From Wikipedia, the free encyclopedia
Dušik-monoksid ili dušik(II)-oksid je hemijski spoj dušika i kisika koji ima hemijsku formulu NO. On je slobodni radikal[1][2][3] i važan je međuproizvod u hemijskoj industriji. On je bezbojni plin, slabo topljiv u vodi, ne gori i ne podržava gorenje. Nestabilan je na zraku. Dušik-monoksid je nusproizvod sagorijevanja određenih materija u prisustvu zraka, kao što je sagorijevanje unutar automobilskih motora, elektrana koje se pogone na fosilna goriva, a proizvodi se i u prirodi u procesima električkog pražnjenja u munjama. U organizmima sisara, kao i kod čovjeka, NO je važna molekula u ćelijama koja se nalazi u mnogim patološkim i fiziološkim procesima. On je moćan vazodilator (proširuje krvne sudove) sa kratkim poluvremenom djelovanja u krvi od nekoliko sekundi. Davno poznati farmaceutski preparati poput nitroglicerina ili amil-nitrita su okriveni gotovo stotinu godina nakon njihove prve primjene u medicini, a danas je poznato da su oni aktivni kroz mehanizme gdje su prethodnici dušik-monoksida. Manji nivoi NO su važni u zaštiti organa poput jetre za ishemičnih oštećenja. Dušik-monoksid se razlikuje od dušik-suboksida (dušik(I)-oksid ili N2O), koji je anestetski i staklenički plin, kao ni sa dušik-dioksidom (dušik(IV)-oksid ili NO2), koji je tamni, crvenosmeđi otrovni plin i jedan od velikih zagađivača zraka. Međutim, dušik-monoksid vrlo brzo oksidira u zraku i prelazi u dušik-dioksid. Ovaj proces je otkrio Humphry Davy kada je udisao ovaj plln u početku svoje naučne karijere. Iako je na prvi pogled jednostavna molekula, NO je važan biološki regulator i osnovna komponenta u oblastima neurologije, fiziologije i imunologije, čije je otkriće njegovih ključnih uloga dovelo do nekoliko Nobelovih nagrada istraživačima u ovoj oblasti. Proglašena je Molekulom godine 1992. godine.
Dušik-monoksid | |
---|---|
Općenito | |
Hemijski spoj | Dušik-monoksid |
Druga imena | Dušik(II)-oksid |
Molekularna formula | NO |
CAS registarski broj | 10102-43-9 |
Kratki opis | bezbojni gas |
Osobine1 | |
Molarna masa | 30,01 g/mol |
Agregatno stanje | gas |
Gustoća | 1,3402 kg/m3 (gas pri STP) |
Tačka topljenja | −164 °C (109 K) |
Tačka ključanja | −152 °C (121 K) |
Rastvorljivost | 74 cm3 / l vode |
Rizičnost | |
NFPA 704 | |
1 Gdje god je moguće korištene su SI jedinice. Ako nije drugačije naznačeno, dati podaci vrijede pri standardnim uslovima. |
Kada je izložen kisiku iz zraka, NO prelazi u dušik-dioksid (NO2)
Sumnja se da ova reakcija ima jedan međuproizvod u vidu spoja ONOONO. U vodi, NO reagira sa kisikom i vodom te daje HNO2 ili nitritnu kiselina. Smatra se da se reakcija odvija putem sljedeće stehiometrije.
NO može reagirati sa fluorom, hlorom i bromom te daje XNO spojeve (gdje je X= F, Cl ili Br), poznate kao nitrosil halidi, čiji je predstavnik nitrosil-hlorid. Moguće je napraviti i nitrosil-jodid ali je to vrlo nestabilan spoj koji teži prelasku u molekularni jod.
Nitroksil (HNO) je redukovani oblik dušik-oksida.
Dušik-oksid reagira sa acetonom i alkoksidom dajući diazenijdiolat ili nitrozohidroksilamin i metil-acetat.
Ovo je veoma stara reakcija (1898) ali i danas je zanimljiva u istraživanju NO prolijekova. Dušik-oksid također može reagirati direktno sa natrij-metoksidom dajući natrij-format i NO2.[4]
Industrijski, dušik-monoksid se pravi oksidacijom amonijaka pri temperaturi od 750 °C do 900 °C (uobičajeno oko 850 °C) uz platinu kao katalizator:
Postoji i nekatalizirana endotermna reakcija molekula O2 i N2, koja se odvija na vrlo visokoj temperaturi (iznad 2000 °C) unutar munja, ali takva metoda nije našla primjenu u industriji i praksi (pogledajte Birkeland–Eydeov proces):
Laboratorijski, NO se lahko pravi redukcijom razrijeđene dušične kiseline sa bakrom:
ili redukcijom nitritne kiseline u obliku natrij-nitrita ili kalij-nitrita:
Proces koji uključuje željezo(II)-sulfat je izuzetno lahak i najčešće ga koriste studenti u školskim laboratorijama. Takozvani spoj NONOat se također koristi za dobijanje dušik-monoksida.
Dušik-monoksid reagira sa svim prelaznim metalima i s njima daje komplekse koji se nazivaju metalni nitrosili. Najčešći način vezivanja NO je preko terminalne linearne veze (M-NO). Ugao vezivanja u M-NO grupi se kreće između 160° to 180°, te se i pored toga naziva linearna veza. U ovom slučaju, NO grupa se smatra donorom tri elektrona pod kovalentnom (neutralnom) metodom brojanja elektrona, ili donorom dva elektrona ako se koristi ionska metoda.[5]
U slučajevima zakrivljene M-NO konformacije, smatra se da je NO grupa donor jednog elektrona koristeći neutralno brojanje, odnosno donor dva elektrona koristeći ionsko brojanje.[6] Neki smatraju ove komplekse derivatima NO+, koji su izoelektronski sa ugljik-monoksidom.
Dušik-monoksid može služiti i kao jednoelektronski pseudohalid. U takvim kompleksima, M-NO grupu karakterizira ugao između 120° i 140°. NO grupa može također služiti i kao most između metalnih atomskih centara kroz atom dušika u mnogo geometrijskih načina.
Koncentracija dušik-monoksida se može odrediti koristeći jednostavnu reakciju hemiluminescencije pomoću ozona.[7] Uzorak koji sadrži NO se pomiješa sa velikom količinom ozona. Dušik-monoksid reagira sa ozonom i daje kisik i dušik-dioksid. Ova reakcija proizvodi svjetlost (hemiluminescencija), a koja se može izmjeriti pomoću fotodetektora. Količina proizvedene svjetlosti je srazmjerna količini dušik-monoksida u uzorku.
Druge metode ispitivanje uključuju elektroanalizu (amperometrijski pristup), kada NO reagira sa elektrodom inducirajući promjenu u naponu ili jačini struje. Detekcija NO radikala u biološkim tkivima je djelimično otežana zbog kratkog poluvremena djelovanja i koncentracije ovih radikala u tkivima. Jedna od malobrojnih praktičnih metoda je takozvano hvatanje spina dušik-monoksida sa željezo-ditiokarbamat kompleksima i naknadno otkrivanje mononitrosil-željezo kompleksa sa EPR (elektron paramagnetnom rezonansom).[8][9]
Grupa fluorescentnih indikatora boje također može poslužiti za dokazivanje prisustva dušik-monoksida. Oni su dostupni u acetiliranom obliku za mjerenja unutar ćelija. Najčešći spoj je 4,5-diaminofluorescein (DAF-2).[10]
Iz termodinamičke perspektive, NO je nestabilan u odnosu na O2 i N2, iako je ova konverzija veoma spora na normalnim temperaturama (20 °C) i bez prisustva katalizatora. Pošto je toplota spajanja NO endotermna, njegova sinteza iz molekularnog dušika i kisika zahtijeva povišenu temperaturu iznad 1000 °C. Osnovni prirodni izvor dušik monoksida su munje. Korištenje motora sa unutrašnjim sagorijevanjem izrazito povećava prisustvo NO u okolini. Jedna od funkcija automobilskih katalizatora je da svedu ispuštanje NO u atmosferu na minimum putem njegove katalitičke reverzije u O2 i N2.
Dušik-monoksid u zraku može preći u dušičnu kiselinu, što dovodi do pojave kisele kiše. Međutim, on je važan i kao izvor hrane za biljke u obliku nitrata. Pored toga, NO i NO2 učestvuju u procesu uništavanja ozonskog omotača. Dušik-monoksid je široko rasprostranjena bioaktivna molekula.
Iako dušik-monoksid ima relativno mali broj neposrednih načina upotrebe, proizvodi se u velikim količinama kao međuproizvod u Ostwaldovom procesu za sintezu dušične kiseline iz amonijaka. Tokom 2005. godine samo u SAD proizvedeno je oko šest miliona metričkih tona dušične kiseline.[11] Dušik-monoksid je pronašao upotrebu u industriji poluprovodnika za radne procese. Jedan od načina njegove upotrebe je korištenje zajedno sa dušik-oksidom za proizvodnju silikatnih oksinitridnih ulaza u CMOS uređajima. Dušik-monoksid se može koristiti za otkrivanje površinskih radikala na polimerima. Kaljenje površine radikala sa NO rezultira ugradnjom dušika, što se može izmjeriti pomoću fotoelektronske spektroskopije X-zracima.
Dušik-monoksid je jedan od malobrojnih poznatih signalnih molekula u gasovitom stanju. Pored toga, jedinstvena je u tome što je to radikalni gas. On je ključni biološki prijenosnik signala kod kičmenjaka i igra ulogu u raznim biološkim procesima.[12] On je poznati bioproizvod kod gotovo svih vrsta organizama, uključujući bakterije, biljke, gljive i životinjske ćelije.[13] Dušik-monoksid se ponekad izjednačava[14] sa EDRF (engl. endothelium-derived relaxing factor, opuštajući faktor deriviran u endotelu), mada se naknadno otkrilo da je on samo primarni EDRF te da postoje i određeni sekundarni.[15] On se endogeno sintetizira iz L-arginina, kisika i NADPH pomoću različitih enzima sintetaza dušik-monoksida (NOS). Redukcijom neorganskih nitrata se također može dobiti dušik-monoksid. Endotel (unutrašnje tkivo) krvnih sudova koristi NO za slanje signala okolnim glatkim mišićima da se opuste, što rezultira vazodilacijom (proširenjem krvnih sudova) i povećanjem protoka krvi kroz njih. Dušik-monoksid je izuzetno reaktivan (poluvrijeme života mu iznosi nekoliko sekundi), te se slobodno raspršava kroz membrane. Ove osobine čine NO idealnom za ulogu prolazne parakrine (između susjednih ćelija) i autokrine (unutar neke ćelije) signalne molekule.[16]
Dušik-monoksid se sistematski apsorbira nakon udisanja. Veći dio se prenosi preko pulmonarnog kapilarnog korita gdje se spaja na hemoglobin koji je od 60% do 100% zasićen kisikom. Nitrat se identificira uglavnom kao metabolit dušik-monoksida a izbacuje se putem mokraće, na šta se odnosi preko 70% inhaliranog NO. Nitrati se uklanjaju iz plazme preko bubrega brzinom koja dostiže brzinu glomerularnog filtriranja.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.