Оксид азота – химическое соединение группы окисей азота, в котором азот присутствует во II степени окисления. Он имеет один непарный радикальный электрон, следовательно, является нестабильным, имеет высокую реакционную способность и обладает свойствами свободного радикала.
Оксид азота или окись азота, а также известный как монооксид азота представляет собой молекулу с химической формулой NO. Это свободные радикалы, которые является важным промежуточным продуктом химических реакций.
В организмах млекопитающих и человека оксид азота является важной составляющей клеточных сигнальных молекул, участвующих во многих физиологических и патологических процессах. Это мощный вазодилататор с коротким, в несколько секунд, периодом полураспада в крови.
В конце 80-х годов было доказано, что особые ферментные системы организмов способны синтезировать газ оксида азота. Это происходит в результате окисления гуанидиновой группы аминокислоты L-аргинина с одновременным синтезом цитруллина.
Получение оксида азота
В лабораторных условиях получение оксида азота возможно путем проведения реакции разбавленной азотной кислоты с медью или восстановлением азотистой кислоты в виде нитрита натрия или нитрита калия.
Основным природным источником оксида азота являются электрические разряды молний в грозу. Оксид азота является побочным продуктом, возникающим при сгорании веществ в автомобильных двигателях и топлива на электростанциях.
Также получение оксида азота возможно из свободных элементов, для этого необходимо при температуре 1200-1300°C провести соединение азота с кислородом.
Применение оксида азота
Оксид азота используется в медицине для расширения кровеносных сосудов при ишемической болезни сердца путем уменьшения нагрузки на сердце.
Оксид азота используется при неотложной помощи для содействия капиллярному расширению легких для лечения первичной легочной гипертензии у новорожденных, связанной с врожденными дефектами. Терапия оксидом азота значительно повышает качество жизни и, в некоторых случаях, спасает жизнь детей с риском развития заболевания сосудов легких.
Оксид азота также вводится в виде спасительной терапии у больных с острой правожелудочковой недостаточностью, которая является вторичной по отношению к легочной эмболии.
В пищевой промышленности оксид азота известен под названием пищевая добавка Е942 и используется в качестве пропеллента и упаковочного газа.
Свойства оксида азота
Оксид азота – это бесцветный газ с температурой плавления -163,6°С и температурой кипения -151,7°С. Молекулярная формула оксида азота – NO, молярная масса – 30.01 грамм/моль, плотность – 1,3402 г дм, растворимость в воде – 74 см3/дм3, показатель преломления – 1.0002697.
Польза оксида азота
Оксид азота широко применяется в традиционной медицине при различных заболеваниях и оказывает положительное влияние на:
- Систему кровообращения – регуляторные свойства оксида азота оказывают влияние на циркуляцию крови по всему телу, увеличивают диаметр кровеносных сосудов и предотвращают образование тромбов. Он помогает эндотелиальным клеткам контролировать кровеносные сосуды. Оксид азота также повышает уровень кислорода внутри тела, понижает уровень артериального давления и помогает в оптимальном режиме функционировать сердцу;
- Иммунную систему – иммунные клетки в организме человека синтезируют оксид азота, чтобы уничтожать бактерии и вирусы, способные вызывать инфекции. Известно также свойство оксида азота предотвращать появление доброкачественных и злокачественных опухолей в клетках организма;
- Уровень выносливости - оксид азота повышает уровень выносливости мышечных клеток, что позволяет выдерживать более тяжелые нагрузки и с легкостью вести более активную деятельность;
- Повышение реакции нервных клеток – оксид азота действует как внутриклеточный посредник между различными клетками в организме, в том числе, нервными клетками. При достаточном содержании оксида азота в организме связь между нервными клетками становится быстрее, что приводит к быстроте реакции на внешние раздражители, увеличению фокуса и бдительности;
- Повышение сексуальной энергии – применение оксида азота стимулирует, бодрит и усиливает сексуальные механизмы реагирования в организме. Сенсорные и психические стимуляции, вызываемые нервными клетками под действием оксида азота, приводят к расслаблению мышц и притоку крови к пенису, благодаря чему происходит эрекция. Таким же образом процесс протекает и в женском организме, под действием оксида азота приток крови увеличивается в тканях влагалища;
- Облегчение боли – оксид азота обеспечивает долгосрочное облегчение от боли, связанной с артритом и воспалением суставов. Он способен активировать противовоспалительные механизмы в клетках организма, и способствует уменьшению воспаления;
- Увеличение мышечной массы – добавки содержащие оксид азота расширяют кровеносные каналы, улучшают кровообращение и увеличивают мышечную массу. При увеличении потока крови увеличивается количество питательных веществ в мышцах, что приводит к увеличению их размера;
- Внутриклеточные связи – оксид азота улучшает процесс связи между различными клетками в организме, в том числе, между нервными клетками и клетками мозга. Применение добавок содержащих оксид азота приводит к улучшению памяти, повышению уровня концентрации и способности к обучению.
Вред оксида азота
Применение оксида азота у большинства людей не вызывает побочных эффектов, однако, в случаях передозировки он приводит к диарее, слабости, тошноте, головной боли, учащению пульса и сердцебиения, задержкам воды, усталости, раздражениям на коже и сухости во рту.
Также побочными эффектами применения оксида азота являются проблемы с дыханием, сильная аллергия или сыпь, крапивница, зуд, одышка, опасные для жизни осложнения астмы, внезапный озноб, потливость, тремор, рвота и обмороки. В некоторых случаях применение оксида азота приводит к вспышкам герпеса, расширению сосудов и кровотечениям.
Определение и формула оксида азота 2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Оксид азота (II) в обычных условиях представляет собой бесцветный газ, плохо растворимый в воде (его можно собирать в цилиндре над водой).
Он обладает замечательным свойством: непосредственно соединяется с кислородом воздуха, образуя бурый газ - оксид азота (IV):
2NO + O 2 = 2NO 2
Оксид азота (II) может существовать в жидком (жидкость голубого цвета) и твердом агрегатных состояниях. Чрезвычайно термически устойчив.
Химическая формула оксида азота 2
Химическая формула оксида азота (II) NO. Она показывает, что в состав данной молекулы входят один атом азота (Ar = 14 а.е.м.) и один атом кислорода (Ar = 16 а.е.м.). По химической формуле можно вычислить молекулярную массу оксида азота (II):
Mr(NO) = Ar(N) + Ar(O);
Mr(NO) = 14 + 16 = 30
Графическая (структурная) формула оксида азота 2
Структурная (графическая) формула оксида азота (II) является более наглядной. Она показывает то, как связаны атомы между собой внутри молекулы (рис. 1)
Рис. 1. Структурная формула и пространственное изображение молекулы оксида азота (II) с указанием длины связи N-O.
Электронная формула
Если обозначить точками электроны атома кислорода, а крестиками электроны атома азота, то можно изобразить электронную формулу оксида азота (II):
Молекула данного вещества имеет линейное строение. Особое внимание стоит уделить тому факту, что в её составе имеется один неспаренный электрон у атома азота, вследствие чего молекула является радикалом и при определенных условиях склонна к образованию димеров, например в твердом состоянии (N 2 O 2) (рис. 2).
Рис. 1. Схема электронного строения NO 2 .
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Установите массовую формулу вещества, содержащего 55,2% калия, 14,6% фосфора и 30,2% кислорода. |
| Решение | Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле:
ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100% Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (калий), «у» (фосфор) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом (значения относительных атомных масс, взятых из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел): x:y:z = ω(K)/Ar(K) : ω(P)/Ar(P) : ω(O)/Ar(O); x:y:z= 55,2/39: 14,6/31: 30,2/16; x:y:z= 1,4: 0,5: 1,9 = 3: 1: 4 Значит формула соединения калия, фосфора и кислорода будет иметь вид K 3 PO 4 . Это фосфат калия. |
| Ответ | K 3 PO 4 |
ПРИМЕР 2
| Задание | При нагревании некоторого вещества массой 1,225 г образовалось 0,745 г хлорида калия и выделился кислород объемом 0,336 л (н.у.). Найдите формулу соединения. |
| Решение | По массам хлорида калия и молекулярного кислорода находим количество вещества хлора, калия и кислорода. Однако, для начала рассчитаем молярные массы этих веществ. Как известно, молярная масса молекулы равна сумме относительных атомных масс атомов, входящих в состав молекулы (M = Mr):
M(KCl) = Ar(K) + Ar(Cl) = 39+ 35,5 = 74,5 г/моль; M(O 2) = 2×Ar(O) = 2×16= 32 г/моль KCl ↔ K + + Cl — , значит, n(K) = n(Cl) и их массы также равны. n (K) = n(Cl) = m(KCl) / M(KCl); n (K) = n(Cl) = 0,74,5 / 74,5 = 0,01 моль n (O) = V(O 2) / V m ×2; n (O) = 0,336 / 22,4 × 2 = 0,03 моль Обозначим количество моль элементов, входящих в состав соединения за «х» (калий), «у» (хлор) и «z» (кислород). Тогда, мольное отношение будет выглядеть следующим образом: x:y:z = n(K) : n(Cl) : n(O); x:y:z= 0,01: 0,01: 0,03 = 1: 1: 3 Следовательно, простейшая формула соединения калия, хлора и кислорода имеет вид KClO 3 . Это бертолетова соль. |
| Ответ | KClO 3 |
Основные реакции оксида азота - это реакции с кислородом, свободными радикалами, тиолами, металлами переменной валентности.
С кислородом оксид азота включается в цепочку реакций результатом которой является образование нитрит-иона.
Со свободными радикалами оксид азота образует высокоактивные соединения:
Реакция с супероксидным анион-радикалом (образуется пероксинитрит) NO+O2=ONOO
Реакция с гидроксильным радикалом (образуется нитрит)
Реакции с пероксильными и алкоксильными радикалами липидов с обрывом цепи перекисного окисления липидов (в результате восстановления этих радикалов до гидропероксидов или оксипроизводных липидов).
Таким образом оксид азота может участвовать в регуляции процессов свободнорадикального перекисного окисления липидов.
С тиоловыми группами белков и низкомолекулярных тиолов (цистеин, глутатион) оксид азота образует нитрозилированные соединения R-SNO (например, нитрозилированный альбумин).
Связывается с железом гема с образованием нитрозольного комплекса с железом в активном центре
Вступает в качестве восстановителя в окислительно-восстановительные реакции
5. Реакции оксида азота с кислородом
Оксид азота бесцветный газ, растворимый в воде и жирах. Обладает одним неспаренным электроном, благодаря чему является высоко реактивным радикалом. Свободно проникает через биологические мембраны и легко вступает в реакции с другими соединениями.
С кислородом оксид азота включается в цепочку реакций, результатом которых является образование нитрит-иона.
N2O3 + H2O = 2NO2 + 2H
Реакция с супероксилным радикалом, которая приводит к образованию пероксинитрита и OH радикала: NO + O2 = ONOO
При связывании оксида азота с кислородом образуются стабильные конечные продукты – нитрит и нитрат, которые являются косвенными маркерами концентрации оксида азота в организме.
Вне вопросов - Оксид азота участвует в:
Работе ЖКТ и мочеполовой системы
Функционирование секреторных клеток и тканей, в частности в выработке инсулина
Работе органов дыхания
Жизнедеятельности кожного покрова
Болевой реакции
Работе репродуктивной системы
Ингибирование тромбообразования и адгезия тромбоцитов на поверхности сосудов
Регуляция выделения нейромедиаторов
Формирование в синаптической передаче длительно функционирующих связей между нейронами – постсинаптической потенциации, лежащей в основе памяти, обучения, творческой деятельности человека.
Оксид азота существует в трех формах, которые могут переходить друг в друга при окислении или восстановлении. Оксид азота, никтрозоний-катион, нитроксил-анион.
6. Какие соединения образуются в результате связывания no с тиоловыми группами
S-нитрозотиолы (RS-NO) и динитрозильные комплексы – относительно долгоживущие продукты связывания оксида азота с тиоловыми группами аминокислот и негемового железа в макрофогах и эндотелиальных клетках.
R-SH + NO = RS-NO
S-нитрозотиолы и динитрозильные комплексы негемового комплекса – это вещества способные переносить ионы нитрозония на тиоловые группы различных белков с образованием белковых S-нитрозотиолов
В физиологических условиях при действии облучения нитрозотиолы распадаются и высвобождают оксид азота
В присутствии железо- или медьсодержащих белков S-нитрозотиолы могут образовывать дисульфиды, например, распад глутатиона в присутствии ионов меди
Введение
Если внимательно взглянуть на азот в периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева, то можно заметить, что он имеет переменную валентность. Это значит, что азот образует сразу несколько бинарных соединений с кислородом. Некоторые из них были открыты недавно, а некоторые - изучены вдоль и поперек. Существуют малостабильные и устойчивые оксиды азота. Химические свойства каждого из этих веществ совершенно разные, поэтому при их изучении нужно рассматривать как минимум пять оксидов азота. Вот о них и пойдет речь в сегодняшней статье.
Оксид азота (I)
Формула - N 2 O. Иногда его могут называть оксонитридом азота, оксидом диазота, закисью азота или веселящим газом.
Свойства
В обычных условиях представлен бесцветным газом, имеющим сладковатый запах. Его могут растворять вода, этанол, эфир и серная кислота. Если газобразный оксид одновалентного азота нагреть до комнатной температуры под давлением 40 атмосфер, то он сгущается до бесцветной жидкости. Это несолеобразующий оксид, разлагающийся во время нагревания и показывающий себя в реакциях как восстановитель.
Получение
Этот оксид образуется, когда нагревают сухой Другой способ его получения - термическое разложение смеси "сульфаминовая + азотная кислота".
Применение
Используется в качестве средства для ингаляционного наркоза, пищевая промышленность знает этот оксид как добавку E942. С его помощью также улучшают технические характеристики двигателей внутреннего сгорания.
Оксид азота (II)
Формула - NO. Встречается под названиями монооксида азота, окиси азота и нитрозил-радикала
Свойства
При нормальных условиях имеет вид бесцветного газа, который плохо растворяется в воде. Его трудно сжижить, однако в твердом и жидком состояниях это вещество имеет голубой цвет. Данный оксид может окисляться кислородом воздуха
Получение
Его довольно просто получить, для этого нужно нагреть до 1200-1300 о С смесь азота и кислорода. В лабораторных условиях он образуется сразу при нескольким опытах:
- Реакция меди и 30%-ного раствора азотной кислоты.
- Взаимодействие нитрита натрия и соляной кислоты.
- Реакция азотистой и иодоводородной кислот.
Применение
Это одно из веществ, из которых получают азотную кислоту.
Оксид азота (III)
Формула - N 2 O 3 . Также его могут называть азотистым ангидридом и сесквиоксидом азота.
Свойства
В нормальных условиях является жидкостью, которая имеет синий цвет, а в стандартных - бесцветным газом. Чистый оксид существует только в твердом агрегатном состоянии.
Получение
Образуется при взаимодействии 50%-ной азотной кислоты и твердого оксида трехвалентного мышьяка (его также можно заменить крахмалом).
Применение
С помощью этого вещества в лабораториях получают и ее соли.
Оксид азота (IV)
Формула - NO 2 . Также его могут называть диоксидом азота или бурым газом.
Свойства
Последнее название соответствует одному из его свойств. Ведь этот оксид имеет вид или красно-бурого газа или желтоватой жидкости. Ему присуща высокая химическая активность.
Получение
Данный оксид получают при взаимодействии азотной кислоты и меди, а также во время термического разложения нитрата свинца.
Применение
С помощью него производят серную и азотную кислоты, окисляют жидкое и смесевые
Оксид азота (V)
Формула - N 2 O 5 . Может встречаться под названиями пентаоксида диазота, нитрата нитроила или азотного ангидрида.
Свойства
Имеет вид бецветных и очень летучих кристаллов. Они могут плавиться при температуре 32,3 о С.
Получение
Этот оксид образуется при нескольких реакциях:
- Дегидрация азотной кислоты оксидом пятивалентного фосфора.
- Пропускание сухого хлора над
- Взаимодействие озона с оксидом четырехвалентного азота.
Применение
Из-за своей крайней неустойчивости в чистом виде нигде не используется.
Заключение
В химии существует девять оксидов азота, приведенные выше являются только классическими соединениями этого элемента. Остальные четыре - это, как уже было сказано, нестабильные вещества. Однако их все объединяет одно свойство - высокая токсичность. Выбросы оксидов азота в атмосферу приводят к ухудшению состояния здоровья живущих поблизости от промышленных химических предприятий людей. Симптомы отравления каким-либо из этих веществ - токсический отек легких, нарушение работы центральной нервной системы и поражение крови, причина которого - связывание гемоглобина. Поэтому с оксидами азота необходимо осторожно обращаться и в большинстве случаев использовать средства защиты.
