Azoturo
| ione azoturo | |
|---|---|
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| Nome IUPAC | |
| ione triazoturo(1-) | |
| Caratteristiche generali | |
| Massa molecolare (u) | 42,021 g/mole |
| Aspetto | colore bianco, inodore, solido cristallino. |
| Numero CAS | |
| Indicazioni di sicurezza | |
| Simboli di rischio chimico | |
 
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| attenzione | |
| Frasi H | --- |
| Consigli P | --- |
Il triazoturo,[1][2][3] nome sistematico del nome comune azoturo (ambiguo) e detto impropriamente anche azide (calco pedestre dall'inglese), è l'anione lineare N3− presente in composti binari di tipo salino formati dall'azoto con un metallo (M), aventi formula generale M(N3)n. Questi sono composti prevalentemente ionici e sono anch'essi detti triazoturi: LiN3 è il triazoturo di litio. Parallelamente, il nome indica anche composti organici in cui il gruppo N3 è unito covalentemente ad un alchile o arile, la cui formula molecolare generale è R−N3: CH3−N3 è il triazoturo di metile.[4]
Il "triazoturo di idrogeno" (HN3) è il nome sistematico dell'acido azotidrico (nome chimico comune),[1][4] che è l'acido coniugato dell'anione triazoturo, ed è l'acido da cui derivano i triazoturi metallici M(N3)n.
Struttura elettronica e molecolare
[modifica | modifica wikitesto]L'anione N3− è una specie triatomica con 16 elettroni di valenza e, allo stato isolato (in fase gassosa), è esattamente lineare (simmetria D∞h);[5][6] questo è in accordo con l'ibridazione sp dell'atomo centrale, qui l'azoto,[7] come accade anche per C e N nelle specie precisamente isoelettroniche CO2, N2O, NCO− NCS−, e altri simili.
Questo ione, che è considerato uno pseudoalogenuro,[8] è un ibrido di risonanza di tre forme limite: la principale (al centro) e due secondarie (ai lati), meno stabili e quindi con un contributo minore all'ibrido, a causa della doppia carica sugli N terminali:[9]
2−N−N+≡N ↔ −N=N+=N− ↔ N≡N+−N2−
In ogni caso, l'azoto centrale porta una carica formale positiva e quelli terminali, che sono equivalenti, una negativa. Anche questi ultimi, dovendo partecipare ad un legame triplo, sono ibridati sp.[7] Non di rado, i testi riportano solo la forma limite centrale in quanto ritenuta sufficientemente rappresentativa dello ione reale.[3]
La lunghezza calcolata (al livello teorico B3LYP/6-311++G**) di ognuno dei legami N-N per lo ione isolato è pari a 118 pm; le cariche parziali sono -0,67 e per gli N terminali e +0,34 e per l'N centrale.[10] L'energia necessaria per estrarre un elettrone da N3− e formare quindi il radicale N3•, trovata attraverso spettroscopia fotoelettronica, è pari a 2,68 eV e questa non è altro che l'affinità elettronica di N3•;[10] un altro valore sperimentale per quest'ultima è praticamente lo stesso (2,68 ± 0,03) eV;[11] per confronto, questa affinità elettronica è comunque inferiore a quella dell'atomo di iodio (3,059 eV[12]). Da notare che questa energia aumenta sensibilmente già con la presenza, accanto a N3−, della prima molecola d'acqua di solvatazione (3,14 eV) e prosegue con le successive.[10]
Solvatazione dell'anione triazoturo
[modifica | modifica wikitesto]Sono state simulate situazioni di ione triazoturo solvatato da un numero di molecole di acqua. Con una molecola di acqua, nella struttura più favorita, questa molecola viene a formare un legame idrogeno con un N terminale (−N=N+=N− … H−OH), quasi collineare, con il legame N … H piuttosto forte e corto, di 182 pm, e con il legame N-N vicino che si allunga (di 1 pm) e viene così a rompersi la perfetta simmetria dello ione; con più molecole d'acqua che donano un legame idrogeno allo stesso N terminale, il legame N-N vicino si allunga mentre quello lontano si accorcia, ma le variazioni sono esigue, entro ≈ 2÷3 pm.[10] Inoltre, in presenza di molecole d'acqua, lo ione N3− completa la prima sfera di solvatazione con quattro molecole, ossia formando varie specie (a seconda delle disposizioni delle molecole H2O) formulabili come [N3(4 H2O)]−, dove tutte le H2O formano legami idrogeno direttamente con N3− (e non solo tra loro).[10]
Sintesi
[modifica | modifica wikitesto]Si ottengono facendo gorgogliare protossido d'azoto in ammoniuri alcalini fusi:
![{\displaystyle {2\,\mathrm {NaNH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}{}+{}\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}\mathrm {O} {}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {NaN} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}{}+{}\mathrm {NaOH} {}+{}\mathrm {NH} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{3}}}}](/codeish/112-https-wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/cf167a5c892b7c65bcb0781a2047e689e3ba09fe)
Usi
[modifica | modifica wikitesto]Questo comportamento viene sfruttato nei detonatori militari (azoturo di piombo) e commerciali (capsule esplosive degli airbag), con il più comune azoturo di sodio; altri composti sono l'azoturo di mercurio o di argento.
L'azoturo di sodio (NaN3) è un composto bianco, assai velenoso, usato nei laboratori come preservante di fluidi biologici (plasma, siero, diluizioni anticorpali ed altri campioni biologici contenenti proteine), poiché è dotato di proprietà battericide. Trova infine uso, come già accennato, come carica propellente negli airbag.
Un secondo uso applicativo riguarda la sintesi chimica; gli azoturi sono impiegati per inserire in una molecola la specie N-. Recentemente è stato dimostrato che il composto azabicicloeptadiene[13] (il cui anione per cessione dello N- si trasforma in antracene) è molto meno pericoloso e agisce nello stesso modo in condizioni assai più favorevoli.
Sicurezza
[modifica | modifica wikitesto]L'anione azide è tossico per l'organismo umano, in quanto inibisce il complesso IV e di conseguenza la catena di trasporto degli elettroni nella fosforilazione ossidativa. Ha effetti simili a quelli dell'avvelenamento da cianuro (inibizione sintesi di ATP).
- Composti come l'azoturo di sodio vengono scomposti in monossido di azoto dai globuli rossi, avviando un processo di avvelenamento.
- A contatto con acidi, i sali azoturi si decompongono in acido azotidrico e idrogeno.
- La maggior parte (soprattutto gli azoturi di metalli pesanti) sono molto sensibili sia al calore che a sollecitazioni meccaniche, ed in queste condizioni si decompongono ad alta velocità generando una deflagrazione o un'esplosione, pertanto la loro sintesi o stoccaggio richiede delle speciali precauzioni.
- L'azoturo di sodio non deve mai essere usato in reazioni in cui si utilizza diclorometano come solvente in quanto i due composti reagiscono formando il diazidometano, estremamente esplosivo.
- Il 1-diazidocarbamoil-5-azidotetrazolo (C2N14) è uno dei composti più esplosivi e instabili conosciuti.
I ricercatori che lo hanno sintetizzato scrivono: La sensibilità di C2N14 è al di là delle nostre capacità di misura. Il più piccolo peso disponibile per test di urto e frizione ne provoca la decomposizione esplosiva... Durante la registrazione di spettri IR e Raman si sono verificate esplosioni per semplice esposizione a luce laser a bassa intensità.[14]
L'azoturo di piombo, ad esempio, si decompone secondo la seguente reazione:
![{\displaystyle {\mathrm {PbN} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{6}}{}\mathrel {\longrightarrow } {}\mathrm {Pb} {}+{}3\,\mathrm {N} {\vphantom {A}}_{\smash[{t}]{2}}}}](/codeish/112-https-wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/832843e9f9b9a8c5bf7561396bc48cfd661b736a)
Note
[modifica | modifica wikitesto]- 1 2 NEIL G. CONNELLY e TURE DAMHUS (a cura di), Nomenclature of inorganic chemistry: IUPAC recommendations 2005, Royal society of chemistry, 2005, p. 73, ISBN 978-0-85404-438-2.
- ↑ Brief Guide to the Nomenclature of Inorganic Chemistry (PDF), in IUPAC, Pure Appl. Chem., vol. 87, 2015, pp. 1039-1049.
- 1 2 Egon Wiberg, Nils Wiberg e A. F. Holleman, Anorganische Chemie, 103. Auflage, De Gruyter, 2017, p. 747, ISBN 978-3-11-026932-1.
- 1 2 J. Theo Kloprogge, Concepcion P. Ponce e Tom A. Loomis, The periodic table, nature's building blocks: an introduction to the naturally occurring elements, their origins and their uses, Elsevier, 2020, p. 139, ISBN 978-0-12-821538-8.
- ↑ Experimental data for N3- (azide anion), su Computational Chemistry Comparison and Benchmark DataBase.
- ↑ (EN) John T. Kelly, Thomas L. Ellington e Thomas More Sexton, Communication: Gas phase vibrational spectroscopy of the azide-water complex, in The Journal of Chemical Physics, vol. 149, n. 19, 21 novembre 2018, DOI:10.1063/1.5053671. URL consultato il 26 aprile 2026.
- 1 2 (EN) What is the hybridization of the nitrogen in the azide ion?, su Chemistry Stack Exchange. URL consultato il 26 aprile 2026.
- ↑ (EN) The International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC), IUPAC - pseudohalogens (P04930), su goldbook.iupac.org. URL consultato il 26 aprile 2026.
- ↑ Erwin Riedel e Christoph Janiak, Anorganische Chemie, collana De Gruyter Studium, 10. Auflage, De Gruyter, 2022, p. 513, ISBN 978-3-11-069604-2.
- 1 2 3 4 5 (EN) Xin Yang, Boggavarapu Kiran e Xue-Bin Wang, Solvation of the Azide Anion (N 3 - ) in Water Clusters and Aqueous Interfaces: A Combined Investigation by Photoelectron Spectroscopy, Density Functional Calculations, and Molecular Dynamics Simulations, in The Journal of Physical Chemistry A, vol. 108, n. 39, 1º settembre 2004, pp. 7820–7826, DOI:10.1021/jp0496396. URL consultato il 27 aprile 2026.
- ↑ (EN) NIST Office of Data and Informatics, Azide radical, su webbook.nist.gov. URL consultato il 27 aprile 2026.
- ↑ (EN) NIST Office of Data and Informatics, Iodine atom, su webbook.nist.gov. URL consultato il 27 aprile 2026.
- ↑ Angew. Chem. Int. Ed., 1998, 37, 945
- ↑ (EN) T. M. Klapötke, F. A. Martin e J. Stierstorfer, C2N14: An Energetic and Highly Sensitive Binary Azidotetrazole, in Angew. Chem. Int. Ed., vol. 50, n. 18, 2011, pp. 4227-4229, DOI:10.1002/anie.201100300.
Bibliografia
[modifica | modifica wikitesto]- I. Bertini, F. Mani, Chimica inorganica, CEDAM, ISBN 88-13-16199-9
Altri progetti
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