一酸化窒素と亜酸化窒素の違いとは?分かりやすく解説!

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主な違い – 一酸化窒素 vs 亜酸化窒素 (笑気ガス)

一酸化窒素と亜酸化窒素は、窒素の酸化物です。

窒素は、原子番号7の化学元素で、元素周期表のpブロックに属する非金属です。

窒素は、その酸化物によって異なる酸化状態を持ちます。

酸化状態とは、ある原子が他の原子から奪ったり、獲得したり、共有したりできる電子の数のことです。

一酸化窒素では、窒素原子が酸素原子と2個の電子を共有しています。

したがって、一酸化窒素の窒素の酸化状態は+2です。

一方、亜酸化窒素の窒素の酸化状態は+1です。

これが一酸化窒素と亜酸化窒素の大きな違いです。

一酸化窒素とは

一酸化窒素は、化学式NOで表される窒素の酸化物です。

窒素原子1個と酸素原子1個が共有結合で結ばれている。

これは、窒素原子と酸素原子が不対電子を共有していることを意味する。

常温常圧では、一酸化窒素は有毒な無色の気体です。

一酸化窒素のモル質量は30g/molです。

融点は-164 °C、沸点は-152 °C。

一酸化窒素の分子は、原子が2つしか結合していないため、直線的な形をしている。

窒素と酸素の不対電子を共有すると、窒素原子にもう一つ不対電子が存在することになる。

しかし、酸素原子には共有できる不対電子が他にない。

そこで、不対電子は2つの原子の間で、単独で共有される。

したがって、実際の共有結合の構造は、二重結合と三重結合の間にあることになります。

その結果、結合長は115pmとなり、予想された値よりも2つの原子の間の距離が短くなる。

一酸化窒素は、酸素の存在下で二酸化窒素を形成することができます。

しかし、水中では、一酸化窒素は酸素やH2Oと反応して亜硝酸(HNO2)を形成する。

この気体を冷やすと一酸化窒素二量体(N2O2)が生成されます。

以上が一酸化窒素の主な反応です。

一酸化窒素の窒素の酸化状態は「+2」です。

これは、酸素の酸化状態が-2であり、一酸化窒素分子が中性化合物であるため、窒素の酸化状態が+2であるはずだからです。

亜酸化窒素(笑気ガス)とは

亜酸化窒素は、化学式N2Oで表される窒素の酸化物です。

IUPAC名は「一酸化二窒素」。

このガスは、軽いヒステリー、時には笑いを伴う痛みに対する無感覚を引き起こすので、笑気ガスとも呼ばれます。

このガスのモル質量は44g/molです。

室温、常圧では無色の気体です。

亜酸化窒素の融点は-90.86 ℃、沸点は-88.48 ℃です。

N2O分子は、2つの窒素原子と1つの酸素原子から構成されています。

窒素原子は互いに結合しており、酸素原子は2つの窒素原子のうちの1つに結合している。

これらの原子の化学結合を考慮すると、N2Oは共鳴を示す。

この分子には、大きく分けて2つの共鳴構造があります。

Main Difference - Nitric Oxide vs Nitrous Oxide :図3 亜酸化窒素の共鳴構造

しかし、実際の構造はそれらのハイブリッド構造になっています。

図4: 亜酸化窒素の実際の構造

亜酸化窒素は、常温常圧では不活性ガスとされ、化学反応もほとんどありません。

しかし、温度が高くなると、その反応性も高くなる。

例えば、187℃の場合、亜酸化窒素はNaNH2と反応してアジ化ナトリウム(NaN3)を生成します。

亜酸化窒素の窒素の酸化状態は+1です。

酸素の酸化状態は-2であり、亜酸化窒素分子は中性化合物です。

ということは、窒素原子の酸化状態は両方とも+2でなければ式は成立しません。

亜酸化窒素の酸化状態 = 0

酸素原子の酸化状態 = -2

したがって

n2o = 2(n) + (o)
0 = 2(N) + (-2)
2(N) = +2
(N) = +1

一酸化窒素と亜酸化窒素の類似性

  • どちらも常温常圧で無色の気体です。
  • どちらも窒素原子と酸素原子で構成されている。
  • どちらも共有結合の化合物です。

一酸化窒素と亜酸化窒素の違い

定義

一酸化窒素。

一酸化窒素は、化学式NOで表される窒素の酸化物です。

亜酸化窒素。

亜酸化窒素は、化学式N2Oで表される窒素の酸化物です。

モル質量

一酸化窒素。

一酸化窒素のモル質量は30g/molです。

亜酸化窒素。

亜酸化窒素のモル質量は、44g/molです。

融点・沸点

一酸化窒素。

一酸化窒素の融点は-164 ℃、沸点は-152 ℃です。

亜酸化窒素。

亜酸化窒素の融点は-90.86℃、沸点は-88.48℃です。

原子性

一酸化窒素。

一酸化窒素の原子数は2です。

亜酸化窒素。

亜酸化窒素の原子数は3です。

窒素の酸化状態

一酸化窒素のこと。

一酸化窒素の窒素の酸化状態は+2です。

亜酸化窒素。

亜酸化窒素の窒素の酸化状態は+1です。

結論

窒素は、周期表第5族に属する非金属の化学元素です。

窒素は多くの酸化物化合物を形成することができる。

一酸化窒素と亜酸化窒素は、そのような2つの化合物です。

一酸化窒素と亜酸化窒素の主な違いは、一酸化窒素の窒素の酸化状態が+2であるのに対して、亜酸化窒素の窒素の酸化状態は+1であることです。

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