Azida de sodio
Azida sódica es un compuesto inorgánico con la fórmula NaN3. Esta sal incolora es el componente que forma gas en algunos sistemas de bolsas de aire de automóviles. Se utiliza para la preparación de otros compuestos de azida. Es una sustancia iónica, muy soluble en agua y muy venenosa.
Estructura
La azida de sodio es un sólido iónico. Se conocen dos formas cristalinas, romboédrica y hexagonal. Ambos adoptan estructuras en capas. El anión azida es muy similar en cada forma, siendo centrosimétrico con distancias N – N de 1,18 Å. El ion Na+ tiene una geometría octaédrica. Cada azida está unida a seis centros Na+, con tres enlaces Na-N a cada centro de nitrógeno terminal..
Preparación
El método de síntesis común es el "proceso de Wislicenus", que se desarrolla en dos pasos en amoníaco líquido. En el primer paso, el sodio metálico convierte el amoníaco en amida de sodio:
- 2 Na + 2 NH3 → 2 NaNH2 + H2
Es una reacción redox en la que el sodio metálico cede un electrón a un protón de amoníaco que se reduce en gas hidrógeno. El sodio se disuelve fácilmente en amoníaco líquido para producir electrones hidratados responsables del color azul del líquido resultante. El Na+ y NH−2.
La amida sódica se combina posteriormente con óxido nitroso:
- 2 NaNH2 + N2O → NaN3 + NaOH + NH3
Estas reacciones son la base de la ruta industrial, que produjo alrededor de 250 toneladas por año en 2004, y la producción aumentó debido al mayor uso de bolsas de aire.
Métodos de laboratorio
Curtius y Thiele desarrollaron otro proceso de producción, en el que un éster de nitrito se convierte en azida sódica utilizando hidracina. Este método es adecuado para la preparación de laboratorio de azida sódica:
- 2 Nano2 + 2 C2H5OH + H2Así que...4 → 2 C2H5ONO + Na2Así que...4 + 2 H2O
- C2H5ONO + N2H4· H2O + NaOH → NaN3 + C2H5OH + 3 H2O
Alternativamente, la sal se puede obtener mediante la reacción de nitrato de sodio con amida de sodio.
Reacciones químicas
Formación de ácido del ácido hidrazoico
El tratamiento de la azida sódica con ácidos fuertes produce ácido hidrazoico gaseoso (azida de hidrógeno; HN3), que también es extremadamente tóxico:
- H+ + N−3 → HN3
Equilibrio del ácido hidrazoico
Las soluciones acuosas contienen cantidades mínimas de ácido hidrazoico, cuya formación se describe mediante el siguiente equilibrio:
- N−3 + H2O ⇌ HN3 + OH−, K = 10−4.6
Destrucción
La azida sódica se puede destruir mediante tratamiento con ácido nitroso preparado in situ (HNO2; no HNO3). La preparación in situ es necesaria ya que el HNO2 es inestable y se descompone rápidamente en soluciones acuosas. Esta destrucción debe realizarse con gran precaución y dentro de una campana de extracción química, ya que el óxido nítrico (NO) gaseoso formado también es tóxico y un orden incorrecto de adición de ácido para la formación in situ de HNO 2 producirá en su lugar ácido hidrazoico gaseoso altamente tóxico (HN3).
- 2 NaN3 + 2 HNO2 → 3 N2 + 2 NO + 2 NaOH
Aplicaciones
Airbags para automóviles y toboganes de evacuación para aviones
Las formulaciones de bolsas de aire más antiguas contenían mezclas de oxidantes y azida de sodio y otros agentes, incluidos encendedores y aceleradores. Un controlador electrónico detona esta mezcla durante un accidente automovilístico:
- 2 NaN3 → 2 Na + 3 N2
La misma reacción ocurre al calentar la sal a aproximadamente 300 °C. El sodio que se forma es un peligro potencial por sí solo y, en las bolsas de aire de los automóviles, se convierte mediante reacción con otros ingredientes, como el nitrato de potasio y la sílice. En este último caso se generan silicatos de sodio inocuos. Mientras que la azida de sodio todavía se utiliza en las rampas de evacuación de los aviones modernos, las bolsas de aire de los automóviles de nueva generación contienen explosivos menos sensibles, como la nitroguanidina o el nitrato de guanidina.
Síntesis orgánica e inorgánica
Debido a su riesgo de explosión, la azida de sodio tiene un valor limitado en la química orgánica a escala industrial. En el laboratorio se utiliza en síntesis orgánica para introducir el grupo funcional azida mediante desplazamiento de haluros. Posteriormente, el grupo funcional azida se puede convertir en una amina mediante reducción con SnCl2 en etanol o hidruro de litio y aluminio o una fosfina terciaria, como trifenilfosfina en la reacción de Staudinger, con níquel Raney o con sulfuro de hidrógeno en piridina. Oseltamivir, un medicamento antiviral, se produce actualmente a escala comercial mediante un método que utiliza azida sódica.
La azida de sodio es un precursor versátil de otros compuestos de azida inorgánica, por ejemplo, azida de plomo y azida de plata, que se utilizan en detonadores como explosivos primarios. Estas azidas son significativamente más sensibles a la detonación prematura que la azida sódica y, por tanto, tienen aplicaciones limitadas. La azida de plomo y plata se puede producir mediante una reacción de doble desplazamiento con azida de sodio y sus respectivas sales de nitrato (más comúnmente) o acetato. La azida de sodio también puede reaccionar con las sales de cloruro de ciertos metales alcalinotérreos en solución acuosa, como el cloruro de bario o el cloruro de estroncio, para producir respectivamente azida de bario y azida de estroncio, que también son materiales principalmente explosivos relativamente sensibles. Estas azidas se pueden recuperar de la solución mediante una cuidadosa desecación.
Bioquímica y usos biomédicos
La azida sódica es un reactivo de sonda útil y un conservante antibacteriano para soluciones bioquímicas. En el pasado, el mertiolato y el clorobutanol también se utilizaban como alternativa a la azida para la conservación de soluciones bioquímicas.
La azida sódica es un inhibidor instantáneo de la lactoperoxidasa, que puede ser útil para detener los experimentos de radiomarcaje de la proteína 125I catalizados por lactroperoxidasa.
En hospitales y laboratorios es un biocida; es especialmente importante en reactivos a granel y soluciones madre que de otro modo podrían favorecer el crecimiento bacteriano, donde la azida sódica actúa como bacteriostático al inhibir la citocromo oxidasa en bacterias gramnegativas; sin embargo, algunas bacterias grampositivas (estreptococos, neumococos, lactobacilos) son intrínsecamente resistentes.
Usos agrícolas
Se utiliza en agricultura para el control de plagas de patógenos transmitidos por el suelo como Meloidogyne incognita o Helicotylenchus dihystera.
También se utiliza como mutágeno para la selección de cultivos de plantas como el arroz, la cebada o la avena.
Consideraciones de seguridad
La azida sódica puede ser mortalmente tóxica e incluso cantidades mínimas pueden causar síntomas. La toxicidad de este compuesto es comparable a la de los cianuros alcalinos solubles, aunque no se ha informado de toxicidad en bolsas de aire gastadas.
Produce síntomas extrapiramidales con necrosis de la corteza cerebral, cerebelo y ganglios basales. La toxicidad también puede incluir hipotensión, ceguera y necrosis hepática. La azida de sodio aumenta los niveles de GMP cíclico en el cerebro y el hígado mediante la activación de la guanilato ciclasa.
Las soluciones de azida sódica reaccionan con iones metálicos para precipitar azidas metálicas, que pueden ser sensibles a los golpes y explosivas. Esto debe tenerse en cuenta a la hora de elegir un recipiente de transporte no metálico para soluciones de azida sódica en el laboratorio. Esto también puede crear situaciones potencialmente peligrosas si las soluciones de azida deben desecharse directamente por el desagüe en un sistema de alcantarillado sanitario. El metal del sistema de plomería podría reaccionar, formando cristales de azida metálica altamente sensibles que podrían acumularse durante años. Son necesarias precauciones adecuadas para la eliminación segura y ambientalmente responsable de los residuos de soluciones de azida.