二氧化氮（Nitrogen Dioxide），化學(xué)式為NO?，一種呈V形平面結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)過(guò)氧化物分子（對(duì)稱(chēng)點(diǎn)群為C?v，ONO鍵角約134.3°，N─O鍵長(zhǎng)約119.7皮米），通常以紅棕色氣體（氣態(tài)密度約1.88克/升）或黃褐色液體的形式存在，氣相狀態(tài)下以二聚體即四氧化二氮的結(jié)構(gòu)存在。
二氧化氮有刺激性氣味，味微甜微苦，有毒性、刺激性與腐蝕性，是一種極其危險(xiǎn)的化學(xué)物質(zhì)。人體接觸會(huì)灼傷皮膚和眼睛，吸入會(huì)損害呼吸系統(tǒng)，產(chǎn)生肺部炎癥，嚴(yán)重時(shí)引起的肺水腫可能會(huì)導(dǎo)致死亡。二氧化氮不僅能危害人體健康，還是一種主要的大氣污染物，除雷電、火山爆發(fā)等自然來(lái)源外，主要由汽車(chē)尾氣、工業(yè)生產(chǎn)排放，會(huì)導(dǎo)致酸雨、光化學(xué)煙霧的產(chǎn)生，并破壞臭氧層從而影響土壤、水體、動(dòng)植物等。二氧化氮本身不可燃，但具有助燃性，與環(huán)己烷[wán]、甲醛等物質(zhì)劇烈反應(yīng)會(huì)引發(fā)爆炸，所以在火災(zāi)當(dāng)中也是一個(gè)危險(xiǎn)因素。
二氧化氮可以與水反應(yīng)生成硝酸，與堿反應(yīng)生成硝酸鹽和亞硝酸鹽，還具有強(qiáng)氧化性與助燃性，因其豐富的化學(xué)性質(zhì)所以在化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)中可用作催化劑、氧化劑、硝化劑及抑制劑，可以在造紙、食品生產(chǎn)及污水處理等過(guò)程中用作過(guò)氧化鈉與化學(xué)消毒劑，還可用作火箭推進(jìn)劑及工業(yè)制備硝酸，其激光產(chǎn)品在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也有許多用途。
發(fā)現(xiàn)歷史
在公元九世紀(jì)左右，阿拉伯煉金術(shù)士就發(fā)現(xiàn)了紅棕色的二氧化氮?dú)怏w，但直到十七世紀(jì)二氧化氮才被正式記錄到文獻(xiàn)當(dāng)中。
由喬治斯·阿格里科拉(Georgius Agricola)(1494-1555，德國(guó)冶金學(xué)家)撰寫(xiě)，發(fā)行于1556年的專(zhuān)著《金屬學(xué)》是一本關(guān)于冶金和采礦科學(xué)的杰出著作，這本書(shū)用精美的木刻作了大量的插圖，附帶的注釋非常精確。阿格里科拉記錄了從明礬和硝石中制造硝酸過(guò)程中紅色氣體的出現(xiàn)，他的插圖指出適當(dāng)?shù)耐L(fēng)是必要的，恰當(dāng)?shù)匕凳玖擞卸練怏w的存在。
1750年，“氣體化學(xué)之父”約瑟夫·普里斯特利(Joseph Priestley)(1733-1804，英國(guó)化學(xué)家)被公認(rèn)為二氧化氮?dú)怏w的發(fā)現(xiàn)者，因?yàn)樗堑谝粋€(gè)專(zhuān)門(mén)制備這種氣體并將其分離出來(lái)用于研究的人，除此之外他還發(fā)現(xiàn)了氯化氫、氧化氮、氧化二氮、氨氣、二氧化硫、氧氣等氣體。但盡管做了大量的實(shí)驗(yàn)，普里斯特利始終沒(méi)有完全理解二氧化氮的真正性質(zhì)。
隨后漢弗萊·戴維爵士(Sir Humphrey Davy)(1778-1829，英國(guó)化學(xué)家), 約瑟夫·路易·蓋-呂薩克(Gay-Lussac)(1778-1850，法國(guó)化學(xué)家)等化學(xué)家都對(duì)二氧化氮進(jìn)行了理論分析與計(jì)算，他們的結(jié)果為日后人們對(duì)二氧化氮的研究奠定了基礎(chǔ)。
漢弗萊·戴維爵士對(duì)二氧化氮、氧化氮及氧化二氮百分比組成的計(jì)算
分子結(jié)構(gòu)
二氧化氮中氮原子采取sp2雜化，三條雜化軌道中的兩條與氧原子形成N-O σ鍵，另一條被孤對(duì)電子占據(jù)，構(gòu)成V形平面結(jié)構(gòu)。? ?
二氧化氮是具有離域π鍵（大π鍵）結(jié)構(gòu)的典型分子。氮原子的電子構(gòu)型為2s22p3，2s軌道上的一個(gè)電子激發(fā)到2p軌道上發(fā)生sp2雜化，未參與雜化的一條2p軌道中含一對(duì)電子。兩個(gè)氧原子各有一條含單電子的2p軌道，這兩條2p軌道與氮原子含一對(duì)電子未雜化的2p軌道相互重疊形成離域π鍵。
二氧化氮在氣相狀態(tài)下會(huì)以二聚體的形式存在，即四氧化二氮。
二氧化氮在常壓下溫度大于21.1℃時(shí)為紅棕色氣體，小于21.1℃時(shí)為黃褐色液體，-11℃左右為無(wú)色固體。有毒。有刺激性氣味。二氧化氮密度為1.449 g/ml（20℃ 液體），蒸氣相對(duì)密度（空氣=1）為1.58，熔點(diǎn)為-9.3℃，沸點(diǎn)為21.15℃，黏度為0.42CP（20℃，液體），蒸氣壓為96kPa（20℃），汽化熱為9.110kcal/摩爾，臨界溫度為157.8℃，臨界壓力為99.96 atm，易溶于水（與水反應(yīng)），溶于濃硫酸和硝酸，潮濕時(shí)對(duì)金屬有腐蝕性。
化學(xué)性質(zhì)
二氧化氮常溫下易發(fā)生聚合反應(yīng)形成四氧化二氮，溫度大于423K（150℃）時(shí)開(kāi)始分解，到650℃時(shí)完全分解為一氧化氮和氧氣；可與濃硫酸反應(yīng)生成亞硝基硫酸，與水或堿發(fā)生反應(yīng)生成硝酸與硝酸鹽；具有強(qiáng)氧化性（氧化性比硝酸還強(qiáng)）、助燃性，本身不可燃，能與環(huán)己烷、甲醛等物質(zhì)劇烈反應(yīng)；在有機(jī)合成中用作硝化劑，可從飽和烴中奪取氫，也可與不飽和烴或芳香烴發(fā)生加成反應(yīng)。
聚合反應(yīng)
二氧化氮常溫下性質(zhì)穩(wěn)定，在溫度為273K至413K時(shí)易聚合形成四氧化二氮，故體系一般為二氧化氮與四氧化二氮的平衡混合物。當(dāng)溫度超過(guò)413K時(shí)，體系中則全為二氧化氮。
分解反應(yīng)
二氧化氮在溫度大于423K時(shí)會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)，分解為氧化氮與氧氣。
歧化反應(yīng)
二氧化氮中氮屬于中間價(jià)態(tài)，既具有氧化性又具有還原性，所以當(dāng)其遇水或堿時(shí)會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，歧化反應(yīng)即處于某一氧化數(shù)的物種發(fā)生反應(yīng)后，產(chǎn)生高低不同的兩種氧化態(tài)的物種的過(guò)程。
二氧化氮中氮（N）為+4價(jià)，遇水或堿生成+5價(jià)的硝酸根和+3價(jià)的亞硝酸根。
與水
二氧化氮與水反應(yīng)生成硝酸與亞硝酸，由于亞硝酸不穩(wěn)定易分解為水、一氧化氮和二氧化氮，所以最終產(chǎn)物為硝酸和一氧化氮。
二氧化氮與水的反應(yīng)是酸雨形成的主要原因之一，由污染源排放出來(lái)的二氧化氮?dú)怏w與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)生成硝酸使雨水pH值降低從而形成酸雨。
與堿
二氧化氮與氫氧化鈉的反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室中常用于吸收多余的二氧化氮?dú)怏w。
強(qiáng)氧化性
二氧化氮可以被強(qiáng)氧化劑氧化，也能被還原劑還原，但其本身也是一種強(qiáng)氧化劑，其氧化性比硝酸還強(qiáng)。
二氧化氮可以將碘化物氧化為碘，將硫化氫氧化為硫，將一氧化碳氧化為二氧化碳，自己則被還原為氧化氮。
助燃性
二氧化氮本身不燃燒，但可以幫助其他物質(zhì)燃燒，如碳、氫氣、鎂、硫和磷等物質(zhì)都可以在二氧化氮中燃燒。
其他
在一定條件下，二氧化氮與環(huán)己烷、、甲醛、醇、1-溴-2-硝基苯、石油及甲苯會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起爆炸。
來(lái)源
自然來(lái)源
雷電，森林火災(zāi)，火山爆發(fā)等自然現(xiàn)象會(huì)產(chǎn)生一定量的二氧化氮。
人為來(lái)源
室外
礦產(chǎn)業(yè)，鋼廠、煉焦廠、火力發(fā)電廠中，礦石、鍋爐燃燒等過(guò)程都會(huì)產(chǎn)生二氧化氮；工業(yè)企業(yè)，如硝酸、氮肥及炸藥的生產(chǎn)中，粉碎、運(yùn)輸以及加工有關(guān)原材料也會(huì)產(chǎn)生二氧化氮；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥揮發(fā)也會(huì)產(chǎn)生二氧化氮；汽車(chē)尾氣、木柴燃燒也會(huì)產(chǎn)生二氧化氮。
室內(nèi)
燃?xì)鉅t灶、熱水器及加熱器等工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生二氧化氮；吸煙也會(huì)產(chǎn)生少量二氧化氮。
制備方法
二氧化氮可通過(guò)氮?dú)?/a>與氧氣在放電條件下產(chǎn)生，此即雷電中二氧化氮?dú)怏w的產(chǎn)生原理。
實(shí)驗(yàn)室制備二氧化氮可采用加熱硝酸鉛的方法，鉛不是活潑金屬，形成的化合物較易分解，并且硝酸鉛的結(jié)晶無(wú)結(jié)晶水，結(jié)晶水有礙二氧化氮的制備，所以選用硝酸鉛最合適。圖為兩種不同的實(shí)驗(yàn)裝置。
也可采用銅與濃硝酸反應(yīng)的方法。
也可采用氧化氮與氧氣反應(yīng)的方法。
注: 由于二氧化氮具有毒性，所以應(yīng)在通風(fēng)櫥中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
檢測(cè)方法
二氧化氮?dú)怏w的檢測(cè)方法可分為光化學(xué)法、濕化學(xué)法和電化學(xué)法三大類(lèi)。
光化學(xué)法
化學(xué)發(fā)光法（CL）
一氧化氮氣體會(huì)被臭氧氧化為激發(fā)態(tài)的二氧化氮（NO??），NO??返回基態(tài)時(shí)釋放出的光通過(guò)濾光片，光電倍增管可將光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，強(qiáng)度與一氧化氮的濃度成正比，用儀器可測(cè)得一氧化氮的濃度。
分別測(cè)定待測(cè)氣體直接與臭氧反應(yīng)、待測(cè)氣體中二氧化氮轉(zhuǎn)化為一氧化氮再與臭氧反應(yīng)中一氧化氮的濃度，前者測(cè)定結(jié)果為待測(cè)樣品中一氧化氮的濃度，后者測(cè)定結(jié)果為待測(cè)樣品中一氧化氮和二氧化氮的總濃度，兩次結(jié)果差值即為二氧化氮的濃度。
差分吸收光譜法（DOAS）
由于分子結(jié)構(gòu)不同，氣體分子對(duì)不同波長(zhǎng)光譜的吸收存在著差異。而吸收光譜法就是利用氣體具有對(duì)光選擇性吸收的特性來(lái)測(cè)量二氧化氮?dú)怏w的濃度。
工作原理主要依據(jù)為L(zhǎng)ambert- Beer定律（朗伯-比爾定律），通過(guò)濾波技術(shù)留下窄帶吸收而形成光衰減，然后與標(biāo)準(zhǔn)參考譜用最小二乘法進(jìn)行擬合，最后通過(guò)反演方法可準(zhǔn)確檢測(cè)二氧化氮（NO?）氣體濃度。
腔衰蕩光譜法（CRDS）
腔衰蕩光譜法是通過(guò)分析光在衰蕩腔內(nèi)多次反射的衰蕩時(shí)間，從而獲得腔內(nèi)待測(cè)氣體的濃度信息。腔體內(nèi)二氧化氮?dú)怏w濃度與本底衰蕩時(shí)間（不含二氧化氮時(shí)）以及衰蕩時(shí)間（含有二氧化氮時(shí)）存在函數(shù)關(guān)系。通過(guò)測(cè)量上述兩個(gè)時(shí)間即可計(jì)算二氧化氮的濃度。
腔衰減相移光譜法（CAPS）
腔衰減利用相位變化與二氧化氮濃度的關(guān)系，通過(guò)不斷測(cè)量入射光與出射光之間的相位變化來(lái)實(shí)現(xiàn)二氧化氮的在線監(jiān)測(cè)。由于二氧化氮?dú)怏w在440 nm波長(zhǎng)處有特征吸收，可使相位發(fā)生變化，并且相位與濃度間存在函數(shù)關(guān)系，因此可以根據(jù)相位變化推導(dǎo)出二氧化氮?dú)怏w濃度。
激光誘導(dǎo)熒光法（LIF）
激光誘發(fā)熒光技術(shù)是一種利用某些物質(zhì)分子或原子在激光的照射下能激發(fā)熒光的特性來(lái)顯示并測(cè)量其流動(dòng)特性的技術(shù)，利用特定波長(zhǎng)的激光將二氧化氮激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后采集二氧化氮分子退激發(fā)的熒光信號(hào)，根據(jù)熒光信號(hào)的強(qiáng)弱測(cè)定二氧化氮的濃度。
濕化學(xué)法
鹽酸萘乙二胺分光光度法（Saltzman染色法）
二氧化氮與水反應(yīng)會(huì)生成亞硝酸，亞硝酸與4-氨基苯磺酸反應(yīng)可形成重氮化合物，與N-(1-基)乙二胺偶合生成紫紅色偶氮溶液，在此基礎(chǔ)上用分光光度法進(jìn)行測(cè)定。
以亞硝酸鈉為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，加入磺胺和N-(1-萘基)乙二胺乙酸混合溶液，配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，放置數(shù)分鐘測(cè)定其吸光度值并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，空白溶液同樣處理測(cè)定其吸光度值，根據(jù)樣品溶液的吸光度值、空白溶液的吸光度值、一氧化氮氧化為二氧化氮的氧化系數(shù)和薩爾茨曼系數(shù)，即可計(jì)算空氣中二氧化氮的濃度。
電化學(xué)法
原電池庫(kù)侖滴定法
在庫(kù)侖池中放入兩個(gè)電極，分別為活性炭陽(yáng)極和鉑網(wǎng)陰極，池內(nèi)充入磷酸鹽緩沖溶液碘化鉀溶夜，當(dāng)進(jìn)人庫(kù)侖池的氣樣中含有二氧化氮時(shí)，則會(huì)將電解液中的碘離子氧化為碘，生成的碘單質(zhì)又立即在鉑網(wǎng)陰極上被還原為碘離子，碘離子氧化還原的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生微電流，當(dāng)電流效率達(dá)100%時(shí)，在一定條件下，微電流大小與氣樣中二氧化氮濃度成正比，故可根據(jù)邁克爾·法拉第電解定律將產(chǎn)生的電流換算成二氧化氮的濃度，直接進(jìn)行顯示和記錄。
應(yīng)用領(lǐng)域
（1）二氧化氮可作為許多實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)或化工生產(chǎn)的催化劑、氧化劑、硝化劑及抑制劑。如在亞硝基化合物法制備硫酸（硝化法）中用作催化劑；在金屬冶煉中用作氧化劑；在炸藥生產(chǎn)中用作硝化劑；在丙烯酸聚合中用作抑制劑。
（2）二氧化氮具有強(qiáng)氧化性，所以可起到漂白、消毒與防腐的作用，可應(yīng)用于造紙、面粉生產(chǎn)、工業(yè)廢水處理等領(lǐng)域。
（3）二氧化氮激光可在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域幫助治療雞眼、生殖器疣等病癥。
（4）二氧化氮的二聚體四氧化二氮可用作火箭推進(jìn)劑中的氧化劑，因其性質(zhì)不穩(wěn)定，與接觸會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象，所以可與肼一起作為二元液體自燃推進(jìn)劑使用。
（5）二氧化氮可用于工業(yè)制備硝酸，因二氧化氮與水和氧氣共同反應(yīng)硝酸為唯一產(chǎn)物。
環(huán)境影響
酸雨
二氧化氮?dú)怏w與空氣中的水發(fā)生反應(yīng)生成硝酸，二氧化氮濃度低時(shí)，可與雨水結(jié)合形成天然氮肥，但濃度高時(shí)則會(huì)使雨水pH值降低，從而形成酸雨。
光化學(xué)煙霧
二氧化氮吸收太陽(yáng)光電磁波輻射熱量會(huì)生成氧原子和氧化氮。氧原子和氧氣反應(yīng)生成臭氧。臭氧和氧原子氧化碳?xì)浠衔铮捎袡C(jī)物和過(guò)氧自由基。過(guò)氧自由基又不斷氧化氧化氮，使其轉(zhuǎn)化為二氧化氮又再次光解生成臭氧，當(dāng)空氣中的臭氧達(dá)到一定濃度，會(huì)導(dǎo)致pan（PAN）等物質(zhì)的生成。這些經(jīng)過(guò)復(fù)雜反應(yīng)的二次污染物在空氣中積聚，就出現(xiàn)了化學(xué)煙霧。
破壞臭氧層
二氧化氮會(huì)參與到破壞臭氧層的環(huán)節(jié)中，下列反應(yīng)不斷循環(huán)分解臭氧導(dǎo)致臭氧層遭到較大破壞。
安全事宜
毒理學(xué)數(shù)據(jù)
LC?? 大鼠 吸入 88 pm/4h
LC?? 小鼠 吸入 1000 ppm/10min
對(duì)人體健康的危害
二氧化氮具有毒性，能對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害。
外部接觸
二氧化氮接觸人體會(huì)導(dǎo)致皮膚和眼睛灼傷，與其液體接觸會(huì)引起凍傷。
血液系統(tǒng)
二氧化氮吸入會(huì)在肺中形成亞硝酸鹽，能與血色素結(jié)合形成高鐵血紅蛋白，造成缺氧。
呼吸系統(tǒng)
二氧化氮吸入會(huì)進(jìn)入肺部深處，濃度高時(shí)會(huì)立即引發(fā)咳嗽及喉頭和胸部的灼燒感，吸入后的六至二十四小時(shí)內(nèi)可能發(fā)生胸部緊縮和灼燒感、呼吸局促及失眠不安，更甚則會(huì)引發(fā)肺水腫、呼吸困難加劇，出現(xiàn)紫、昏迷甚至死亡。幸存者會(huì)有再犯肺炎的風(fēng)險(xiǎn)。呼吸系統(tǒng)疾病患者（如哮喘病）、兒童、老人更易受二氧化氮影響，
其他危害
二氧化氮具有助燃性，在火災(zāi)中被釋放出來(lái)會(huì)助燃并點(diǎn)燃其他可燃物，且與燃料的混合物可能會(huì)引發(fā)爆炸。
二氧化氮具有氧化性，在考古、檔案保護(hù)工作中會(huì)加速字跡材料的褪色速度與程度。
應(yīng)對(duì)措施
參考資料 >
有機(jī)小分子生物活性數(shù)據(jù)庫(kù)（PubChem）.有機(jī)小分子生物活性數(shù)據(jù)庫(kù)（PubChem）.2022-12-10
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