Ortonitrato

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Ortonitrato
Nome IUPAC
Ortonitrato[1]
Caratteristiche generali
Formula bruta o molecolareNO43-
Massa molecolare (u)78,006
Aspettoincolore
Numero CAS54991-46-7
PubChem139047089
Indicazioni di sicurezza
Simboli di rischio chimico
infiammabile irritante
attenzione
Frasi H---
Consigli P---
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L'ortonitrato è un ossoanione tetraedrico (simmetria Td) dell'azoto pentavalente, di formula NO43–,[2] o anche +N(–O–)4.[3] Fu scoperto nel 1977[4] e lo si conosce nei suoi due sali incolori di sodio (Na3NO4) e di potassio (K3NO4), nonché nel sale doppio di sodio e potassio Na3K3(NO4)2, del quale è nota anche la struttura cristallina.[5]

L'ortonitrato non va confuso con il perossinitrato NO4–, che differisce per carica e per connettività (O2N–O–O–).[6]

Struttura

L'atomo di azoto reca su di sé una carica formale positiva (N+), come accade nello ione nitrato, e lega 4 ioni O– con legami semplici;[3] lo ione è tetraedrico con N al centro, ibridato sp3.

Lo ione ortonitrato è precisamente isoelettronico con lo ione ortocarbonato CO44–[7] ed è anche isoelettronico di valenza dell'ortosilicato (SiO44–), dell'ortofosfato (PO43–), del solfato (SO42–) e del perclorato (ClO4–).[8]

L'acido corrispondente sarebbe l'acido ortonitrico H3NO4, analogo formalmente all'acido ortofosforico, ma attualmente H3NO4 non è conosciuto,[9] come pure l'acido ortocarbonico H4CO4.[10]

Da indagini di diffrazione dei raggi X su un cristallo di Na3NO4 si è trovato che la distanza media di legame N–O è pari a 139 pm,[2][11] che è una distanza notevolmente maggiore di quella analoga nello ione nitrato NO3– (122 pm),[12] dove N è però ibridato sp2 e dove il legame N–O ha molteplicità maggiore di un legame singolo, ma comunque è solo appena più corta del valor medio di un legame singolo N–O (140 pm[13]), cosa che è stata attribuita alla polarità del legame +N−O−.[11]

Sintesi

Sono stati preparati gli ortonitrati di sodio e di potassio per reazione tra l'ossido del metallo e il suo nitrato:

la reazione viene condotta ad alta temperatura (300-340 °C)[14] e a pressioni di diversi GPa per 3 giorni.[15] Una reazione del tutto analoga fornisce l'ortonitrato di potassio. Qui lo ione nitrato NO3– agisce formalmente come acido di Lewis nei confronti dello ione ossido O2–.[14]

Reazioni

Gli ortonitrati sono estremamente sensibili all'umidità dell'aria e all'anidride carbonica; con l'acqua si idrolizza riformando il nitrato di partenza:

Na3NO4 + H2O → NaNO3 + 2 NaOH

Reagiscono con la CO2 dell'aria formando nitrati e carbonati:

Na3NO4 + CO2 → NaNO3 + Na2CO3

A 500 °C si decompongono a nitriti e ossidi metallici, rilasciando ossigeno:

2 K3NO4 → 2 KNO2 + 2 K2O + O2↑

Note

  1. ^ Nomenclature of Inorganic Chemistry : IUPAC Recommendations 2005 (Red Book), Cambridge, The Royal Society of Chemistry, 2005, p. 315, ISBN 978-0-85404-438-2.
  2. ^ a b N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, pp. 471-472, ISBN 0-7506-3365-4.
  3. ^ a b Catherine E. Housecroft e Alan G. Sharpe, Inorganic Chemistry, 3ª ed., Pearson Prentice Hall, 2008, p. 472, ISBN 978-0-13-175553-6.
  4. ^ (EN) Martin Jansen, Detection of an Orthonitrate by Vibrational Spectroscopy: Na3NO4, in Angewandte Chemie International Edition in English, vol. 16, n. 8, 1977-08, pp. 534-535, DOI:10.1002/anie.197705341. URL consultato il 5 marzo 2023.
  5. ^ (EN) Thomas Bremm e Martin Jansen, Synthese und Strukturanalyse des gemischten Alkalimetallorthonitrats Na 3 K 3 (NO 4 ) 2 / Synthesis and X-Ray Structure Determination of the Mixed Alkali Metal Orthonitrate Na 3 K 3 (NO 4 ) 2, in Zeitschrift für Naturforschung B, vol. 46, n. 8, 1º agosto 1991, pp. 1031-1034, DOI:10.1515/znb-1991-0810. URL consultato il 15 maggio 2024.
  6. ^ (EN) Sayuri Miyamoto, Graziella E. Ronsein e Thaís C. Corrêa, Direct evidence of singlet molecular oxygen generation from peroxynitrate, a decomposition product of peroxynitrite, in Dalton Transactions, n. 29, 14 luglio 2009, pp. 5720-5729, DOI:10.1039/B905560F. URL consultato il 15 maggio 2024.
  7. ^ Dinara Sagatova, Anton Shatskiy e Nursultan Sagatov, Calcium orthocarbonate, Ca2CO4-Pnma: A potential host for subducting carbon in the transition zone and lower mantle, in Lithos, vol. 370-371, 2020-10, p. 105637, DOI:10.1016/j.lithos.2020.105637. URL consultato il 15 maggio 2024.
  8. ^ Jan Reedijk, Kenneth Reinhard Poeppelmeier e T. Chivers, Comprehensive inorganic chemistry II : from elements to applications, Elsevier, 2013, ISBN 978-0-08-096529-1, OCLC 855785972. URL consultato il 6 marzo 2023.
  9. ^ Ralf Steudel, Chemie der Nichtmetalle: Synthesen - Strukturen - Bindung - Verwendung, collana De Gruyter studium, 4., vollständig neu bearbeitete Auflage, De Gruyter, 2014, p. 372, ISBN 978-3-11-030439-8.
  10. ^ (EN) Stanislav Böhm, Diana Antipova e Josef Kuthan, A study of methanetetraol dehydration to carbonic acid, in International Journal of Quantum Chemistry, vol. 62, n. 3, 1997, pp. 315-322, DOI:10.1002/(SICI)1097-461X(1997)62:3<315::AID-QUA10>3.0.CO;2-8. URL consultato il 15 maggio 2024.
  11. ^ a b (EN) Martin Jansen, Crystal Structure of Na 3 NO 4, in Angewandte Chemie International Edition in English, vol. 18, n. 9, 1979-09, pp. 698-699, DOI:10.1002/anie.197906982. URL consultato il 15 maggio 2024.
  12. ^ N. N. Greenwood e A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2ª ed., Butterworth - Heinemann, 1997, p. 469, ISBN 0-7506-3365-4.
  13. ^ J. E. Huheey, E. A. Keiter e R. L. Keiter, Chimica Inorganica, Principi, Strutture, Reattività, Piccin, 1999, pp. A-25 - A-33, ISBN 88-299-1470-3.
  14. ^ a b (DE) Arnold F. Holleman, Egon Wiberg e Nils Wiberg, Anorganische Chemie, 103ª ed., De Gruyter, 2017, p. 835, ISBN 978-3-11-026932-1.
  15. ^ (EN) R. Quesada Cabrera, A. Sella e E. Bailey, High-pressure synthesis and structural behavior of sodium orthonitrate Na3NO4, in Journal of Solid State Chemistry, vol. 184, n. 4, 1º aprile 2011, pp. 915-920, DOI:10.1016/j.jssc.2011.02.013. URL consultato il 5 marzo 2023.

Bibliografia