El NO2 presenta un punto de ebullición de 21,2 ºC y un punto de fusión de -11,2 ºC. Los siguientes dibujos ilustran las moléculas de NO2 en estado líquido, sólido y gaseoso, respectivamente.
A -20ºC, se espera que la mayoría de las moléculas de NO2 se distribuyan como lo muestra el dibujo número:
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