SALPETERSYRE, HNO 3, opnås ved at opløse nitrogenoxider i vand:
3N02 + H2O = 2HN3 + NO
N 2 O 3 + H 2 O = HNO 3 + NO
N2O5 + H2O = 2HNO3
Fysiske egenskaber af salpetersyre. Molvægt - 63,016; farveløs væske med en karakteristisk lugt; kogepunkt 86°, smeltepunkt -47°; specifik vægt 1,52 ved 15°; under destillation, på grund af nedbrydningen af 2HNO 3 = N 2 O 3 + 2O + H 2 O, frigiver salpetersyre straks oxygen, N 2 O 3 og vand; absorption af sidstnævnte forårsager en stigning i kogepunktet. I vandig opløsning indeholder stærk salpetersyre normalt nitrogenoxider, og fremstillingen af fuldstændig vandfri salpetersyre giver betydelige vanskeligheder. Det er umuligt at opnå vandfri salpetersyre ved destillation, da vandige opløsninger af salpetersyre har en minimal elasticitet, det vil sige, at tilsætning af vand til syren og omvendt sænker dampelasticiteten (og øger kogepunktet). Derfor, som et resultat af destillation af en svag syre (D< 1,4) получается постоянно кипящий остаток D = 1,415, с содержанием 68% HNО 3 и с температурой кипения 120°,5 (735 мм). Перегонка при пониженном давлении дает остаток с меньшим содержанием HNО 3 , при højt blodtryk- med et højt indhold af HNO 3. Syre D = 1,503 (85 %), renset ved at blæse luft fra N 2 O 4, giver en rest med 77,1 % HNO 3 under destillation. Under destillation giver syre D = 1,55 (99,8%) først en opløsning D = 1,62, stærkt farvet af nitrogenoxider, og den resterende syre D = 1,49. At. Remanensen fra destillationen af salpetersyre indeholder altid den syre, der svarer til minimumelasticiteten (maksimalt kogepunkt). Vandfri syre kan kun opnås ved at blande stærk (99,1%) salpetersyre med salpetersyreanhydrid.
Ved frysning er det tilsyneladende umuligt at opnå syre over 99,5%. Med de nye metoder (Valentiner) til at udvinde salpetersyre fra salpeter er syren ret ren, men med de gamle var det nødvendigt at rense den hovedsageligt fra kloridforbindelser og fra N 2 O 4-dampe. Den stærkeste syre har D0 = 1,559, D15 = 1,53 og 100 % HNO3 - D4 = 1,5421 (Veley og Manley); 100% syre dampe i luften og tiltrækker vanddamp lige så stærkt som svovlsyre. En syre med D = 1,526 opvarmes, når den blandes med sne.
Dannelsesvarme (fra 1/2 H 2 + 1/2 N 2 + 3/2 O 2):
HNO 3 – damp + 34400 cal
HNO 3 – flydende + 41600 cal
HNO 3 – krystaller + 42200 cal
HNO 3 – opløsning + 48800 cal
Fortyndingsvarme: ved tilsætning af en partikel H 2 O til HNO 3 - 3,30 Cal, to partikler - 4,9 Cal, fem partikler - 6,7 Cal, ti - 7,3 Cal. Yderligere tilføjelse giver en ubetydelig stigning termisk effekt. I form af krystaller får du:
1) HNO 3 · H 2 O = H 3 NO 4 - rombiske tabletter, der minder om AgNO 3, smeltepunkt = -34° (-38°);
2) HNO 3 (H 2 O) 2 = H 5 NO 5 - nåle, smeltepunkt -18°,2, kun stabil under -15°. Krystallisationstemperaturkurven for vandig syre har tre eutektika (ved -66°,3, ved -44°,2, ved -43°) og to maksima (HNO 3 H 2 O -38°, HNO 3 3H 2 O -18 °,2). De samme specielle punkter iagttages for opløsningsvarmerne og for drejningerne af den elektriske ledningsevnekurve, men på sidstnævnte bemærkes også 2HNO 3 ·H 2 O og HNO 3 ·10H 2 O. Af det netop sagte og af analogi med fosforsyrer, følger det, at der i opløsninger af salpetersyre er dets hydrat HNO 3, men det nedbrydes meget let, hvilket bestemmer den høje reaktivitet HNO3. Salpetersyre indeholdende NO 2 i opløsning kaldes rygning(rød).
Kemiske egenskaber. Ren HNO 3 nedbrydes let og farves gullig farve på grund af reaktionen 2HNO 3 = 2NO 2 + O 2 + H 2 O og absorptionen af det resulterende salpetersyreanhydrid. Ren salpetersyre og stærk salpetersyre generelt er kun stabile ved lave temperaturer. Hovedtræk ved salpetersyre er dens ekstremt stærke oxiderende evne på grund af frigivelsen af ilt. Når den virker på metaller (undtagen Pt, Rh, Ir, Au, som HNO 3 ikke har nogen effekt på i fravær af klor), oxiderer salpetersyre metallet og frigiver nitrogenoxider, jo lavere grad af oxidation, jo mere energisk det oxiderede metal var som et reduktionsmiddel. For eksempel giver bly (Pb) og tin (Sn) N 2 O 4; sølv - hovedsageligt N 2 O 3. Svovl, især nyudfældet, oxiderer let; fosfor, når det opvarmes let, bliver til fosforsyre. Glødende kul antændes i dampen af salpetersyre og i selve salpetersyren. Den oxiderende virkning af rygende rød syre er større end den af farveløs syre. Jern nedsænket i det bliver passivt og er ikke længere modtageligt for virkningen af syre. Til cyklisk organiske forbindelser(benzen, naphthalen osv.) Vandfri salpetersyre eller blandet med svovlsyre virker meget stærkt, hvilket giver nitroforbindelser C 6 H 5 H + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + NOH. Nitrering af paraffiner sker langsomt og kun under påvirkning af en svag syre ( høj grad ionisering). Som et resultat af vekselvirkningen af stoffer indeholdende hydroxyl (glycerin, fiber) med salpetersyre opnås nitratestere, forkert kaldet nitroglycerin, nitrocellulose osv. Alle forsøg og alt arbejde med salpetersyre skal udføres i et godt ventileret rum , men gerne under et særligt udkast .
Analyse . For at påvise spor af salpetersyre skal du bruge: 1) diphenylendanyldihydrotriazol (kommercielt kendt som "nitron"); 5 eller 6 dråber af en 10% opløsning af nitron i 5% eddikesyre hæld i 5-6 cm 3 af testopløsningen, tilsæt en dråbe H 2 SO 4 til den på forhånd: i nærvær af mærkbare mængder NO 3 -ioner frigives et stort bundfald; i meget svage opløsninger, nåleformet krystaller frigives; ved 0° kan endda 1/80000 HNO 3 åbnes med nitron; 2) brucin i opløsning; bland med testopløsningen og hæld den forsigtigt langs reagensglassets væg til stærk svovlsyre; ved kontaktpunktet for begge lag i reagensglasset dannes en lyserød-rød farve, der bliver grønlig nedefra.
For at bestemme mængden af HNO 3 i en opløsning af rygende salpetersyre skal du titrere N 2 O 4 med en opløsning af KMnO 4, bestemme massefylden af væsken med et hydrometer og trække korrektionen for N 2 O 4-indholdet fra angivet i en særlig tabel.
Industrielle metoder til fremstilling af salpetersyre. Salpetersyre udvindes. arr. fra salpeter. Tidligere blev der udført salpeterudvinding i den såkaldte. "salpetriere", eller "burts", hvor som følge af blanding af gødning, urin mv. med gammelt puds sker der gradvist, til dels på grund af bakteriers virkning, oxidation af urinstof og andre organiske nitrogenforbindelser (aminer, amider osv.) i salpetersyre, hvorved der dannes calciumnitrat med kalksten. På varme dage, især i syd (for eksempel i Indien og i Centralasien), går processen meget hurtigt.
I Frankrig blev der i 1813 udvundet op til 2.000.000 kg salpeter af salpeter. 25 store dyr producerer omkring 500 kg salpeter om året. I nogle områder, med basisjord rig på dyrerester (for eksempel Kuban-regionen), er det muligt, at der kan være en mærkbar mængde nitrat i jorden, men ikke tilstrækkelig til udvinding. Mærkbare mængder blev udvundet i Ganges-dalen og findes i vores centralasiatiske fæstninger, hvor reserver af jord indeholdende salpeter hvert sted når op på 17 tons, men indholdet af salpeter i det er ikke mere end 3%. Aflejringer af natriumnitrat - chilensk - blev opdaget i 1809; de findes hovedsagelig i provinsen Tarapaca, mellem 68° 15" og 70° 18" østlig længde og 19° 17" og 21° 18" sydlig bredde, men findes også længere mod syd og nordpå (i Peru og Bolivia); deres aflejring er placeret i en højde af 1100 m over havets overflade. Aflejringerne er omkring 200 km lange, 3-5 km brede og har et gennemsnitligt NaNO 3-indhold på 30-40%. Reserver, forudsat en årlig stigning i forbruget på 50.000 tons, kan vare i 300 år. I 1913 blev der eksporteret 2.738.000 tons, men eksporten til Europa faldt noget, selvom den efter et meget mærkbart fald i eksporten under krigen steg en smule igen fra 1920. Ovenpå ligger der normalt et "bål" (50 cm - 2 m tykt) ), bestående af kvarts og feldspatisk sand, og under det "kalihe" (25 cm - 1,5 m), der indeholder salpeter (aflejringerne er placeret i ørkenen ved siden af aflejringer af salt og borcalciumsalt). Sammensætningen af "kalihe" er meget forskelligartet; den indeholder NaNO 3 - fra 30% til 70%, iodid- og jodsalte - op til 2%, natriumchlorid - 16-30%, sulfatsalte - op til 10%, magnesiumsalte - op til 6%. De bedste sorter indeholder i gennemsnit: NaNO 3 - 50%, NaCl - 26%, Na 2 SO 4 - 6%, MgSO 4 - 3%. NaNO 3 opløses kl høj temperatur så der kommer meget mere NaNO 3 ind i opløsningen end NaCl, hvis opløselighed stiger lidt med temperaturen. Fra 3 ton “kalihe” får du 1 ton rå salpeter med et gennemsnitligt indhold på 95-96 % salpeter. Fra 1 liter moderlage opnås normalt 2,5-5 g jod. Typisk er rå salpeter brun i farven på grund af blandingen af jernoxid. Salpeter indeholdende op til 1-2% kloridforbindelser bruges til gødning. Rent natriumnitrat er farveløst, gennemsigtigt, ikke-hygroskopisk, hvis det ikke indeholder chloridforbindelser; krystalliserer i terninger. For at opnå salpetersyre opvarmes salpeter med svovlsyre; interaktionen følger ligningen:
NaNO3 + H2SO4 = HNO3 + NaSO4
dvs. syresulfat opnås. Sidstnævnte kan bruges til at fremstille hydrogenchlorid ved at kalcinere en blanding af NaHSO 4 og NaCl i muffer. Til interaktion ifølge ligningen
teoretisk er det nødvendigt at tage 57,6 kg H 2 SO 4 eller 60 kg syre 66° Bẻ pr. 100 kg NaNO 3. For at undgå nedbrydning tages der faktisk 20-30% mere svovlsyre. Interaktionen udføres i vandrette cylindriske jernretorter 1,5 m lange, 60 cm i diameter, med vægge 4 cm tykke. Hver cylinder indeholder 75 kg salpeter og 75 kg H 2 SO 4. Dampene ledes først gennem et keramisk køleskab, afkølet med vand eller gennem et skråtstillet keramisk rør, derefter gennem absorbere: "cylindre" eller "bonbons", dvs. store keramiske "Wulf-kolber". Hvis der tages svovlsyre 60° Вẻ (71%), og 4 kg vand pr. 100 kg saltpeter anbringes i den første absorber, opnås en syre på 40-42° Вẻ (38-41%); ved at bruge syre ved 66° Вẻ (99,6%) og tør salpeter, får vi 50° Вẻ (53%); for at opnå syre ved 36° Вẻ anbringes 8 liter vand i den første absorber, 4 liter i den anden og 2,6 liter i de næste. Rygende salpetersyre opnås ved at reagere salpeter med halvdelen af den mængde svovlsyre, der kræves ved beregning. Derfor producerer metoden syre, der er forurenet med nitrosylchlorid og andre stoffer, der forlader i begyndelsen af processen, og med nitrogenoxider ved slutningen af destillationen. Nitrogenoxider er relativt nemme at drive væk ved at blæse en luftstrøm gennem syren. Det er meget mere rentabelt at arbejde i retorter, omgivet af ild på alle sider og med et rør i bunden til at frigive bisulfat indeholdende en mærkbar mængde syre. Faktum er, at støbejern ikke korroderes af syre, hvis det er tilstrækkeligt opvarmet, og hvis kontakt med ild på alle sider forhindrer syredråber i at sætte sig. I sådanne retorter (1,20 brede og 1,50 m i diameter, med en vægtykkelse på 4-5 cm) behandles salpeter med svovlsyre i en mængde på 450 kg og endda 610 kg salpeter pr. 660 kg H 2 SO 4 ( 66 ° Bẻ). I stedet for cylindre bruges nu ofte lodrette rør, eller disse rør er forbundet med cylindre.
Efter Guttmann-metoden udføres nedbrydning i støbejernsretorter sammensat af flere dele (fig. 1 og 1a); delene er forbundet med kit, sædvanligvis bestående af 100 dele jernspåner, 5 dele svovl, 5 dele ammoniumchlorid med så lidt vand som muligt; Retorterne og om muligt læsselugen er indesluttet i murværk og opvarmet af ovngasser.
800 kg salpeter og 800 kg 95% svovlsyre fyldes i retorten, og destillationen udføres i 12 timer; dette forbruger omkring 100 kg kul. Cylindriske retorter anvendes også. De frigjorte dampe kommer først ind i cylinder 8; derefter passere en række keramiske rør, 12 og 13, placeret i en trækasse med vand; her fortættes dampene til salpetersyre, som strømmer gennem rørene 22 i Gutman-installationen og 23 i samlingen 28, og her kommer også kondensat fra cylinder 8 ind; salpetersyre, der ikke er kondenseret i rørene 12, går gennem 15a ind i et tårn fyldt med kugler og vasket med vand; de sidste spor af syre, der ikke er absorberet i tårnet, fanges i cylinder 43a; gasserne føres væk gennem røret 46a ind i skorstenen. For at oxidere de nitrogenoxider, der dannes under destillation, blandes luft ind i gasserne direkte ved udgangen fra retorten. Hvis der anvendes stærk svovlsyre og tørret salpeter i produktionen, opnås farveløs 96-97% salpetersyre. Næsten al syren kondenserer i rørene, kun en lille del (5%) optages i tårnet, hvilket giver 70% salpetersyre, som tilsættes næste ladning nitrat. At. resultatet er farveløs salpetersyre, uden klor, med et udbytte på 98-99% af det teoretiske. Gutmans metode er blevet udbredt på grund af dens enkelhed og lave installationsomkostninger.
96-100 % syre ekstraheres fra salpeter ved hjælp af Valentiner-metoden ved destillation under reduceret tryk (30 mm) i støbejernsretorter af en blanding af 1000 kg NaNO 3, 1000 kg H2SO 4 (66 ° Вẻ) og en sådan mængde af svag syre HNO 3, der tilsætter 100 kg vand med det. Destillationen varer 10 timer, og der kommer luft ind i legeringen hele tiden. Interaktionen sker ved 120°, men i slutningen af processen opstår en "krise" (1 time), og kraftige stød er mulige (ved 120-130°). Herefter bringes opvarmningen til 175-210°. Korrekt fortykkelse og syreopsamling er meget vigtigt. Dampe fra retorten kommer ind i cylinderen, fra den ind i 2 stærkt afkølede spoler, fra dem til en opsamling (såsom en Wulf-kolbe), efterfulgt af en spole igen og derefter 15 cylindre, bag hvilken der er placeret en pumpe. Med en 1000 kg belastning af NaNO 3 på 6-8 timer opnås 600 kg HNO 3 (48° Вẻ), altså 80 % af normen.
For at opnå salpetersyre fra norsk salpeter (calcium) opløses sidstnævnte, stærk salpetersyre tilsættes og blandes svovlsyre, hvorefter salpetersyren filtreres fra gipsen.
Opbevaring og emballering. Til opbevaring af salpetersyre kan du bruge fade af glas, ildler og rent aluminium (ikke mere end 5 % urenheder) samt fade lavet af specielt siliciumsyrefast Krupp-stål (V2A). Fordi når stærk salpetersyre virker på træ, savsmuld, klude, fugtet vegetabilsk olie, osv. udbrud og brande er mulige (f.eks. hvis en flaske brister under transport), så kan salpetersyre kun transporteres i specialtog. Terpentin antændes især let ved opvarmning, når den kommer i kontakt med stærk salpetersyre.
Anvendelse: 1) i form af salte til gødning, 2) til fremstilling af sprængstoffer, 3) til fremstilling af halvfabrikata til farvestoffer, og dels selve farvestofferne. Ch. arr. salte af salpetersyre eller nitrat (natrium, ammonium, calcium og kalium) bruges til gødning. I 1914 nåede verdensforbruget af nitrogen i form af chilensk nitrat op på 368.000 tons og i form af salpetersyre fra luften - 10.000 tons. I 1925 skulle forbruget have nået 360.000 tons salpetersyre fra luften. Forbruget af salpetersyre stiger kraftigt under krig på grund af udgifterne til sprængstoffer, hvoraf de vigtigste er nitroglycerin og nitrocelluloser af forskellige typer, nitroforbindelser (nitrotoluen, TNT, melinit mv.) og stoffer til lunter (kviksølvfulminat). I Fredelig tid salpetersyre bruges til fremstilling af nitroforbindelser, for eksempel nitrobenzen, til overgang til farvestoffer gennem anilin, opnået fra nitrobenzen ved reduktion. Betydelige mængder salpetersyre bruges til ætsning af metaller; salte af salpetersyre (saltpeter) bruges til sprængstoffer (ammoniumnitrat - i røgfrit, kaliumnitrat - i sortkrudt) og til fyrværkeri (bariumnitrat - for grønt).
Salpetersyre standard. Salpetersyrestandarden eksisterer indtil videre kun i USSR og blev godkendt af Standardiseringsudvalget på STO som en standard i hele EU obligatorisk standard(OST-47) for syre ved 40° Вẻ. Standarden sætter HNO 3-indholdet i salpetersyre til 61,20 % og begrænser indholdet af urenheder: svovlsyre ikke mere end 0,5 %, klor ikke mere end 0,8 %, jern ikke mere end 0,01 %, fast rest ikke mere end 0,9 %; standard salpetersyre bør ikke indeholde sediment. Standarden regulerer forholdet mellem sælger og køber og regulerer strengt prøveudtagnings- og analysemetoderne. Indholdet af salpetersyre bestemmes ved at tilsætte NaOH til syren og tilbagetitrere med syren. Indholdet af svovlsyre bestemmes i form af BaSO 4 ved udfældning af BaCl 2. Klorindholdet bestemmes ved titrering i alkalisk miljø sølvnitrat. Jernindholdet bestemmes ved udfældning af sesquioxider med ammoniak, reduktion af oxidjern til ferrojern og efterfølgende titrering af KMnO 4. Emballagen af salpetersyre er endnu ikke standard. Uden at berøre beholderens størrelse, vægt og kvalitet, foreskriver standarden emballering af salpetersyre i glasbeholdere og giver instruktioner om, hvordan den pakkes og forsegles.
Fremstilling af salpetersyre.
I. Fra luften. Syntesen af salpetersyre fra luft under påvirkning af en voltaisk bue gentages indtil i et vist omfang en proces, der foregår i naturen under påvirkning af udledninger af atmosfærisk elektricitet. Cavendish var den første til at observere (i 1781) dannelsen af nitrogenoxider under forbrændingen af H 2 i luft, og derefter (i 1784), når en elektrisk gnist passerer gennem luften. Mutman og Gopher i 1903 var de første, der forsøgte at studere ligevægten: N 2 + O 2 2NO. Ved at lade en voltaisk lysbue med vekselstrøm ved 2000-4000 V føres gennem luften, opnåede de praktisk talt en NO-koncentration på 3,6 til 6,7 vol.%. Deres energiforbrug pr. 1 kg HNO 3 nåede op på 7,71 kWh. Nernst studerede derefter denne ligevægt ved at lede luft gennem et iridiumrør. Yderligere arbejdede Nernst, Jellinek og andre forskere i samme retning. Ved ekstrapolering eksperimentelle resultater Ved at studere ligevægten mellem luft og nitrogenoxid var Nernst i stand til at beregne, at på højre side af ligningen, ved en temperatur på 3750° (dvs. ca. ved temperaturen af en voltaisk bue), et indhold på 7 volumen % NO er etableret.
Idéprioritet teknisk brug voltaisk lysbue til fiksering atmosfærisk nitrogen tilhører den franske forsker Lefebre, der tilbage i 1859 patenterede i England sin metode til at fremstille salpetersyre fra luften. Men på det tidspunkt omkostningerne elektrisk energi var for høj for Lefebre-metoden at opnå praktisk betydning. Det er også værd at nævne McDougals patenter (An. P. 4633, 1899) og Bradley og Lovejoy-metoden implementeret i teknisk skala, udnyttet i 1902 af det amerikanske firma Atmospheric Products С° (med 1 million dollars i kapital) med ved at bruge energien fra Niagara Falls. Forsøgene på at bruge en spænding på 50.000 V til at fikse atmosfærisk nitrogen, lavet af Kowalski og hans samarbejdspartner I. Moscytski, bør også dateres til dette tidspunkt. Men den første betydelige succes i fremstillingen af salpetersyre fra luften kom fra historisk idé norske ingeniør Birkeland, som skulle bruge sidstnævntes evne til at strække sig i et stærkt elektromagnetisk felt til at øge udbyttet af nitrogenoxider, når de passerer en voltaisk bue gennem luft. Birkeland kombinerede denne idé med en anden norsk ingeniør, Eide, og omsatte den til en teknisk installation, der umiddelbart gav en omkostningseffektiv mulighed for at få salpetersyre fra luften. På grund af den konstante ændring i strømmens retning og virkningen af elektromagneten har den resulterende flamme i den elektriske lysbue en konstant tendens til, at det så at sige blæses op til forskellige sider, hvilket fører til dannelsen af en voltaisk bue, der bevæger sig hurtigt hele tiden med en hastighed på op til 100 m/sek., hvilket skaber indtrykket af en roligt brændende bred elektrisk sol med en diameter på 2 m eller mere. En stærk luftstrøm blæses kontinuerligt gennem denne sol, og selve solen er indelukket i en speciel ovn lavet af ildfast ler, bundet i kobber (fig. 1, 2 og 3).
De hule elektroder i den elektriske lysbue afkøles indefra med vand. Luft gennem kanaler EN i ovnens ildleerforing kommer den ind i buekammeret b; gennem den oxiderede gas forlader ovnen og afkøles ved hjælp af dens varme til at opvarme fordampningsapparatets kedler. Herefter kommer NO ind i oxidationstårnene, hvor det oxideres af atmosfærisk ilt til NO 2. Sidstnævnte proces er en eksoterm proces (2NO + O 2 = 2NO 2 + 27Cal), og forhold, der øger varmeabsorptionen, begunstiger derfor reaktionen i denne retning. Dernæst absorberes nitrogendioxid af vand i henhold til følgende ligninger:
3N02 + H2O = 2HNO3 + NO
2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2
I en anden metode afkøles den reagerende blanding af gasser til under 150° før absorption; ved denne temperatur finder den omvendte nedbrydning – NO 2 = NO + O – næsten ikke sted. Med tanke på, at ligevægten NO + NO 2 N 2 O 3 under visse betingelser er etableret med et maksimalt indhold af N 2 O 3, kan den opnås ved at hælde varme nitritgasser allerede før deres fuldstændige oxidation, ved en temperatur på 200 til 300 °, med en opløsning af sodavand eller kaustisk soda, i stedet for nitratsalte - rene nitritter (Norsk Hydro-metoden). Når den forlader ovnen, indeholder den blæste luft fra 1 til 2 % nitrogenoxider, som straks opfanges af modstråler af vand og derefter neutraliseres med kalk til dannelse af calcium, den såkaldte. "norsk" salpeter. At udføre selve processen N 2 + O 2 2NO - 43,2 Cal kræver forbrug af en relativt lille mængde elektrisk energi, nemlig: at opnå 1 ton bundet nitrogen i form af NO kun 0,205 kW-år; I mellemtiden er det i de bedste moderne installationer nødvendigt at bruge 36 gange mere, dvs. omkring 7,3 og op til 8 kW-år pr. 1 ton. Med andre ord går over 97 % af den brugte energi ikke til dannelsen af NO, men til at skabe til denne proces gunstige forhold. For at forskyde ligevægten mod det højest mulige NO-indhold er det nødvendigt at bruge en temperatur fra 2300 til 3300° (NO-indhold ved 2300° er 2 vol% og for 3300° - 6 vol%), men ved sådanne temperaturer nedbrydes 2NO hurtigt tilbage til N 2 + O 2. Derfor er det på en lille brøkdel af et sekund nødvendigt at fjerne gas fra varme områder til koldere og afkøle den til mindst 1500°, når nedbrydningen af NO forløber langsommere. Ligevægt N 2 + O 2 2NO etableres ved 1500° på 30 timer, ved 2100° på 5 sekunder, ved 2500° på 0,01 sekunder. og ved 2900° - på 0,000035 sek.
Metoden af Schonherr, en ansat i BASF, adskiller sig fra metoden af Birkeland og Eide i væsentlige forbedringer. I denne metode, i stedet for en pulserende og stadig intermitterende flamme af en voltaisk bue variabel strøm, anvende en rolig flamme af høj permanent nuværende Dette forhindrer hyppig udblæsning af flammen, hvilket er meget skadeligt for processen. Det samme resultat kan dog opnås med en vekselstrømsvoltaisk lysbue, men ved at blæse luft gennem den brændende flamme ikke i en lige linje, men i form af en hvirvelvind langs den voltaiske lysbueflamme. Derfor kunne ovnen udformet i form af et ret smalt metalrør, desuden, så lysbueflammen ikke rører dens vægge. Designdiagrammet for Schongherr-ovnen er vist i fig. 4.
En yderligere forbedring af buemetoden er lavet ved Pauling-metoden (fig. 5). Elektroderne i forbrændingsovnen ligner hornudladere. En voltaisk bue 1 m lang dannet mellem dem blæses opad af en stærk luftstrøm. På det smalleste sted af den knækkede flamme genantændes lysbuen ved hjælp af yderligere elektroder.
Et lidt anderledes design af en ovn til oxidation af nitrogen i luften blev patenteret af I. Moscicki. Den ene af begge elektroder (fig. 6) har form som en flad skive og er placeret meget langt fra den anden elektrode på nært hold. Den øverste elektrode er rørformet, og neutrale gasser strømmer gennem den i en hurtig strøm og spredes derefter i en kegle.
Voltaisk lysbues flamme er givet ind Rundkørsel Cirkulation påvirket elektromagnetisk felt, og den hurtige kegleformede gasstråle forhindrer kortslutninger. Detaljeret beskrivelse hele installationen er givet i W. Waeser, Luftstickstoff-Industrie, s. 475, 1922. En fabrik i Schweiz (Chippis, Wallis) opererer efter I. Mościckis metode og producerer 40 % HNO 3 . Et andet anlæg i Polen (Bory-Jaworzno) er designet til 7000 kW og skal producere koncentreret HNO 3 og (NH 4) 2 SO 4. For at forbedre udbyttet af nitrogenoxider og for at øge flammen i den voltaiske lysbue er der for nylig blevet brugt ikke luft, men en mere iltrig blanding af nitrogen og oxygen i forholdet 1:1. Fransk fabrik i Laroche-de-Rham arbejder med sådan en blanding med meget gode resultater.
Det er tilrådeligt at kondensere det resulterende nitrogentetroxid N 2 O 4 til en væske ved afkøling til -90°. Sådan flydende nitrogentetroxid, opnået fra fortørrede gasser - oxygen og luft, reagerer ikke med metaller og kan derfor transporteres i stålbomber og bruges til fremstilling af HNO 3 i stærke koncentrationer. Toluen blev brugt som kølemiddel i dette tilfælde på et tidspunkt, men på grund af den uundgåelige lækage af nitrogenoxider og deres virkning på toluen, skete der frygtelige eksplosioner på fabrikkerne i Tschernewitz (i Tyskland) og Bodio (i Schweiz), hvilket ødelagde begge virksomheder. Ekstraktion af N 2 O 4 fra gasblanding m.b. også opnået gennem absorption af N 2 O 4 af silicagel, som frigiver den absorberede N 2 O 4 tilbage ved opvarmning.
II. Kontaktoxidation af ammoniak. Alle de beskrevne metoder til fremstilling af syntetisk salpetersyre direkte fra luften, som allerede angivet, er kun rentable, hvis billig vandkraft er tilgængelig. Problemet med bundet nitrogen (se Nitrogen) kunne ikke anses for endeligt løst, hvis man ikke havde fundet en metode til at fremstille relativt billig syntetisk salpetersyre. Planternes absorption af bundet nitrogen fra gødning er især lettet, hvis disse gødninger er salte af salpetersyre. Ammoniumforbindelser, der indføres i jorden, skal først undergå nitrifikation i selve jorden (se kvælstofgødning). Derudover er salpetersyre sammen med svovlsyre grundlaget for adskillige grene af den kemiske industri og militære anliggender. Fremstilling af sprængstoffer og røgfrit krudt (TNT, nitroglycerin, dynamit, picrinsyre og mange andre), anilinfarvestoffer, celluloid og rayon, mange lægemidler osv. er umulig uden salpetersyre. Derfor udviklede produktionen af syntetisk salpetersyre sig i høj grad ved hjælp af kontaktmetoden i Tyskland, som var afskåret fra kilden til chilensk nitrat under verdenskrigen ved en blokade og samtidig ikke havde billig vandkraft. , startende fra kulkul eller syntetisk ammoniak ved at oxidere det med atmosfærisk oxygen under deltagelse af katalysatorer. Under krigen (1918) producerede Tyskland op til 1000 tons salpetersyre og ammoniumnitrat om dagen.
Tilbage i 1788 etablerede Milner i Cambridge muligheden for oxidation af NH 3 til nitrogenoxider under påvirkning af manganperoxid ved opvarmning. I 1839 etablerede Kuhlman kontaktvirkningen af platin under oxidation af ammoniak med luft. Teknisk set blev metoden til at oxidere ammoniak til salpetersyre udviklet af Ostwald og Brouwer og patenteret af dem i 1902 (Interessant nok blev Ostwalds ansøgning i Tyskland afvist på grund af anerkendelsen af prioritet for fransk kemiker Kulman.) Under påvirkning af fint knust platin og gasblandingens langsomme strømning forløber oxidationen i overensstemmelse med reaktionen 4NH 3 + ZO 2 = 2N 2 + 6H 2 O. Derfor bør processen være strengt reguleret både i betydningen af den betydelige bevægelseshastighed af gasstrålen, der blæses gennem kontakt "konverteren", og i betydningen af sammensætningen af gasblandingen. Blandingen af gasser, der kommer ind i "konverterne", skal. tidligere grundigt renset for støv og urenheder, der kunne "forgifte" platinkatalysatoren.
Det kan antages, at tilstedeværelsen af platin forårsager nedbrydning af NH3-molekylet og dannelsen af en ustabil mellemforbindelse af platin med hydrogen. I dette tilfælde er nitrogen i statu nascendi udsat for oxidation af atmosfærisk oxygen. Oxidationen af NH 3 til HNO 3 forløber gennem følgende reaktioner:
4NH3 + 502 = 4NO + 6H20;
afkølet farveløs gas NO, der blandes med en ny portion luft, oxiderer spontant yderligere for at danne NO 2 eller N 2 O 4:
2NO + O2 = 2N02 eller N204;
opløsningen af de resulterende gasser i vand i nærværelse af overskydende luft eller oxygen er forbundet med yderligere oxidation i henhold til reaktionen:
2N02 + O + H2O = 2HNO3,
hvorefter der opnås HNO 3 med en styrke på ca. 40 til 50 %. Ved at destillere den resulterende HNO 3 med stærk svovlsyre kan der endelig opnås koncentreret syntetisk salpetersyre. Ifølge Ostwald skal katalysatoren bestå af metallisk platin belagt med delvist eller helt svampet platin eller platinsort.
Reaktionen bør finde sted, når den røde varme knap er begyndt og ved en betydelig strømningshastighed af gasblandingen, bestående af 10 eller flere dele luft pr. 1 time NH 3. Den langsomme strøm af gasblandingen fremmer fuldstændig sammenbrud NH 3 til grundstoffer. Med et platinkontaktgitter på 2 cm skal gasstrømningshastigheden være 1-5 m/sek, dvs. kontakttiden for gas med platin bør ikke overstige 1/100 sek. Optimale temperaturer er omkring 300°. Gasblandingen forvarmes. Jo højere strømningshastigheden af gasblandingen er, jo større NO-output. Ved at arbejde med et meget tykt platinnet (katalysator) med en blanding af ammoniak og luft indeholdende ca. 6,3 % NH 3 opnåede Neumann og Rose følgende resultater ved en temperatur på 450 ° (med en kontaktflade af platin på 3,35 cm 2):
Mere eller mindre NH 3 indhold har også stor betydning for vejvisning kemisk proces, som kan gå enten efter ligningen: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (med et indhold på 14,38 % NH 3), eller efter ligningen: 4NH 3 + 7O 2 = 4NO 2 + 6H 2 O (med et indhold af blanding på 10,74% NH3). Med mindre succes end platin, måske. Andre katalysatorer blev også brugt (jernoxid, vismut, cerium, thorium, chrom, vanadium, kobber). Af disse er det kun brugen af jernoxid ved en temperatur på 700-800°, med et udbytte på 80 til 85 % NH 3, der fortjener opmærksomhed.
Temperatur spiller en væsentlig rolle i den oxidative proces af overgangen af NH 3 til HNO 3. Selve ammoniakoxidationsreaktionen er eksoterm: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O + 215,6 Cal. Først i starten er det nødvendigt at opvarme kontaktapparatet, derefter sker reaktionen på grund af dets egen varme. Det tekniske design af "konvertere" til oxidation af ammoniak i forskellige systemer fremgår tydeligt af de angivne figurer (fig. 7-8).
Skemaet for produktion af HNO 3 i henhold til den aktuelt accepterede Franck-Caro-metode er vist i fig. 9.
I fig. 10 viser et diagram over oxidationen af NH 3 på fabrikken hos Meister Lucius og Brünning i Hechst.
I moderne installationer udføres oxidationen af NH 3 til NO med et udbytte på op til 90 %, og den efterfølgende oxidation og absorption af de resulterende nitrogenoxider med vand - med et udbytte på op til 95 %. Hele processen giver således et udbytte af bundet nitrogen på 85-90%. At opnå HNO 3 fra nitrat koster i øjeblikket (i form af 100 % HNO 3) 103 USD pr. 1 ton ved brug af lysbueprocessen, 97,30 USD pr. 1 ton, mens 1 ton HNO 3 opnået ved oxidation af NH-3 kun koster 85,80 USD. Det siger sig selv, at disse tal kunne være er kun omtrentlige og afhænger i høj grad af virksomhedens størrelse, omkostningerne til elektrisk energi og råmaterialer, men alligevel viser de, at kontaktmetoden til fremstilling af HNO 3 er bestemt til at indtage en dominerende stilling i den nærmeste fremtid sammenlignet med andre metoder.
se også
Salpetersyre
Salpetersyre(HNO 3) er en stærk monobasisk syre. Fast salpetersyre danner to krystallinske modifikationer: monokliniske og ortorhombiske gitter.
Salpetersyre blandes med vand i ethvert forhold. I vandige opløsninger dissocieres det næsten fuldstændigt til ioner. Formes med vand azeotrop blanding med en koncentration på 68,4% og kogepunkt 120 °C ved atmosfærisk tryk. Der kendes to faste hydrater: monohydrat (HNO3·H2O) og trihydrat (HNO3·3H2O).
Kemiske egenskaber
Højkoncentreret HNO 3 er normalt brun i farven på grund af den nedbrydningsproces, der finder sted i lyset:
Ved opvarmning nedbrydes salpetersyre ifølge samme reaktion. Salpetersyre kan kun destilleres (uden nedbrydning) under reduceret tryk (det angivne kogepunkt ved atmosfærisk tryk findes ved ekstrapolering).
Guld, nogle platingruppemetaller og tantal er inerte over for salpetersyre over hele koncentrationsområdet, andre metaller reagerer med det, idet reaktionsforløbet bestemmes af dets koncentration.
HNO 3 som en stærk monobasisk syre interagerer:
a) med basiske og amfotere oxider:
b) med begrundelse:
c) forskyder svage syrer fra deres salte:
Ved kogning eller udsættelse for lys nedbrydes salpetersyre delvist:
Salpetersyre i enhver koncentration udviser egenskaberne af en oxiderende syre, hvor nitrogen reduceres til en oxidationstilstand fra +4 til -3. Reduktionsdybden afhænger primært af reduktionsmidlets beskaffenhed og koncentrationen af salpetersyre. Som en oxiderende syre interagerer HNO 3:
a) med metaller stående i spændingsrækken til højre for brint:
Koncentreret HNO3
Fortynd HNO 3
b) med metaller stående i spændingsrækken til venstre for brint:
Alle ovenstående ligninger afspejler kun det dominerende forløb af reaktionen. Det betyder, at der under givne forhold er flere produkter af denne reaktion end produkter af andre reaktioner, for eksempel når zink reagerer med salpetersyre ( massefraktion salpetersyre i en opløsning på 0,3), vil produkterne indeholde mest NO, men vil også indeholde (kun i mindre mængder) NO 2, N 2 O, N 2 og NH 4 NO 3.
Det eneste generelle mønster i vekselvirkningen mellem salpetersyre og metaller: jo mere fortyndet syren og jo mere metal er mere aktivt, jo dybere nitrogen reduceres:
Stigende syrekoncentration øger metalaktivitet
Produkter af interaktion af jern med HNO 3 i forskellige koncentrationer
Salpetersyre, selv koncentreret, interagerer ikke med guld og platin. Jern, aluminium, krom passiveres med kold koncentreret salpetersyre. Jern reagerer med fortyndet salpetersyre, og afhængigt af koncentrationen af syren, ikke kun forskellige produkter nitrogenreduktion, men også forskellige produkter af jernoxidation:
Salpetersyre oxiderer ikke-metaller, og nitrogen reduceres normalt til NO eller NO 2:
Og komplekse stoffer, For eksempel:
Nogle organiske forbindelser (f.eks. aminer og hydrazin, terpentin) antændes spontant, når de kommer i kontakt med koncentreret salpetersyre.
Salpetersyre
Nogle metaller (jern, krom, aluminium, kobolt, nikkel, mangan, beryllium), som reagerer med fortyndet salpetersyre, passiveres af koncentreret salpetersyre og er modstandsdygtige over for dets virkninger.
En blanding af salpetersyre og svovlsyre kaldes "melange". Takket være tilstedeværelsen af amyl opnås en koncentration på 104 % [ kilde ikke angivet 150 dage] (det vil sige, når man tilsætter 4 dele destillat til 100 dele melange, forbliver koncentrationen på 100 % på grund af absorptionen af vand af amyl [ kilde ikke angivet 150 dage]).
Salpetersyre er meget brugt til at opnå nitroforbindelser.
Blanding af tre bind af saltsyre og et volumen nitrogen kaldes "kongelig vodka". Aqua regia opløser de fleste metaller, inklusive guld og platin. Dets stærke oxiderende evner skyldes det dannede atomære klor og nitrosylchlorid:
Nitrater
HNO 3 er en stærk syre. Dets salte - nitrater - opnås ved indvirkning af HNO 3 på metaller, oxider, hydroxider eller carbonater. Alle nitrater er meget opløselige i vand.
Salte af salpetersyre - nitrater - nedbrydes irreversibelt ved opvarmning, nedbrydningsprodukterne bestemmes af kationen:
a) nitrater af metaller placeret i spændingsrækken til venstre for magnesium:
2NaN03 = 2NaN02 + O2
b) nitrater af metaller beliggende i spændingsområdet mellem magnesium og kobber:
4Al(NO 3) 3 = 2Al 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2
c) nitrater af metaller placeret i spændingsrækken til højre for kviksølv:
2AgNO3 = 2Ag + 2N02 + O2
d) ammoniumnitrat:
NH4NO3 = N2O + 2H2O
Nitrater i vandige opløsninger vises praktisk talt ikke oxidative egenskaber, men ved høje temperaturer i fast tilstand er nitrater stærke oxidationsmidler, for eksempel:
Fe + 3KNO 3 + 2KOH = K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + H 2 O - under fusion faste stoffer.
Zink og aluminium i alkalisk opløsning reducere nitrater til NH 3:
Salte af salpetersyre - nitrater - er meget brugt som gødning. Desuden er næsten alle nitrater meget opløselige i vand, så der er ekstremt få af dem i naturen i form af mineraler; undtagelserne er chilensk (natrium) nitrat og indisk nitrat (kaliumnitrat). De fleste nitrater opnås kunstigt.
Glas og fluorplast-4 reagerer ikke med salpetersyre.
Historiske oplysninger
Fremgangsmåde til opnåelse af fortyndet salpetersyre ved tør destillation af salpeter med alun og kobbersulfat blev tilsyneladende første gang beskrevet i afhandlingerne fra Jabir (Geber i latiniserede oversættelser) i det 8. århundrede. Denne metode, med forskellige modifikationer, hvoraf den vigtigste var udskiftningen af kobbersulfat med jernsulfat, blev brugt i europæisk og arabisk alkymi indtil det 17. århundrede.
I det 17. århundrede foreslog Glauber en metode til fremstilling af flygtige syrer ved at reagere deres salte med koncentreret svovlsyre, herunder salpetersyre fra kaliumnitrat, hvilket gjorde det muligt at indføre koncentreret salpetersyre i kemisk praksis og studere dens egenskaber. Glauber-metoden blev brugt indtil begyndelsen af det 20. århundrede, og dens eneste væsentlige modifikation var udskiftningen af kaliumnitrat med billigere natrium (chilensk) nitrat.
På M.V. Lomonosovs tid blev salpetersyre kaldt stærk vodka.
Industriel produktion, brug og effekt på kroppen
Salpetersyre er et af de største volumenprodukter i den kemiske industri.
Salpetersyre produktion
Den moderne fremstillingsmetode er baseret på katalytisk oxidation af syntetisk ammoniak på platin-rhodium-katalysatorer (Ostwald-processen) til en blanding af nitrogenoxider (nitrøse gasser) med deres yderligere absorption af vand
4NH3 + 5O2 (Pt) → 4NO + 6H2O 2NO + O2 → 2NO2 4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3.
Koncentrationen af salpetersyre opnået ved denne metode varierer afhængigt af det teknologiske design af processen fra 45 til 58%. Alkymister var de første til at opnå salpetersyre ved at opvarme en blanding af salpeter og jernsulfat:
4KNO 3 + 2(FeSO 4 7H 2 O) (t°) → Fe 2 O 3 + 2K 2 SO 4 + 2HNO 3 + NO 2 + 13H 2 O
Ren salpetersyre blev først opnået af Johann Rudolf Glauber ved at behandle nitrat med koncentreret svovlsyre:
KNO 3 + H 2 SO 4 (konc.) (t°) → KHSO 4 + HNO 3
Ved yderligere destillation den såkaldte "rygende salpetersyre", der stort set ikke indeholder vand.
· Industriel produktion, anvendelse og effekt på kroppen · Relaterede artikler · Noter · Litteratur · Officiel hjemmeside ·
Højkoncentreret HNO 3 er normalt brun i farven på grund af den nedbrydningsproces, der finder sted i lyset:
Ved opvarmning nedbrydes salpetersyre ifølge samme reaktion. Salpetersyre kan kun destilleres (uden nedbrydning) under reduceret tryk (det angivne kogepunkt ved atmosfærisk tryk findes ved ekstrapolering).
Guld, nogle platingruppemetaller og tantal er inerte over for salpetersyre over hele koncentrationsområdet, andre metaller reagerer med det, reaktionsforløbet bestemmes også af dets koncentration.
HNO 3 som en stærk monobasisk syre interagerer:
a) med basiske og amfotere oxider:
c) fortrænger svage syrer fra deres salte:
Ved kogning eller udsættelse for lys nedbrydes salpetersyre delvist:
Salpetersyre i enhver koncentration udviser egenskaberne af en oxiderende syre, desuden reduceres nitrogen til en oxidationstilstand fra +4 til 3. Reduktionsdybden afhænger primært af reduktionsmidlets beskaffenhed og koncentrationen af salpetersyre. Som en oxiderende syre interagerer HNO 3:
a) med metaller stående i spændingsrækken til højre for brint:
Koncentreret HNO3
Fortynd HNO 3
b) med metaller stående i spændingsrækken til venstre for brint:
Alle ovenstående ligninger afspejler kun det dominerende forløb af reaktionen. Det betyder, at der under givne forhold er flere produkter af denne reaktion end produkter af andre reaktioner, for eksempel når zink reagerer med salpetersyre (massefraktion af salpetersyre i opløsning 0,3), vil produkterne indeholde mest NO, men vil også indeholder (kun i mindre mængder) og NO 2, N 2 O, N 2 og NH 4 NO 3.
Det eneste generelle mønster i vekselvirkningen mellem salpetersyre og metaller er: jo mere fortyndet syren og jo mere aktivt metallet er, jo dybere reduceres nitrogenet:
Stigende syrekoncentration øger metalaktivitet
Salpetersyre, selv koncentreret, interagerer ikke med guld og platin. Jern, aluminium, krom passiveres med kold koncentreret salpetersyre. Jern reagerer med fortyndet salpetersyre, og baseret på koncentrationen af syren dannes der ikke kun forskellige nitrogenreduktionsprodukter, men også forskellige jernoxidationsprodukter:
Salpetersyre oxiderer ikke-metaller, og nitrogen reduceres normalt til NO eller NO 2:
og komplekse stoffer, for eksempel:
Nogle organiske forbindelser (f.eks. aminer, terpentin) antændes spontant, når de kommer i kontakt med koncentreret salpetersyre.
Nogle metaller (jern, krom, aluminium, kobolt, nikkel, mangan, beryllium), som reagerer med fortyndet salpetersyre, passiveres af koncentreret salpetersyre og er modstandsdygtige over for dets virkninger.
En blanding af salpetersyre og svovlsyre kaldes "melange".
Salpetersyre er meget brugt til at opnå nitroforbindelser.
En blanding af tre volumener saltsyre og et volumen salpetersyre kaldes "aqua regia". Aqua regia opløser de fleste metaller, inklusive guld og platin. Dens stærke oxiderende evner skyldes det resulterende atomare klor og nitrosylchlorid:
Nitrater
Salpetersyre er stærk syre. Dets salte - nitrater - opnås ved indvirkning af HNO 3 på metaller, oxider, hydroxider eller carbonater. Alle nitrater er meget opløselige i vand. Nitrat-ion hydrolyseres ikke i vand.
Salte af salpetersyre nedbrydes irreversibelt ved opvarmning, og sammensætningen af nedbrydningsprodukterne bestemmes af kationen:
a) nitrater af metaller placeret i spændingsrækken til venstre for magnesium:
b) nitrater af metaller beliggende i spændingsområdet mellem magnesium og kobber:
c) nitrater af metaller placeret i spændingsrækken til højre for kviksølv:
d) ammoniumnitrat:
Nitrater i vandige opløsninger udviser praktisk talt ingen oxiderende egenskaber, men ved høje temperaturer i fast tilstand er de stærke oxidationsmidler, for eksempel ved sammensmeltning af faste stoffer:
Zink og aluminium i en alkalisk opløsning reducerer nitrater til NH 3:
Salte af salpetersyre - nitrater - er meget brugt som gødning. Derudover er næsten alle nitrater meget opløselige i vand, så der er ekstremt få af dem i naturen i form af mineraler; undtagelserne er chilensk (natrium) nitrat og indisk nitrat (kaliumnitrat). Mest af nitrater opnås kunstigt.
Glas og fluorplast-4 reagerer ikke med salpetersyre.
Salpetersyre- farveløs væske med en skarp lugt, massefylde 1,52 g/cm3, kogepunkt 84°C, ved en temperatur på -41°C hærder til farveløs krystallinsk stof. Typisk anvendt i praksis, indeholder koncentreret salpetersyre 65 - 70% HNO3 (maksimal massefylde 1,4 g/cm3); Syre blandes med vand i ethvert forhold. Der er også rygende salpetersyre med en koncentration på 97 - 99%.
Salpetersyre høje koncentrationer frigiver gasser i luften, som i en lukket flaske detekteres i form af brune dampe (nitrogenoxider). Disse gasser er meget giftige, så du skal passe på ikke at indånde dem. Salpetersyre oxiderer mange organisk stof. Papir og stoffer ødelægges på grund af oxidation af de stoffer, der danner disse materialer. Koncentreret salpetersyre forårsager alvorlige forbrændinger ved længerevarende kontakt og gulfarvning af huden i flere dage ved kort kontakt. Gulfarvning af huden indikerer ødelæggelse af protein og frigivelse af svovl (en kvalitativ reaktion på koncentreret salpetersyre - gul farve på grund af frigivelse af elementært svovl, når syren virker på protein - xanthoprotein reaktion). Det vil sige, at det er en hudforbrænding.
For at undgå forbrændinger bør du arbejde med koncentreret salpetersyre, mens du har gummihandsker på. Samtidig er håndtering af salpetersyre mindre farlig end for eksempel svovlsyre, den fordamper hurtigt og forbliver ikke uventede steder. Stænk af salpetersyre skal vaskes af med rigeligt vand, eller endnu bedre, fugtes med en sodavandsopløsning.
Rygende salpetersyre, når den opbevares under påvirkning af varme og lys, nedbrydes delvist:
4HNO3 = 2H2O + 4N02 + O2.
Jo højere temperatur og jo mere koncentreret syren er, jo hurtigere sker nedbrydningen. Opbevar den derfor et køligt og mørkt sted. Den frigivne nitrogendioxid opløses i syren og giver den en brun farve.
Fortyndet syre kan let fremstilles ved at hælde koncentreret syre i vand.
Fortyndet salpetersyre opbevares og transporteres i kromstålbeholdere, koncentreret - i aluminiumsbeholdere, pga. koncentreret syre passiverer aluminium, jern og krom på grund af dannelsen af uopløselige oxidfilm:
2Al + 6HNO3 = Al2O3 + 6N02 + 3H2O.
Små mængder opbevares i glasflasker. Salpetersyre korroderer kraftigt gummi. Derfor skal flasker have formalet prop eller polyethylenprop.
Salpetersyre bruges hovedsageligt i form af vandige opløsninger og er en af de komponenter aqua regia, fundet i assaysyrer. I industrien bruges det til fremstilling af kombineret kvælstofgødning, til opløsning af malme og koncentrater, til fremstilling af svovlsyre, forskellige organiske nitroprodukter, i raketteknologi som brændstofoxidationsmiddel mv.
Industriel produktion af salpetersyre
Moderne industrielle metoder til fremstilling af salpetersyre er baseret på katalytisk oxidation af ammoniak med atmosfærisk oxygen. Ved beskrivelse af ammoniakens egenskaber blev det angivet, at det brænder i ilt, og reaktionsprodukterne er vand og frit nitrogen. Men i nærvær af katalysatorer kan oxidationen af ammoniak med oxygen forløbe anderledes.
Hvis en blanding af ammoniak og luft ledes over en katalysator, sker der ved 750 °C og en vis sammensætning af blandingen næsten fuldstændig omdannelse
Den resulterende NO omdannes let til NO2, som sammen med vand i nærvær af atmosfærisk oxygen danner salpetersyre.
Platinbaserede legeringer bruges som katalysatorer til oxidation af ammoniak.
Salpetersyren opnået ved oxidation af ammoniak har en koncentration, der ikke overstiger 60%. Om nødvendigt koncentreres det,
Industrien producerer fortyndet salpetersyre med en koncentration på 55, 47 og 45%, og koncentreret salpetersyre - 98 og 97%,
Anvendelse af salpetersyre
Salpetersyre bruges til fremstilling af nitrogen og kombinerede gødninger (natrium-, ammonium-, calcium- og kaliumnitrat, nitrophos, nitrophoska), forskellige svovlsyresalte, sprængstoffer (trinitrotoluen osv.), organiske farvestoffer.
I organisk syntese En blanding af koncentreret salpetersyre og svovlsyre - en "nitrerende blanding" - er meget udbredt.
I metallurgien bruges salpetersyre til at opløse og sylte metaller samt til at adskille guld og sølv. Salpetersyre bruges også i den kemiske industri, i fremstillingen af sprængstoffer og i produktionen af mellemprodukter til fremstilling af syntetiske farvestoffer og andre kemikalier.
Teknisk salpetersyre anvendes til fornikling, galvanisering og forkromning af dele, samt i trykkeribranchen. Salpetersyre er meget udbredt i mejeri- og elindustrien.
Densitet af opløsninger af forskellige koncentrationer af salpetersyre
|
Massefylde, g/cm 3 |
Koncentration |
Massefylde, |
Koncentration |
||
|
g/l. |
g/l. |
||||
|
1, 000 |
0, 3296 |
3, 295 |
1, 285 |
46, 06 |
591, 9 |
|
1, 005 |
1, 255 |
12, 61 |
1, 290 |
46, 85 |
604, 3 |
|
1, 010 |
2, 164 |
21, 85 |
1, 295 |
47, 63 |
616, 8 |
|
1, 015 |
3, 073 |
31, 19 |
1, 300 |
48, 42 |
629, 5 |
|
1, 020 |
3, 982 |
40, 61 |
1, 305 |
49, 21 |
642, 1 |
|
1, 025 |
4, 883 |
50, 05 |
1, 310 |
50, 00 |
644, 7 |
|
1, 030 |
5, 784 |
59, 57 |
1, 315 |
50, 85 |
668, 5 |
|
1, 035 |
6, 661 |
68, 93 |
1, 320 |
51, 71 |
682, 4 |
|
1, 040 |
7, 530 |
78, 32 |
1, 325 |
52, 56 |
696, 3 |
|
1, 045 |
8, 398 |
87, 77 |
1, 330 |
53, 41 |
710, 1 |
|
1, 050 |
9, 259 |
97, 22 |
1, 335 |
54, 27 |
724, 0 |
|
1, 055 |
10, 12 |
106, 7 |
1, 340 |
55, 13 |
738, 5 |
|
1, 060 |
10, 97 |
116, 3 |
1, 345 |
56, 04 |
753, 6 |
|
1, 065 |
11, 81 |
125, 8 |
1, 350 |
56, 95 |
768, 7 |
|
1, 070 |
12, 65 |
135, 3 |
1, 355 |
57, 87 |
783, 8 |
|
1, 075 |
13, 48 |
145, 0 |
1, 360 |
58, 78 |
799, 0 |
|
1, 080 |
14, 31 |
154, 6 |
1, 365 |
59, 69 |
814, 7 |
|
1, 085 |
15, 13 |
164, 1 |
1, 370 |
60, 67 |
831, 1 |
|
1, 090 |
15, 95 |
173, 8 |
1, 375 |
61, 69 |
848, 1 |
|
1, 095 |
16, 76 |
183, 5 |
1, 380 |
62, 70 |
865, 1 |
|
1, 100 |
17, 58 |
193, 3 |
1, 385 |
63, 72 |
882, 8 |
|
1, 105 |
18, 39 |
203, 1 |
1, 390 |
64, 74 |
900, 4 |
|
1, 110 |
19, 19 |
213, 0 |
1, 395 |
65, 84 |
918, 1 |
|
1, 115 |
20, 00 |
223, 0 |
1, 400 |
66, 97 |
937, 6 |
|
1, 120 |
20, 79 |
232, 9 |
1, 405 |
68, 10 |
956, 6 |
|
1, 125 |
21, 59 |
242, 8 |
1, 410 |
69, 23 |
976, 0 |
|
1, 130 |
22, 38 |
252, 8 |
1, 415 |
70, 34 |
996, 2 |
|
1, 135 |
23, 16 |
262, 8 |
1, 420 |
71, 63 |
1017 |
|
1, 140 |
23, 94 |
272, 8 |
1, 425 |
72, 86 |
1038 |
|
1, 145 |
24, 71 |
282, 9 |
1, 430 |
74, 09 |
1059 |
|
1, 150 |
25, 48 |
292, 9 |
1, 435 |
74, 35 |
1081 |
|
1, 155 |
26, 24 |
303, 1 |
1, 440 |
76, 71 |
1105 |
|
1, 160 |
27, 00 |
313, 2 |
1, 445 |
78, 07 |
1128 |
|
1, 165 |
27, 26 |
323, 4 |
1, 450 |
79, 43 |
1152 |
|
1, 170 |
28, 51 |
333, 5 |
1, 455 |
80, 88 |
1177 |
|
1, 175 |
29, 25 |
343, 7 |
1, 460 |
82, 39 |
1203 |
|
1, 180 |
30, 00 |
354, 0 |
1, 465 |
83, 91 |
1229 |
|
1, 185 |
30, 74 |
364, 2 |
1, 470 |
8550 |
1257 |
|
1, 190 |
31, 47 |
374, 5 |
1, 475 |
87, 29 |
1287 |
|
1, 195 |
32, 21 |
385, 0 |
1, 480 |
89, 07 |
1318 |
|
1, 200 |
32, 94 |
395, 3 |
1, 485 |
91, 13 |
1353 |
|
1, 205 |
33, 68 |
405, 8 |
1, 490 |
93, 19 |
1393 |
|
1, 210 |
34, 41 |
416, 3 |
1, 495 |
95, 46 |
1427 |
|
1, 215 |
35, 16 |
427, 1 |
1, 500 |
96, 73 |
1450 |
|
1, 220 |
35, 93 |
438, 3 |
1, 501 |
96, 98 |
1456 |
|
1, 225 |
36, 70 |
449, 6 |
1, 502 |
97, 23 |
1461 |
|
1, 230 |
37, 48 |
460, 9 |
1, 503 |
97, 49 |
1465 |
|
1, 235 |
38, 25 |
472, 4 |
1, 504 |
97, 74 |
1470 |
|
1, 240 |
39, 02 |
483, 8 |
1, 505 |
97, 99 |
1474 |
|
1, 245 |
39, 80 |
495, 5 |
1, 506 |
98, 25 |
1479 |
|
1, 250 |
40, 58 |
505, 2 |
1, 507 |
98, 50 |
1485 |
|
1, 255 |
41, 36 |
519, 0 |
1, 508 |
98, 76 |
1490 |
|
1, 260 |
42, 14 |
530, 9 |
1, 509 |
99, 01 |
1494 |
|
1, 265 |
42, 92 |
542, 9 |
1, 510 |
99, 26 |
1499 |
|
1, 270 |
43, 70 |
555, 0 |
1, 511 |
99, 52 |
1503 |
|
1, 275 |
44, 48 |
567, 2 |
1, 512 |
99, 74 |
1508 |
|
1, 280 |
45, 27 |
579, 4 |
1, 513 |
100, 00 |
1513 |
Og vand.
I tusmørke blandes syre og vand let i alle proportioner. Stoffet har også en krystallinsk tilstand.
Det kan være monoklinisk eller rombisk. Dette angiver formen af krystalgittercellerne.
Den monokliniske er opbygget af skrå parallelepipeder, og den rhombiske henholdsvis af romber.
Afviger opløsningernes egenskaber fra deres, hvordan opnås stoffet, og hvor bruges det? Spørgsmålene er blevet stillet, der er kun tilbage at give svarene nedenfor.
Egenskaber af salpetersyre
I normale forhold krystallinsk syre kan kun ses i varme lande.
Det bliver en farveløs væske først ved 42 grader Celsius. Indtil dette punkt forbliver stoffet flydende og flyder.
Samtidig udsender reagenset en skarp, kvælende lugt. Faktisk forbundet med ham historien om opdagelsen af salpetersyre. Det blev opdaget af Daniel Rutherford.
Skotten studerede forbrændingsprodukter. Under arbejdet blev der frigivet gas, som kemikeren kaldte kvælende luft.
Forskeren bemærkede, at stoffet ikke understøtter forbrænding og er uegnet til vejrtrækning.
Senere viste det sig salpetersyre formel: - HNO 3 . Det viser sig, at stoffet er monobasisk.
Såkaldte, som kun indeholder et brintatom. Stoffet blandes med vand i alle proportioner.
Derfor er der koncentreret salpetersyre og ukoncentreret.
Den første ryger aktivt, det vil sige, at den er flygtig. De kemiske egenskaber af koncentratet adskiller sig fra den fortyndede version.
Hvis syren i opløsningen er omkring 60 %, vil den reagere med alle metaller undtagen , , , , , og .
Derfor konklusionen i hvilken beholder stoffet skal opbevares. og flasker er selvfølgelig ikke rentable.
Men beholdere lavet af jern og aluminium er både billige og pålidelige, da de blokerer syren fra lys. Det vigtigste er ikke at vælge en beholder fra kobber Salpetersyre vil opløse det.
Reagerer med metaller, koncentreret salpetersyreopløsning frigiver brun gas. Dens formel: - NO 2.
Samtidig dannes der syrer. Afhængigt af det opløste metal varierer reaktionerne.
Når man interagerer med et antal op, dannes der dioxider, og der frigives ilt.
Reaktion med metalsalte placeret efter magnesium før producerer brun gas, nitrogenoxid og oxygen.
Hvis et salt af et metal efter kobber tilsættes til syren, vil metallet adskilles. Sammen med det frigives brun gas og ilt.
Fortynd salpetersyre reagerer med de fleste af de samme metaller, men oxideres til ammoniak.
Dette resultat er forårsaget af interaktion, for eksempel med elementer fra jordalkaligruppen. Jern reagerer også.
Så det er bedre ikke at opbevare fortyndet syre i beholdere, der indeholder ferrum.
Resultatet interaktion med salpetersyre Ikke kun ammoniak, men også ammoniumnitrat kan blive en fortyndet type.
Den sjældneste mulighed er dinitrogenoxid. Det vil for eksempel blive givet ved en reaktion med magnesium. Med andre metaller danner salpetersyre nitrogenoxid.
Det kan især opnås ved at interagere med . Argentumoxid vil udfælde og danne vand og nitrogenoxid.
Reaktioner af syrer med ikke-metaller følger samme skema, kun svovlsyre dannes i stedet.
Blandt reaktionerne med andre syrer er blanding med saltsyre bemærkelsesværdig. Den sidste tager 3 dele, og den første - en. Det viser sig .
Det blev navngivet sådan, fordi stoffet opløser selv linealernes metal, verdens magtfulde det her.
Ingen af de rene syrer er i stand til dette. Ædelmetaller De er sjældent bukket under for, og aldrig overhovedet.
Salpetersyre produktion
I små mængder kan stoffet udvindes selv fra luften, og i bogstavelig forstand. Det er ingen hemmelighed, at nitrogen er en af komponenterne i atmosfæren.
Den 15. gas i den tegner sig for 78%. Nitrogen reagerer med ilt og danner et oxid. Yderligere oxidation producerer nitrogendioxid. Dette er den samme brune gas.
Det er denne, der reagerer med vand, hvis suspension, som det er kendt, er til stede i luften. Når den brune gas kommer i kontakt med skyer og tåge, bliver den til salpetersyre.
Massefraktion af salpetersyre i atmosfæren er så lille, at stoffet ikke skader mennesker eller andre levende organismer.
Syre fra luften er heller ikke egnet til industriel produktion. Fabrikker bruger forskellige ordninger.
Først: - salpetersyreproduktion fra ammoniak. Først udføres dens omdannelse, det vil sige, at sammensætningen af den oprindelige gasblanding knuses.
Reaktionen foregår på platin-rhodium-gitre ved en temperatur på omkring 1000 grader Celsius. Sådan opnås nitrogenoxid. Det oxideres til dioxid.
Dette er anden fase af processen. Bagefter optages nitrogenoxider af vand. Resultatet er salpetersyre og rent vand.
Den beskrevne metode resulterer i dannelsen af fortyndet syre. Efterfølgende koncentration er mulig.
Derfor er metoden den mest populære, fordi forbrugerne har brug for både mættede og umættede syrer.
Når industrifolk arbejder med ammoniak, "slår de to fluer med ét smæk."
Den anden metode til fremstilling af reagenset fører direkte til produktionen af et koncentrat. Vi taler om direkte syntese fra nitrogenoxider. Tag flydende.
De interagerer med vand og ilt. Sådan reaktioner med salpetersyre passere under et tryk på 5 megapascal.
Dette producerer nitrogendioxid. Under normale forhold går det ind flydende tilstand. Oxidation af ammoniak giver dobbelt nitrogenoxid.
Det er omkring 11 % i gasblandingen. Dioxiden gøres flydende under tryk. Under standardbetingelser er overgangen ikke mulig.
Anvendelse af salpetersyre
Som en bestanddel af aqua regia er salpetersyre en del af syrerne. Med deres hjælp studeres kvaliteten.
Uden passende forskning vil de ikke gå til markedet, men til hylderne.
Før et ædelmetal kan testes og sælges, skal det udvindes. Salpetersyre og aqua regia hjælper også med dette.
De behandler malme og bringer de nødvendige elementer i opløsning. Tilbage er blot at udfælde metallerne og tørre dem, rense dem for urenheder. Sådan udvindes ikke kun ædle, men også uværdige elementer.
De laver som bekendt metaller, og af dem f.eks udstyr. Hvis vi betragter luft og rum, indeholder de ren syre.
Det blandes med brændstof, opnår oxid. Salpetersyre virker som et oxidationsmiddel. .
Alle disse er salte, forenet med navnet "saltpeter". Nitrogen gør det muligt for planterne at udvikle sig hurtigt og øger produktiviteten.
Faktum er, at det 15. grundstof er en del af klorofyl. Dette er et grønt plantepigment, der er ansvarlig for energiabsorption.
Jo mere energi udnyttet, jo bedre udvikling urter, buske, træer.
Ordet "saltpeter" er også velkendt blandt pyroteknikere. Salpetersyre er grundlaget for sprængstoffer.
Ammoniumnitrat i de fleste af dem er omkring 60%. Resten er diesel eller andet brændstof. Du kan få både harmløst fyrværkeri og en militærbombe.
Salpetersyre pris
Salpetersyre, som de fleste populære syrer, kan være ren eller teknisk, fyldt med urenheder. Sidstnævnte er billigere.
Rent reagens er dyrere. Til reference er GOST 4461-77 standarden for renset syre.
Det russiskfremstillede reagens koster omkring 30-55 rubler per kilogram. Prisen afhænger af opløsningens koncentration.
For teknisk syre er den øvre prisgrænse normalt 40 pr. Stor emballage er også tilgængelig.
Der er f.eks. 25-liters dunke, hvori Salpetersyre.
Købe reagens med maksimal fordel tillader bulkordrer. Disse går til virksomheder, hvor de kender reglerne for håndtering af reagenset.
Det korroderer ikke kun metaller, men også slimhinder. Dampe af stoffet kan besværliggøre vejrtrækningen og beskadige luftrøret i næsens væv.
Derfor arbejder man kun med syrebærende masker. Hvis reglerne overtrædes, opstår der udover vejrtrækningsbesvær forgiftning.
Forgiftning kommer til udtryk i opkastning, fnat, synsnedsættelse og lugt. Kun svage opløsninger af reagenset er mere eller mindre harmløse.
Det er dem, der f.eks. bruges i skolelaboratorier. Det er værd at lære at håndtere kemikalier fra en tidlig alder.