Stikstofoxide
Stikstofoxiden (soms afgekort tot NOx) is een verzamelnaam voor de binaire verbindingen van zuurstof en stikstof:
- stikstofmonoxide (NO)
- stikstofdioxide (NO2)
- distikstofoxide (N2O) of lachgas
- distikstoftrioxide (N2O3)
- distikstoftetraoxide (N2O4)
- distikstofpentaoxide (N2O5)
- stikstoftrioxide (NO3) Stikstoftrioxide moet niet verward worden met NO3-, (nitraat) dat een elektron meer heeft.
De verzamelnaam voor al de mono-stikstofoxiden (NO, NO2 en NO3) is NOx. De laatste vier, N2O3, N2O4, N2O5 en NO3, zijn bij kamertemperatuur en atmosferische druk niet stabiel:
- 2 N2O3 → 2 NO + N2O4
- N2O4 → 2 NO2
- 2 N2O5 → 4 NO2 + O2
De tweede, N2O, is weinig stabiel.
- 2 N2O → 2 N2 + O2
De eerste, NO, zet zich in lucht om tot de tweede, NO2:
- 2 NO + O2 → 2 NO2
Hoewel NO het meest gevormd wordt, zal in de lucht dus vooral NO2 voorkomen.
Stikstofoxiden ontstaan bij alle vormen van verbranding op hoge temperatuur, bijvoorbeeld in een verbrandingsmotor. Als we diesel met benzine vergelijken kunnen we concluderen dat diesels meer NOx produceren, omdat de verbranding plaatsvindt bij hogere druk en bijgevolg ook hogere temperatuur. Andere voorbeelden van verbrandingsprocessen zijn huishoudelijke verwarming op gas, stookolie of kolen, industriële processen zoals thermische elektriciteitscentrales op kolen, olie of gas, cementovens, hoogovens voor staalproductie enz.
Het belangrijkste mechanisme is indertijd aangetoond door Zeldovich en luidt vereenvoudigd:
- O2 + N2 → 2 NO
Bij 1500 °C levert dit 0,3 % NO op, bij 1930 °C 1 % en bij 2300 °C 2 %.
Stikstofoxiden worden gerekend tot de stoffen die verzuring van het milieu in de hand werken, zie onder andere milieuverontreiniging en zure regen. Inderdaad:
- N2O5 + H2O → 2 HNO3 (salpeterzuur)
- N2O3 + H2O → 2 HNO2 (salpeterigzuur)
- 2 NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
Stikstofoxiden zijn schadelijk voor de luchtwegen van mensen en dieren en ook voor plantengroei. Stikstofoxiden tasten ook de ozonlaag in de stratosfeer aan
- NO + O3 → NO2 + O2
, veroorzaken ozon
- NO2 + O2 → NO + O3
en zo smog nabij de grond en veroorzaken mee broeikaseffect: N2O werkt zoals CO2 maar dan 294 keer zo sterk.
Om hier iets aan te doen, is een reductie in vele gevallen verplicht gesteld. Er zijn verschillende soorten reductie mogelijk: selectieve of niet-selectieve en katalytische of niet katalytische. Het best bekend zijn waarschijnlijk de katalysatoren voor de uitlaat van auto's op benzine. Ook industriële processen passen reductie toe. Het gaat dan om selectieve katalytische reductie of selectieve niet-katalytische reductie. Daarnaast passen industriële processen ook andere maatregelen toe.