二酸化窒素
種々の物質の燃焼過程、硝酸等の物質の製造過程などでの副生成物として意図せず発生する。この燃焼では窒素酸化物の大部分が一酸化窒素として発生するが、大気中での光反応などにより酸化され生成する。その他、生物活動に由来する自然発生があり、地球規模で考えるとこれが発生源の大部分となっている。都市地域の固定発生源や移動発生源などによる高密度の発生が知られており、これが大気汚染の原因のひとつとなっている。
大気汚染の原因物質である一酸化窒素の空気酸化により、二酸化窒素が生成する。
空気中でアンモニアを白金触媒と共に850 °Cに加熱すると、空気酸化により二酸化窒素が生成する。
4 NH 3 + 7 O 2 ⟶ 4 NO 2 + 6 H 2 O {\displaystyle {\ce {4NH3 + 7O2 -> 4NO2 + 6H2O}}}
濃硝酸に銅や銀などの金属を反応させることによっても生成する。
2 HNO 3 + Ag ⟶ AgNO 3 + NO 2 + H 2 O {\displaystyle {\ce {2HNO3 + Ag -> AgNO3 + NO2 + H2O}}}
銅に濃硝酸を反応させることによって生成する。
Cu + 4 HNO 3 ⟶ Cu ( NO 3 ) 2 + 2 H 2 O + 2 NO 2 {\displaystyle {\ce {Cu + 4HNO3 -> Cu(NO3)2 + 2H2O + 2NO2}}}
二酸化窒素は21.2 °C (294.3 K) 以上で刺激性な不快臭を有する赤褐色の気体であり、21.2 °C (294.3 K) 以下では黄褐色の液体となり、−11.2 °C (261.9 K) 以下で無色の四酸化二窒素(N2O4)へと変化する。
窒素原子と酸素原子との間の結合長は119.7 pmである。この結合長は1と2の間の結合次数に一致する。
窒素が1つの不対電子を持つため、オゾン(O3)とは異なり二酸化窒素窒素の基底電子状態は二重項状態である。不対電子は亜硝酸イオンと比べてα効果(英語版)を低下させ、酸素の孤立電子対との弱い結合性相互作用を作る。NO2中の孤立電子はこの化合物がラジカルであることも意味する。そのため、二酸化窒素の化学式は NO2と書かれることが多い。
赤褐色は青色光(400 -500 nm)の優先吸収の結果であるが、吸収は(短波長側では)可視光領域中に、(長波長側では)赤外へと拡がっている。およそ400 nmより短い波長の光の吸収は光分解をもたらす(NO + O〔原子状酸素〕が形成される)。大気中では、形成されたO原子のO2への付加によりオゾンが生成する。
二酸化窒素は不対電子を持つラジカルであり、常磁性分子である。電子遷移のエネルギーが低いため、可視領域に吸収を持ち着色して見える。二酸化窒素は直線状分子ではなく、結合長や結合角は対応するアニオンおよびカチオンの中間の値を取る。