二氧化氮（Nitrogen Dioxide），又名过氧化氮，化学式为NO₂，一种呈V形平面结构的无机过氧化物分子，通常以红棕色气体或黄褐色液体的形式存在，气相状态下以二聚体即四氧化二氮的结构存在。
发现历史
在公元九世纪左右，阿拉伯炼金术士就发现了红棕色的二氧化氮气体，但直到十七世纪二氧化氮才被正式记录到文献当中。由乔治斯·阿格里科拉(Georgius Agricola)(1494-1555，德国冶金学家)撰写，发行于1556年的专著《金属学(De Re Metalica)》是一本关于冶金和采矿科学的杰出著作，这本书用精美的木刻作了大量的插图，附带的注释非常精确。阿格里科拉记录了从明矾和硝石中制造硝酸过程中红色气体的出现，他的插图指出适当的通风是必要的，恰当地暗示了有毒气体的存在。1750年，“气体化学之父”约瑟夫·普里斯特利(Joseph Priestley)(1733-1804，英国化学家)被公认为二氧化氮气体的发现者，因为他是第一个专门制备这种气体并将其分离出来用于研究的人，除此之外他还发现了氯化氢、氧化氮、氧化二氮、氨气、二氧化硫、氧气等气体。但尽管做了大量的实验，普里斯特利始终没有完全理解二氧化氮的真正性质。随后汉弗莱·戴维爵士(Sir Humphrey Davy)(1778-1958，英国化学家), 盖-吕萨克(Gay-Lussac)(1778-1850，法国化学家)等化学家都对二氧化氮进行了理论分析与计算，他们的结果为日后人们对二氧化氮的研究奠定了基础。
汉弗莱·戴维爵士对二氧化氮、氧化氮及氧化二氮元素百分比组成的计算
分子结构
二氧化氮中氮原子采取sp²杂化，三条杂化轨道中的两条与氧原子形成N-O σ键，另一条被孤对电子占据，构成V形平面结构。
二氧化氮是具有离域π键（大π键）结构的典型分子。氮原子的电子构型为2s²2p³，2s轨道上的一个电子激发到2p轨道上发生sp²杂化，未参与杂化的一条2p轨道中含一对电子。两个氧原子各有一条含单电子的2p轨道，这两条2p轨道与氮原子含一对电子未杂化的2p轨道相互重叠形成离域π键。二氧化氮在气相状态下会以二聚体的形式存在，即四氧化二氮。物理性质
二氧化氮在常压下温度大于21.1℃时为红棕色气体，小于21.1℃时为黄褐色液体，-11℃左右为无色固体。有毒。有刺激性气味。二氧化氮密度为1.449 g/ml（20℃ 液体），蒸气相对密度（空气=1）为1.58，熔点为-9.3℃，沸点为21.15℃，黏度为0.42CP（20℃，液体），蒸气压为96kPa（20℃），汽化热为9.110kcal/mol，临界温度为157.8℃，临界压力为99.96 atm，易溶于水（与水反应），溶于浓硫酸和硝酸，潮湿时对金属有腐蚀性。
化学性质
二氧化氮化学性质稳定，常温下易发生聚合反应形成四氧化二氮，温度大于423K时受热分解为氧化氮与氧气，二氧化氮可以与水、碱发生反应生成硝酸与硝酸盐，它还具有强氧化性、助燃性，能与环甲烷、甲醛等物质剧烈反应。
聚合反应
二氧化氮常温下性质稳定，在温度为273K至413K时易聚合形成四氧化二氮，故体系一般为二氧化氮与四氧化二氮的平衡混合物。当温度超过413K时，体系中则全为二氧化氮。
分解反应
二氧化氮在温度大于423K时会发生分解反应，分解为氧化氮与氧气。
歧化反应
二氧化氮中氮属于中间价态，既具有氧化性又具有还原性，所以当其遇水或碱时会发生歧化反应，歧化反应即处于某一氧化态的物种发生反应后，产生高低不同的两种氧化态的物种的过程。二氧化氮中氮（N）为+4价，遇水或碱生成+5价的硝酸根和+3价的亚硝酸根。
与水
二氧化氮与水反应生成硝酸与亚硝酸，由于亚硝酸不稳定易分解为水、一氧化氮和二氧化氮，所以最终产物为硝酸和一氧化氮。二氧化氮与水的反应是酸雨形成的主要原因之一，由污染源排放出来的二氧化氮气体与空气中的水发生反应生成硝酸使雨水pH值降低从而形成酸雨。
与碱
二氧化氮与碱反应生成硝酸盐、亚硝酸盐和水。二氧化氮与氢氧化钠的反应在实验室中常用于吸收多余的二氧化氮气体。
强氧化性
二氧化氮可以被强氧化剂氧化，也能被还原剂还原，但其本身也是一种强氧化剂，其氧化性比硝酸还强。二氧化氮可以将碘离子氧化为碘单质，将硫化氢氧化为硫单质，将一氧化碳氧化为二氧化碳，自己则被还原为氧化氮。
助燃性
二氧化氮本身不燃烧，但可以帮助其他物质燃烧，如碳、氢气、镁、硫和磷等物质都可以在二氧化氮中燃烧。
其他
在一定条件下，二氧化氮与环己烷、氟[fú]、甲醛、醇、硝基苯、石油及甲苯会发生剧烈反应，严重时会引起爆炸。
来源
自然来源
雷电，森林火灾，火山爆发等自然现象会产生一定量的二氧化氮。
人为来源
室外
矿产业，钢厂、炼焦厂、火力发电厂中，矿石、锅炉燃烧等过程都会产生二氧化氮；工业企业，如硝酸、氮肥及炸药的生产中，粉碎、运输以及加工有关原材料也会产生二氧化氮；农业生产中氮肥挥发也会产生二氧化氮；汽车尾气、木柴燃烧也会产生二氧化氮。
室内
燃气炉灶、热水器及加热器等工作时会产生二氧化氮；吸烟也会产生少量二氧化氮。
制备方法
二氧化氮可通过氮气与氧气在放电条件下产生，此即雷电中二氧化氮气体的产生原理。实验室制备二氧化氮可采用加热硝酸铅的方法，铅不是活泼金属，形成的化合物较易分解，并且硝酸铅的结晶无结晶水，结晶水有碍二氧化氮的制备，所以选用硝酸铅最合适。图为两种不同的实验装置。也可采用铜与浓硝酸反应的方法。也可采用氧化氮与氧气反应的方法。注: 由于二氧化氮具有毒性，所以应在通风橱中进行实验。
检测方法
二氧化氮气体的检测方法可分为光化学法、湿化学法和电化学法三大类。
光化学法
化学发光法（CL）
一氧化氮气体会被臭氧氧化为激发态的二氧化氮（NO₂⁺），NO₂⁺返回基态时释放出的光通过滤光片，光电倍增管可将光转变为电信号，强度与一氧化氮的浓度成正比，用仪器可测得一氧化氮的浓度。分别测定待测气体直接与臭氧反应、待测气体中二氧化氮转化为一氧化氮再与臭氧反应中一氧化氮的浓度，前者测定结果为待测样品中一氧化氮的浓度，后者测定结果为待测样品中一氧化氮和二氧化氮的总浓度，两次结果差值即为二氧化氮的浓度。
差分吸收光谱法（DOAS）
由于分子结构不同，气体分子对不同波长光谱的吸收存在着差异。而吸收光谱法就是利用气体具有对光选择性吸收的特性来测量二氧化氮气体的浓度。工作原理主要依据为Lambert- Beer定律（朗伯-比尔定律），通过滤波技术留下窄带吸收而形成光衰减，然后与标准参考谱用最小二乘法进行拟合，最后通过反演方法可准确检测二氧化氮（NO₂）气体浓度。
腔衰荡光谱法（CRDS）
腔衰荡光谱法是通过分析光在衰荡腔内多次反射的衰荡时间，从而获得腔内待测气体的浓度信息。腔体内二氧化氮气体浓度与本底衰荡时间（不含二氧化氮时）以及衰荡时间（含有二氧化氮时）存在函数关系。通过测量上述两个时间即可计算二氧化氮的浓度。
腔衰减相移光谱法（CAPS）
腔衰减利用相位变化与二氧化氮浓度的关系，通过不断测量入射光与出射光之间的相位变化来实现二氧化氮的在线监测。由于二氧化氮气体在440 nm波长处有特征吸收，可使相位发生变化，并且相位与浓度间存在函数关系，因此可以根据相位变化推导出二氧化氮气体浓度。
激光诱导荧光法（LIF）
激光诱发荧光技术是一种利用某些物质分子或原子在激光的照射下能激发荧光的特性来显示并测量其流动特性的技术，利用特定波长的激光将二氧化氮激发至激发态，然后采集二氧化氮分子退激发的荧光信号，根据荧光信号的强弱测定二氧化氮的浓度。
湿化学法
盐酸萘乙二胺分光光度法（Saltzman染色法）
二氧化氮与水反应会生成亚硝酸，亚硝酸与对氨基苯磺酸反应可形成重氮化合物，与N-(1-萘[nài]基)乙二胺偶合生成紫红色偶氮溶液，在此基础上用分光光度法进行测定。以亚硝酸钠为标准物质，加入对氨基苯磺酰胺和N-(1-萘基)乙二胺乙酸混合溶液，配制标准系列溶液，放置数分钟测定其吸光度值并绘制标准曲线，空白溶液同样处理测定其吸光度值，根据样品溶液的吸光度值、空白溶液的吸光度值、一氧化氮氧化为二氧化氮的氧化系数和萨尔茨曼( Saltzman )系数，即可计算空气中二氧化氮的浓度。
电化学法
原电池库仑滴定法
在库仑池中放入两个电极，分别为活性炭阳极和铂网阴极，池内充入磷酸盐缓冲溶液碘化钾溶夜，当进人库仑池的气样中含有二氧化氮时，则会将电解液中的碘离子氧化为碘单质，生成的碘单质又立即在铂网阴极上被还原为碘离子，碘离子氧化还原的过程中会产生微电流，当电流效率达100%时，在一定条件下，微电流大小与气样中二氧化氮浓度成正比，故可根据法拉第电解定律将产生的电流换算成二氧化氮的浓度，直接进行显示和记录。
应用领域
（1）二氧化氮可作为许多实验室反应或化工生产的催化剂、氧化剂、硝化剂及抑制剂。如在亚硝基法制备硫酸（硝化法）中用作催化剂；在金属冶炼中用作氧化剂；在炸药生产中用作硝化剂；在丙烯酸聚合中用作抑制剂。（2）二氧化氮具有强氧化性，所以可起到漂白、消毒与防腐的作用，可应用于造纸、面粉生产、工业废水处理等领域。（3）二氧化氮激光可在医学领域帮助治疗鸡眼、生殖器疣等病症。（4）二氧化氮的二聚体四氧化二氮可用作火箭推进剂中的氧化剂，因其性质不稳定，与肼[jǐng]接触会发生自燃现象，所以可与肼一起作为二元液体自燃推进剂使用。（5）二氧化氮可用于工业制备硝酸，因二氧化氮与水和氧气共同反应硝酸为唯一产物。
环境影响
酸雨
二氧化氮气体与空气中的水发生反应生成硝酸，二氧化氮浓度低时，可与雨水结合形成天然氮肥，但浓度高时则会使雨水pH值降低，从而形成酸雨。
光化学烟雾
二氧化氮吸收太阳光电磁波辐射热量会生成氧原子和氧化氮。氧原子和氧气反应生成臭氧。臭氧和氧原子氧化碳氢化合物，生成有机物和过氧自由基。过氧自由基又不断氧化氧化氮，使其转化为二氧化氮又再次光解生成臭氧，当空气中的臭氧达到一定浓度，会导致过氧乙酰硝酸酯（PAN）等物质的生成。这些经过复杂反应的二次污染物在空气中积聚，就出现了化学烟雾。
破坏臭氧层
二氧化氮会参与到破坏臭氧层的环节中，下列反应不断循环分解臭氧导致臭氧层遭到较大破坏。
安全事宜
毒理学数据
LC₅₀ 大鼠 吸入 88 pm/4hLC₅₀ 小鼠 吸入 1000 ppm/10min
对人体健康的危害
二氧化氮具有毒性，能对人体健康造成严重危害。
外部接触
二氧化氮接触人体会导致皮肤和眼睛灼伤，与其液体接触会引起冻伤。
血液系统
二氧化氮吸入会在肺中形成亚硝酸盐，能与血红蛋白结合形成高铁血红蛋白，造成缺氧。
呼吸系统
二氧化氮吸入会进入肺部深处，浓度高时会立即引发咳嗽及喉头和胸部的灼烧感，吸入后的六至二十四小时内可能发生胸部紧缩和灼烧感、呼吸局促及失眠不安，更甚则会引发肺水肿、呼吸困难加剧，出现紫绀[gàn]、昏迷甚至死亡。幸存者会有再犯肺炎的风险。呼吸系统疾病患者（如哮喘病）、儿童、老人更易受二氧化氮影响，
其他危害
二氧化氮具有助燃性，在火灾中被释放出来会助燃并点燃其他可燃物，且与燃料的混合物可能会引发爆炸。二氧化氮具有氧化性，在考古、档案保护工作中会加速字迹材料的褪色速度与程度。
应对措施
参考资料
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该页面最新编辑时间为 2024年5月31日
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