有毒氣體的存在。1750年，“氣體化學之父”約瑟夫·普里斯特利(Joseph Priestley)(1733-1804，英國化學家)被公認為二氧化氮氣體的發現者，因為他是xxx個專門制備這種氣體并將其分離出來用于研究的人，除此之外他還發現了氯化氫、氧化氮、氧化二氮、氨氣、二氧化硫、氧氣等氣體。但盡管做了大量的實驗，普里斯特利始終沒有完全理解二氧化氮的真正性質。隨后漢弗萊·戴維爵士(Sir Humphrey Davy)(1778-1958，英國化學家), 蓋-呂薩克(Gay-Lussac)(1778-1850，法國化學家)等化學家都對二氧化氮進行了理論分析與計算，他們的結果為日后人們對二氧化氮的研究奠定了基礎。

二氧化氮最初的表示符號

漢弗萊·戴維爵士對二氧化氮、氧化氮及氧化二氮元素百分比組成的計算

蓋-呂薩克總結的有關二氧化氮的方程式

二氧化氮中氮原子采取sp2雜化，三條雜化軌道中的兩條與氧原子形成N-O σ鍵，另一條被孤對電子占據，構成V形平面結構。

二氧化氮是具有離域π鍵（大π鍵）結構的典型分子。氮原子的電子構型為2s22p3，2s軌道上的一個電子激發到2p軌道上發生sp2雜化，未參與雜化的一條2p軌道中含一對電子。兩個氧原子各有一條含單電子的2p軌道，這兩條2p軌道與氮原子含一對電子未雜化的2p軌道相互重疊形成離域π鍵。二氧化氮在氣相狀態下會以二聚體的形式存在，即四氧化二氮。物理性質

二氧化氮在常壓下溫度大于21.1℃時為紅棕色氣體，小于21.1℃時為黃褐色液體，-11℃左右為無色固體。有毒。有刺激性氣味。二氧化氮密度為1.449 g/ml（20℃ 液體），蒸氣相對密度（空氣=1）為1.58，熔點為-9.3℃，沸點為21.15℃，黏度為0.42CP（20℃，液體），蒸氣壓為96kPa（20℃），汽化熱為9.110kcal/mol，臨界溫度為157.8℃，臨界壓力為99.96 atm，易溶于水（與水反應），溶于濃硫酸和硝酸，潮濕時對金屬有腐蝕性。

二氧化氮化學性質穩定，常溫下易發生聚合反應形成四氧化二氮，溫度大于423K時受熱分解為氧化氮與氧氣，二氧化氮可以與水、堿發生反應生成硝酸與硝酸鹽，它還具有強氧化性、助燃性，能與環甲烷、甲醛等物質劇烈反應。

二氧化氮常溫下性質穩定，在溫度為273K至413K時易聚合形成四氧化二氮，故體系一般為二氧化氮與四氧化二氮的平衡混合物。當溫度超過413K時，體系中則全為二氧化氮。

二氧化氮在溫度大于423K時會發生分解反應，分解為氧化氮與氧氣。

二氧化氮中氮屬于中間價態，既具有氧化性又具有還原性，所以當其遇水或堿時會發生歧化反應，歧化反應即處于某一氧化態的物種發生反應后，產生高低不同的兩種氧化態的物種的過程。二氧化氮中氮（N）為+4價，遇水或堿生成+5價的硝酸根和+3價的亞硝酸根。

二氧化氮與水反應生成硝酸與亞硝酸，由于亞硝酸不穩定易分解為水、一氧化氮和二氧化氮，所以最終產物為硝酸和一氧化氮。二氧化氮與水的反應是酸雨形成的主要原因之一，由污染源排放出來的二氧化氮氣體與空氣中的水發生反應生成硝酸使雨水pH值降低從而形成酸雨。

二氧化氮與堿反應生成硝酸鹽、亞硝酸鹽和水。二氧化氮與氫氧化鈉的反應在實驗室中常用于吸收多余的二氧化氮氣體。

二氧化氮可以被強氧化劑氧化，也能被還原劑還原，但其本身也是一種強氧化劑，其氧化性比硝酸還強。二氧化氮可以將碘離子氧化為碘單質，將硫化氫氧化為硫單質，將一氧化碳氧化為二氧化碳，自己則被還原為氧化氮。

二氧化氮本身不燃燒，但可以幫助其他物質燃燒，如碳、氫氣、鎂、硫和磷等物質都可以在二氧化氮中燃燒。

在一定條件下，二氧化氮與環己烷、氟[fú]、甲醛、醇、硝基苯、石油及甲苯會發生劇烈反應，嚴重時會引起爆炸。

雷電，森林火災，火山爆發等自然現象會產生一定量的二氧化氮。

礦產業，鋼廠、煉焦廠、火力發電廠中，礦石、鍋爐燃燒等過程都會產生二氧化氮；工業企業，如硝酸、氮肥及炸藥的生產中，粉碎、運輸以及加工有關原材料也會產生二氧化氮；農業生產中氮肥揮發也會產生二氧化氮；汽車尾氣、木柴燃燒也會產生二氧化氮。

燃氣爐灶、熱水器及加熱器等工作時會產生二氧化氮；吸煙也會產生少量二氧化氮。

二氧化氮可通過氮氣與氧氣在放電條件下產生，此即雷電中二氧化氮氣體的產生原理。實驗室制備二氧化氮可采用加熱硝酸鉛的方法，鉛不是活潑金屬，形成的化合物較易分解，并且硝酸鉛的結晶無結晶水，結晶水有礙二氧化氮的制備，所以選用硝酸鉛最合適。圖為兩種不同的實驗裝置。也可采用銅與濃硝酸反應的方法。也可采用氧化氮與氧氣反應的方法。注: 由于二氧化氮具有毒性，所以應在通風櫥中進行實驗。

二氧化氮氣體的檢測方法可分為光化學法、濕化學法和電化學法三大類。

一氧化氮氣體會被臭氧氧化為激發態的二氧化氮（NO??），NO??返回基態時釋放出的光通過濾光片，光電倍增管可將光轉變為電信號，強度與一氧化氮的濃度成正比，用儀器可測得一氧化氮的濃度。分別測定待測氣體直接與臭氧反應、待測氣體中二氧化氮轉化為一氧化氮再與臭氧反應中一氧化氮的濃度，前者測定結果為待測樣品中一氧化氮的濃度，后者測定結果為待測樣品中一氧化氮和二氧化氮的總濃度，兩次結果差值即為二氧化氮的濃度。

由于分子結構不同，氣體分子對不同波長光譜的吸收存在著差異。而吸收光譜法就是利用氣體具有對光選擇性吸收的特性來測量二氧化氮氣體的濃度。工作原理主要依據為Lambert- Beer定律（朗伯-比爾定律），通過濾波技術留下窄帶吸收而形成光衰減，然后與標準參考譜用最小二乘法進行擬合，最后通過反演方法可準確檢測二氧化氮（NO?）氣體濃度。

腔衰蕩光譜法是通過分析光在衰蕩腔內多次反射的衰蕩時間，從而獲得腔內待測氣體的濃度信息。腔體內二氧化氮氣體濃度與本底衰蕩時間（不含二氧化氮時）以及衰蕩時間（含有二氧化氮時）存在函數關系。通過測量上述兩個時間即可計算二氧化氮的濃度。

腔衰減利用相位變化與二氧化氮濃度的關系，通過不斷測量入射光與出射光之間的相位變化來實現二氧化氮的在線監測。由于二氧化氮氣體在440 nm波長處有特征吸收，可使相位發生變化，并且相位與濃度間存在函數關系，因此可以根據相位變化推導出二氧化氮氣體濃度。

激光誘發熒光技術是一種利用某些物質分子或原子在激光的照射下能激發熒光的特性來顯示并測量其流動特性的技術，利用特定波長的激光將二氧化氮激發至激發態，然后采集二氧化氮分子退激發的熒光信號，根據熒光信號的強弱測定二氧化氮的濃度。

二氧化氮與水反應會生成亞硝酸，亞硝酸與對氨基苯磺酸反應可形成重氮化合物，與N-(1-萘[nài]基)乙二胺偶合生成紫紅色偶氮溶液，在此基礎上用分光光度法進行測定。以亞硝酸鈉為標準物質，加入對氨基苯磺酰胺和N-(1-萘基)乙二胺乙酸混合溶液，配制標準系列溶液，放置數分鐘測定其吸光度值并繪制標準曲線，空白溶液同樣處理測定其吸光度值，根據樣品溶液的吸光度值、空白溶液的吸光度值、一氧化氮氧化為二氧化氮的氧化系數和薩爾茨曼( Saltzman )系數，即可計算空氣中二氧化氮的濃度。

在庫侖池中放入兩個電極，分別為活性炭陽極和鉑網陰極，池內充入磷酸鹽緩沖溶液碘化鉀溶夜，當進人庫侖池的氣樣中含有二氧化氮時，則會將電解液中的碘離子氧化為碘單質，生成的碘單質又立即在鉑網陰極上被還原為碘離子，碘離子氧化還原的過程中會產生微電流，當電流效率達xxx時，在一定條件下，微電流大小與氣樣中二氧化氮濃度成正比，故可根據法拉第電解定律將產生的電流換算成二氧化氮的濃度，直接進行顯示和記錄。

（1）二氧化氮可作為許多實驗室反應或化工生產的催化劑、氧化劑、xxx劑及抑制劑。如在亞硝基法制備硫酸（xxx法）中用作催化劑；在金屬冶煉中用作氧化劑；在炸藥生產中用作xxx劑；在丙烯酸聚合中用作抑制劑。（2）二氧化氮具有強氧化性，所以可起到漂白、消毒與防腐的作用，可應用于造紙、面粉生產、工業廢水處理等領域。（3）二氧化氮激光可在醫學領域幫助治療雞眼、生殖器疣等病癥。（4）二氧化氮的二聚體四氧化二氮可用作火箭推進劑中的氧化劑，因其性質不穩定，與肼[jǐng]接觸會發生自燃現象，所以可與肼一起作為二元液體自燃推進劑使用。（5）二氧化氮可用于工業制備硝酸，因二氧化氮與水和氧氣共同反應硝酸為xxx產物。

二氧化氮氣體與空氣中的水發生反應生成硝酸，二氧化氮濃度低時，可與雨水結合形成天然氮肥，但濃度高時則會使雨水pH值降低，從而形成酸雨。

二氧化氮吸收太陽光電磁波輻射熱量會生成氧原子和氧化氮。氧原子和氧氣反應生成臭氧。臭氧和氧原子氧化碳氫化合物，生成有機物和過氧自由基。過氧自由基又不斷氧化氧化氮，使其轉化為二氧化氮又再次光解生成臭氧，當空氣中的臭氧達到一定濃度，會導致過氧乙酰硝酸酯（PAN）等物質的生成。這些經過復雜反應的二次污染物在空氣中積聚，就出現了化學煙霧。

二氧化氮會參與到破壞臭氧層的環節中，下列反應不斷循環分解臭氧導致臭氧層遭到較大破壞。

LC?? 大鼠 吸入 88 pm/4hLC?? 小鼠 吸入 1000 ppm/10min

二氧化氮具有毒性，能對人體健康造成嚴重危害。

二氧化氮接觸人體會導致皮膚和眼睛灼傷，與其液體接觸會引起凍傷。

二氧化氮吸入會在肺中形成亞硝酸鹽，能與血紅蛋白結合形成高鐵血紅蛋白，造成缺氧。

二氧化氮吸入會進入肺部深處，濃度高時會立即引發咳嗽及喉頭和胸部的灼燒感，吸入后的六至二十四小時內可能發生胸部緊縮和灼燒感、呼吸局促及失眠不安，更甚則會引發肺水腫、呼吸困難加劇，出現紫紺[gàn]、昏迷甚至死亡。幸存者會有再犯肺炎的風險。呼吸系統疾病患者（如哮喘病）、兒童、老人更易受二氧化氮影響，

二氧化氮具有助燃性，在火災中被釋放出來會助燃并點燃其他可燃物，且與燃料的混合物可能會引發爆炸。二氧化氮具有氧化性，在考古、檔案保護工作中會加速字跡材料的褪色速度與程度。