A nitrogén-dioxid (NO2) egy sötét, vörösbarna színű, kellemetlen szagú, nagy sűrűségű gáz. Molekulatömege miatt sűrűsége a levegőnél lényegesen nagyobb. Alacsony hőmérsékleten dimerizálódik, azaz a molekulák pár nélküli elektronjaikkal könnyen összekapcsolódnak. A dimerizáció során színtelen folyadék, a dinitrogén-tetraoxid (N2O4) keletkezik, ami -10°C-on színtelen molekularácsos kristályokká fagy meg.
A molekulában a nitrogén- és oxigénatom között egy σ- és két π-kötés található, valamint egy párosítatlan elektron a nitrogénen. Ez a párosítatlan elektron teszi a nitrogén-dioxidot nagy reakciókészségűvé, és szabad gyökké. A központi nitrogénatom a két oxigénatomhoz 1-1 σ-kötéssel kapcsolódik, miközben a nitrogénatom elektronpárja delokalizált π-párként a két oxigénatom σ-kötéseit erősíti.
Reakcióképesség és reakciói vízzel
A nitrogén-dioxid magas reakciókészségét a benne található párosítatlan elektron okozza. Ez a tulajdonság teszi lehetővé, hogy könnyen részt vegyen különféle kémiai reakciókban. Az egyik legfontosabb reakciója a vízzel való egyesülés. Vízben jól oldódik, és ekkor salétromsav (HNO3) és salétromossav (HNO2) keletkezik. A reakció egyenlete a következő: 2 NO2 + H2O = HNO2 + HNO3.
Ez a reakció egy példa a diszproporcionálódásra, mivel a kiindulási vegyületben található nitrogén oxidációs számánál (+4) egy kisebb és egy nagyobb oxidációs számú nitrogént tartalmazó nitrogénvegyület keletkezett (a salétromossavban +3, a salétromsavban +5). Ez a jelenség jól szemlélteti a nitrogén-dioxid instabilitását és reaktivitását.
A vízben jól oldódó gázokkal szökőkút kísérlet mutatható be. A gázok egy része mérgező és kellemetlen illatú. Ezért érdemes kis anyagmennyiséggel és kis méretű eszközökkel bemutatni a kísérletet. A kísérlet során ammónia-gázt használnak, amely vízben nagyon jól oldódik. Ez a tulajdonság teszi lehetővé a szökőkút jelenségének létrejöttét. Az ammónia vízben való oldódása következtében a kémcsőben a nyomás lecsökken, ami a vizet a kémcsőbe szívja, létrehozva a szökőkútszerű áramlást. A kísérlet végén kialakuló lúgos kémhatást fenolftalein indikátorral lehet kimutatni, amely rózsaszín elszíneződést okoz.
Ammónia szökőkút
Élettani hatások és környezetszennyezés
A nitrogén-dioxid komoly élettani hatásokkal bír, elsősorban mérgező hatása révén. Belélegezve irritálhatja a légutakat, és súlyosabb esetben légzési problémákat okozhat. Emellett jelentős környezetszennyező hatással is rendelkezik. A levegőben található szennyező anyagok nagy része, mint például a nitrogén-oxidok (NO és NO2), együttes mennyiségét a környezetvédelmi szaknyelv NOX-nek nevezi. Ezek a gázok hozzájárulnak a savas esők kialakulásához és a levegő minőségének romlásához.
A villámlás során nitrogén-oxidok keletkeznek. Ezek a légkörben esővízzel oldódva a talajban nitritekké és nitrátokká alakulnak. Ez a természetes folyamat szerepet játszik a talaj nitrogéntartalmának fenntartásában, azonban ipari kibocsátások esetén a túlzott NOX-terhelés komoly környezeti problémákat okozhat.
A kémia tanítása és Karikó Katalin
A kémia iránti érdeklődés már gyerekkorban is elkezdődhet, ahogy azt Karikó Katalin, a világhírű biokémikus példája is mutatja. A kisújszállási Arany János Általános Iskolában tanult alapfokú természettudományi ismeretek megalapozták későbbi tudományos pályafutását. Az otthoni konyha is kiváló helyszín lehetett a kémiai kísérletezéshez, például a szappanfőzés megfigyelésével. Az iskolai kémia szakkörök és versenyek is fontos szerepet játszottak abban, hogy felkeltsék és fenntartsák a diákok kíváncsiságát.
Karikó Katalin emlékei szerint a kémia tanárnője versenyekre is biztatta, és elkísérte őt a járási kémia vetélkedőre. Emlékezetes kísérlet volt számára az ammónia szökőkút, amelynek leírását izgatottan idézte fel. A szegedi egyetemen Bernáth Gábor és Baláspiri Lajos órái voltak a legemlékezetesebbek a szerves kémia terén. A heterociklusos vegyületek memorizálása nehéz feladat volt, de a kiváló tanárok motiválták a diákokat.
A szegedi József Attila Tudományegyetemen (JATE) a biológus és a vegyész hallgatók több tárgyat is együtt hallgattak, mint például a fizikai kémiát Andor József és a biokémiát Boross László előadásában. Az analitikai kémia izgalmasnak számított, ahol a diákoknak egy ismeretlen anyagot kellett beazonosítaniuk, ami megtanította őket a próbálkozásra és a kitartásra. A Szegedi Biológiai Központban (SZBK) végzett kutatások nemzetközi élvonalba tartoztak, ahol Karikó Katalin PhD-hallgatóként dolgozott.
A kémia elengedhetetlenül fontos Karikó Katalin mindennapi munkájában. A Tudomány a Jövőért Solvay-díj, amelyet 2022-ben kapott meg, elismeri a jelentős tudományos felfedezéseket, és kiemeli a kémia tudományának fontosságát.
