Zestawy edukacyjne do modelowania cząsteczek chemicznych
Pomoce dydaktyczne
do nauki chemii – „Atomki”

Kwas azotowy(III) – ciekawszy niż przypuszczasz

Jednym z kwasów, które nie znajdują się w podstawie programowej dla szkoły podstawowej, ale można go ułożyć z zestawu podstawowego „Atomków” do chemii nieorganicznej jest widoczny na zdjęciu kwas azotowy(III). Jest to substancja bardzo ciekawa, dlatego dzisiaj poświęcimy jej kilka słów.

artykule o tlenkach azotu szczegółowo opisałem powstawanie tego kwasu. Wprowadzenie do wody równomolowej mieszaniny NO i NO2 powoduje powstanie równowagowych niewielkich ilości N2O3:
NO + NO2 ⇄ N2O3

Tlenek ten jest bezwodnikiem kwasu azotowego(III) i reaguje z wodą:
N2O3 + H2O → 2HNO2
zakłócając równowagę swojej syntezy, co powoduje powstawanie kolejnych jego porcji, które znowu reagują z wodą i tak dalej.

W warunkach laboratoryjnych otrzymuje się go najprościej działając silnym kwasem mineralnym na azotany(III):
NaNO2 + HCl → NaCl + HNO2

Kwas azotowy(III) jest nietrwały. Występuje tylko w postaci rozcieńczonych roztworów. W miarę wzrostu stężenia dysproporcjonuje:
3HNO2 → HNO3 + 2NO + H2O

Mieszaninę tlenków azotu(II) i azotu(IV) lepiej wprowadzać zatem do roztworów wodorotlenków lub węglanów litowców. Prowadzi to do powstania bardziej trwałych soli tego kwasu – azotanów(III):
2NaOH + NO + NO2 → 2NaNO2 + H2O
Na2CO3 + NO + NO2 → 2NaNO2 + CO2

Kwas azotowy(III) jest kwasem umiarkowanie słabym (pKa = 3,15).

W obecności silnych utleniaczy HNO2 oraz jego sole są reduktorami. Na przykład, wobec manganianu(VII) potasu zachowują się podobnie jak siarczany(IV) – redukują go w zależności od środowiska reakcji do Mn2+, MnO2 lub MnO42-:
2MnO4- + 5NO2- + 6H+ → 2Mn2+ + 5NO3- + 3H2O
2MnO4- + 3NO2- + H2O → 2MnO2 + 3NO3- + 2OH-
2MnO4- + NO2- + 2OH-→ 2MnO42- + NO3- + H2O

Natomiast wobec reduktorów kwas azotowy(III) przejawia właściwości utleniające. Przykładowo, wypiera jod z jodowodoru:
2HI + 2HNO2 → I2 + 2NO + 2H2O

W chemii organicznej wykorzystuje się go jako źródło jonów nitrozoniowych (NO+):
HNO2 + H3O+ → NO+ + 2H2O
które reagują z aminami pierwszorzędowym tworząc sole diazoniowe:
C6H5NH2 + NaNO2 + 2HCl → [C6H5N2]+[Cl]- + 2H2O + NaCl
lub drugorzędowymi tworząc oleiste N-nitrozoaminy:
(CH3)2NH + NaNO2 + HCl → (CH3)2N–N=O + H2O + NaCl

kwas azotowy 3

Na powyższym zdjęciu jest cząsteczka omawianego kwasu ułożona z zestawu podstawowego „Atomków” do chemii nieorganicznej. Pracując z uczniami liceum można ułożyć ją korzystając z zestawu Lewisa. Umożliwi to pokazanie i omówienie dwóch konformacji tego kwasu – cis i trans.

Izomer trans, dzięki bliskości atomu wodoru i niewiążącej pary elektronowej na atomie azotu, w bardzo niskich temperaturach może przechodzić w mniej trwały tautomer, w którym atom wodoru jest przyłączony bezpośrednio do atomu azotu – analogicznie jak w kwasie ortoforsoforowym(III):
HO–N=O ⇄ H–NO2

Korzystając z zestawu Lewisa możemy też ułożyć sam jon azotanowy(III). Po jego ułożeniu naprowadzamy uczniów na fakt, że jest on izoelektronowy z cząsteczką ozonu, a zatem ma identyczną budowę.

❓ Czy wiesz, że... ❓

Na zdjęciu jest tylko jedna cząsteczka – głównego bohatera tego wpisu. Jednak wszystkie, nawet najbardziej skomplikowane cząsteczki i jony występujące w tym tekście, ułożysz posiadając zestawy „Atomków” Lewisa do chemii nieorganicznejorganicznej. To jedyne zestawy, które tak wiernie pozwalają odtwarzać rzeczywistość.

Łukasz Aranowski
26 listopada 2023