Salpetersyre og dens egenskaber.

Ren salpetersyre HNO 3 er en farveløs væske. I luften "ryger den", som koncentreret saltsyre, da dens dampe danner små tågedråber med fugten i luften.

Salpetersyre er ikke stærk. Allerede under påvirkning af lys nedbrydes det gradvist:

4HN03 = 4N02 + 02 + 2H20.

Jo højere temperatur og jo mere koncentreret syren er, jo hurtigere sker nedbrydningen. Den frigivne nitrogendioxid opløses i syren og giver den en brun farve.

Salpetersyre er en af ​​de stærkeste syrer: i fortyndede opløsninger opløses den fuldstændigt i H+ og N0_ ioner.

Salpetersyre er et af de mest energiske oxidationsmidler. Mange ikke-metaller oxideres let af det og bliver til de tilsvarende syrer. Således oxideres svovl, når det koges med salpetersyre, gradvist til svovlsyre, phosphor til phosphorsyre.

Salpetersyre virker på næsten alle metaller (se afsnit 11.3.2) og omdanner dem til nitrater og nogle metaller til oxider.

Koncentreret HNO 3 passiverer nogle metaller.

Oxidationstilstanden for nitrogen i salpetersyre er +5. HNO 3 fungerer som et oxidationsmiddel og kan reduceres til forskellige produkter:

4 +3 +2 +1 0 -3

N0 2 N 2 0 3 NO N 2 O N 2 NH 4 N0 3

Hvilket af disse stoffer, der dannes, dvs. hvor dybt salpetersyre reduceres i et givet tilfælde, afhænger af reduktionsmidlets beskaffenhed og af reaktionsbetingelserne, primært af syrens koncentration. Jo højere HNO3-koncentrationen er, jo mindre dybt reduceres den. Ved reaktion med koncentreret syre frigives der oftest NO2. Når fortyndet salpetersyre reagerer med lavaktive metaller, for eksempel kobber, frigives NO. Ved mere aktive metaller - jern, zink - dannes N2O. Stærkt fortyndet salpetersyre reagerer med aktive metaller - zink, magnesium, aluminium - og danner ammoniumion, som giver ammoniumnitrat med syren. Normalt dannes flere produkter samtidigt.

Cu + HN03(konc.) - Cu(N03)2 + N02 + H20;

Cu + HN03 (fortyndet) -^ Cu(N03)2 + N0 + H2O;

Mg + HN03 (fortyndet) -> Mg(N03)2 + N20 + n20;

Zn + HN03 (meget fortyndet) - Zn(N03)2 + NH4N03 + H20.

Når salpetersyre virker på metaller, frigives brint som regel ikke.

Når ikke-metaller oxideres, reduceres koncentreret salpetersyre, som i tilfældet med metaller, til NO 2, f.eks.

S + 6HNO3 = H2S04 + 6N02 + 2H20.

ZR + 5HN0 3 + 2N 2 0 = ZN 3 RO 4 + 5N0

De givne diagrammer illustrerer de mest typiske tilfælde af interaktion af salpetersyre med metaller og ikke-metaller. Generelt er redoxreaktioner, der involverer HNO 3, komplekse.

En blanding bestående af 1 volumen salpetersyre og 3-4 volumener koncentreret saltsyre kaldes aqua regia. Aqua regia opløser nogle metaller, der ikke reagerer med salpetersyre, herunder "metallernes konge" - guld. Dets virkning forklares ved, at salpetersyre oxiderer saltsyre med frigivelse af frit klor og dannelse af nitrogenchloroxid (1N), eller nitrosylchlorid, N0C1:

HNO3 + ZNS1 = C12 + 2H20 + NOC1.

Nitrosylchlorid er et mellemprodukt af reaktionen og nedbrydes:

2N0C1 = 2N0 + C1 2.

Klor i frigivelsesøjeblikket består af atomer, hvilket bestemmer vandvandets høje oxidationsevne. Oxidationsreaktionerne af guld og platin forløber hovedsageligt ifølge følgende ligninger:

Au + HN03 + ZNS1 = AuCl3 + NO + 2H20;

3Pt + 4HN03 + 12HC1 = 3PtCl4 + 4N0 + 8H20.

Salpetersyre virker på mange organiske stoffer på en sådan måde, at et eller flere brintatomer i en organisk forbindelses molekyle erstattes af nitrogrupper - NO 2. Denne proces kaldes nitrering og har stor betydning i organisk kemi.

Salte af salpetersyre kaldes nitrater. Alle opløses godt i vand, og når de opvarmes, nedbrydes de og frigiver ilt. I dette tilfælde bliver nitraterne af de mest aktive metaller til nitritter:

2KN03 = 2KN02 +O2

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 katalysatoren, sker der ved 750 °C og en vis sammensætning af blandingen næsten fuldstændig omdannelse af NH 3 til N0:

4NH3 (r) + 502 (g) = 4NO (r) + 6H20 (g), AN = -907 kJ.

Den resulterende NO2 omdannes let til NO2, som med vand i nærværelse af atmosfærisk oxygen producerer 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 koncentrationer på 55, 47 og 45%, og koncentreret salpetersyre - 98 og 97%. Koncentreret syre transporteres i aluminiumstanke, fortyndet syre transporteres i tanke af syrefast stål.

Billet 5

2. Jernets rolle i kroppens livsprocesser.

Jern i kroppen. Jern er til stede i alle dyrs kroppe og i planter (i gennemsnit ca. 0,02%); det er primært nødvendigt for oxygenmetabolisme og oxidative processer. Der er organismer (såkaldte koncentratorer), der er i stand til at akkumulere det i store mængder (for eksempel jernbakterier - op til 17-20% af jern). Næsten alt jern i dyr og planter er bundet til proteiner. Jernmangel forårsager væksthæmning og klorose i planter forbundet med reduceret klorofyldannelse. Overskydende jern har også en skadelig effekt på planteudviklingen, hvilket for eksempel forårsager sterilitet af risblomster og klorose. I basisk jord dannes jernforbindelser, der er utilgængelige for absorption af planterødder, og planter modtager det ikke i tilstrækkelige mængder; i sur jord bliver jern til opløselige forbindelser i overskydende mængder. Når der er mangel eller overskud af assimilerbare jernforbindelser i jorden, kan plantesygdomme observeres over store områder.

Jern kommer ind i kroppen af ​​dyr og mennesker med mad (de rigeste kilder i det er lever, kød, æg, bælgfrugter, brød, korn, spinat og rødbeder). Normalt får en person 60-110 mg jern i kosten, hvilket væsentligt overstiger deres daglige behov. Absorption af jern modtaget fra mad sker i den øvre del af tyndtarmen, hvorfra det kommer ind i blodet i proteinbundet form og føres med blodet til forskellige organer og væv, hvor det aflejres i form af et jern- proteinkompleks - ferritin. Det vigtigste depot af jern i kroppen er leveren og milten. På grund af ferritin sker syntesen af ​​alle kroppens jernholdige forbindelser: det respiratoriske pigment hæmoglobin syntetiseres i knoglemarven, myoglobin syntetiseres i muskler, cytokromer og andre jernholdige enzymer syntetiseres i forskellige væv. Jern frigives fra kroppen hovedsageligt gennem tyktarmens væg (hos mennesker ca. 6-10 mg pr. dag) og i lille grad af nyrerne.

Detaljer Kategori: Visninger: 7174

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 vægtfylde 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 повышенном давлении - с большим содержанием HNO 3 . Кислота D = 1,503 (85%), очищенная продуванием воздуха от N 2 О 4 , дает при перегонке остаток с 77,1% HNО 3 . Кислота D = 1,55 (99,8%) дает при перегонке сначала сильно окрашенный окислами азота раствор D = 1,62, а в остатке кислоту D = 1,49. Т. о. в остатке при перегонке азотной кислоты всегда оказывается кислота, соответствующая минимуму упругости (максимуму температуры кипения). Безводную кислоту можно получить лишь при смешивании крепкой (99,1%) азотной кислоты с азотным ангидридом.

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 tilsætning giver en ubetydelig forøgelse af den termiske 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 phosphorsyrer, følger det, at der i opløsninger af salpetersyre er dets hydrat HNO 3, men det nedbrydes meget let, hvilket bestemmer den høje reaktivitet af HNO 3. Salpetersyre indeholdende NO 2 i opløsning kaldes rygning(rød).

Kemiske egenskaber. Ren HNO 3 nedbrydes let og bliver gullig 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. Vandfri salpetersyre eller blandet med svovlsyre har en meget stærk effekt på cykliske organiske forbindelser (benzen, naphthalen osv.), hvilket giver nitroforbindelser C 6 H 5 H + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + HOH. Nitrering af paraffiner sker langsomt og kun under påvirkning af en svag syre (høj grad af 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 hældes i 5-6 cm 3 af testopløsningen, tilsættes på forhånd en dråbe H 2 SO 4: i nærværelse af mærkbare mængder NO 3 ioner frigives et rigeligt bundfald, i meget svage opløsninger frigives nåleformede krystaller; 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 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 ved høje temperaturer, 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, hvor der hele tiden kommer luft ind i legeringen. 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 få salpetersyre fra norsk salpeter (calcium) opløses sidstnævnte, stærk salpetersyre tilsættes og svovlsyre blandes i, 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). Da når stærk salpetersyre virker på træ, savsmuld, klude gennemvædet i vegetabilsk olie osv., er udbrud og brande mulige (for eksempel hvis en flaske brister under transport), så kan salpetersyre kun transporteres på 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 fredstid bruges salpetersyre 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 Standardiseringskomiteen ved STO som en obligatorisk standard i hele EU (OST-47) for syre ved 40° Bẻ. 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 medium med 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 gentager til en vis grad den proces, der forekommer 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 at ekstrapolere de eksperimentelle resultater af undersøgelse af ligevægten mellem luft og nitrogenoxid, kunne Nernst beregne, at der på højre side af ligningen etableres et indhold på 7 volumen % NO ved en temperatur på 3750° (dvs. ca. ved temperaturen) af den voltaiske bue).

Prioriteten for ideen om teknisk at bruge en voltaisk lysbue til at fiksere atmosfærisk nitrogen tilhører den franske forsker Lefebre, som tilbage i 1859 patenterede sin metode til at fremstille salpetersyre fra luft i England. Men på det tidspunkt var omkostningerne til elektrisk energi for høje til, at Lefebres metode kunne bruges i praksis. 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, skal også tilskrives denne tid. Men den første betydelige succes i fremstillingen af ​​salpetersyre fra luft kom af den norske ingeniør Birkelands historiske idé, som var at bruge sidstnævntes evne til at strække sig i et stærkt elektromagnetisk felt for at øge udbyttet af nitrogenoxider når den passerer en voltaisk bue gennem luften. 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 elektromagnetens virkning har den resulterende lysbueflamme en konstant tendens til at svulme i forskellige retninger, hvilket fører til dannelsen af ​​en lysbue, der bevæger sig hurtigt hele tiden på 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 energi, der bruges, ikke til dannelsen af ​​NO, men til at skabe gunstige betingelser for denne proces. 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 i meget tæt afstand fra den anden elektrode. Den øverste elektrode er rørformet, og neutrale gasser strømmer gennem den i en hurtig strøm og spredes derefter i en kegle.

Flammen af ​​en voltaisk bue er sat i en cirkulær bevægelse under påvirkning af et elektromagnetisk felt, og en hurtig kegleformet gasstrøm forhindrer kortslutninger. En detaljeret beskrivelse af 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 en gasblanding. 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. (Det er interessant, at Ostwalds ansøgning i Tyskland blev afvist på grund af anerkendelse af prioritet for den franske kemiker Kuhlmann.) Under handling fra findelt platin og den langsomme strøm af gasblandingen, oxidation forløber i henhold til 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 NO-gas, der blandes med en ny portion luft, oxiderer spontant yderligere og danner 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 nedbrydning af 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):

Et højere eller lavere NH 3 indhold har også stor betydning for retningen af ​​den kemiske proces, som kan forløbe enten efter ligningen: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (med et indhold på 14,38 % NH 3) , eller ifølge ligningen: 4NH3 + 7O2 = 4NO2 + 6H2O (med et blandingsindhold 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

En monobasisk stærk syre, som er en farveløs væske under standardbetingelser, som bliver gul under opbevaring, kan være i fast tilstand, kendetegnet ved to krystallinske modifikationer (monoklinisk eller rhombisk gitter), ved temperaturer under minus 41,6 °C. Dette stof med den kemiske formel - HNO3 - kaldes salpetersyre. Den har en molmasse på 63,0 g/mol, og dens massefylde svarer til 1,51 g/cm³. Syrens kogepunkt er 82,6 °C, processen ledsages af nedbrydning (delvis): 4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2. En sur opløsning med en massefraktion af hovedstoffet svarende til 68 % koger ved en temperatur på 121 °C. rent stof svarer til 1.397. Syren kan blandes med vand i ethvert forhold og, da den er en stærk elektrolyt, nedbrydes den næsten fuldstændigt til H+ og NO3-ioner. Faste former - trihydrat og monohydrat har formlen: HNO3. 3H2O og HNO3. H2O hhv.

Salpetersyre er et ætsende, giftigt stof og et stærkt oxidationsmiddel. Siden middelalderen har navnet "stærkt vand" (Aqua fortis) været kendt. Alkymister, der opdagede syren i det 13. århundrede, gav den dette navn, overbevist om dens ekstraordinære egenskaber (den korroderede alle metaller undtagen guld), som var en million gange større end styrken af ​​eddikesyre, som i disse dage blev betragtet som den mest aktive . Men tre århundreder senere fandt man ud af, at selv guld kan korroderes af en blanding af syrer som salpeter og saltsyre i et volumenforhold på 1:3, som af denne grund blev kaldt "regiavand". Udseendet af en gul farvetone under opbevaring forklares af akkumuleringen af ​​nitrogenoxider i den. På udsalg findes ofte syre med en koncentration på 68%, og når indholdet af hovedstoffet er mere end 89%, kaldes det "rygende".

Salpetersyrens kemiske egenskaber adskiller den fra fortyndet svovlsyre eller saltsyre ved, at HNO3 er et stærkere oxidationsmiddel, så brint frigives aldrig ved reaktioner med metaller. På grund af dets oxiderende egenskaber reagerer det også med mange ikke-metaller. I begge tilfælde dannes der altid nitrogendioxid NO2. Ved redoxreaktioner sker kvælstofreduktion i varierende grad: HNO3, NO2, N2O3, NO, N2O, N2, NH3, som er bestemt af syrekoncentrationen og metallets aktivitet. Molekylerne i de resulterende forbindelser indeholder nitrogen med oxidationstilstanden: henholdsvis +5, +4, +3, +2, +1, 0, +3. For eksempel oxideres kobber med koncentreret syre til kobber(II)nitrat: Cu + 4HNO3 → 2NO2 + Cu(NO3)2 + 2H2O, og phosphor til metaphosphorsyre: P + 5HNO3 → 5NO2 + HPO3 + 2H2O.

Ellers interagerer fortyndet salpetersyre med ikke-metaller. Ved at bruge eksemplet på reaktionen med phosphor: 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO, kan det ses, at nitrogen reduceres til den divalente tilstand. Som følge heraf dannes nitrogenmonoxid, og fosfor oxideres til Koncentreret salpetersyre blandet med saltsyre opløser guld: Au + 4HCl + HNO3 → NO + H + 2H2O og platin: 3Pt + 18HCl + 4HNO3 → 4NO +3H2 + . I disse reaktioner, i det indledende stadium, oxideres saltsyre med salpetersyre, frigiver klor, og metallerne danner derefter komplekse chlorider.

Salpetersyre fremstilles i industriel skala på tre hovedmåder:

1. Den første er interaktionen af ​​salte med svovlsyre: H2SO4 + NaNO3 → HNO3 + NaHSO4. Tidligere var dette den eneste metode, men med fremkomsten af ​​andre teknologier bruges den nu i laboratorieforhold for at opnå rygende syre.
2. Den anden er buemetoden. Når luft blæses igennem med en temperatur på 3000 til 3500 °C, reagerer en del af kvælstoffet i luften med ilt, hvilket resulterer i dannelse af kvælstofmonoxid: N2 + O2 → 2NO, som efter afkøling oxideres til nitrogendioxid. (ved høje temperaturer interagerer monoxidet ikke med ilt): O2 + 2NO → 2NO2. Derefter opløses praktisk talt alt nitrogendioxid med et overskud af oxygen i vand: 2H2O + 4NO2 + O2 → 4HNO3.
3. Den tredje er ammoniakmetoden. Ammoniak oxideres på en platinkatalysator til nitrogenmonoxid: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O. De resulterende nitrøse gasser afkøles og danner nitrogendioxid, som absorberes af vand. Denne metode producerer syre med en koncentration på 60 til 62%.

Salpetersyre bruges i vid udstrækning i industrien til fremstilling af lægemidler, farvestoffer, nitrogengødning og salpetersyresalte. Derudover bruges det til at opløse metaller (f.eks. kobber, bly, sølv), som ikke reagerer med andre syrer. I smykker bruges det til at bestemme guld i en legering (dette er hovedmetoden).

Salpetersyre er en af ​​de vigtigste nitrogenforbindelser. Kemisk formel - HNO 3. Så hvilke fysiske og kemiske egenskaber har dette stof?

Fysiske egenskaber

Ren salpetersyre er farveløs, har en skarp lugt og har den egenskab at "ryge", når den udsættes for luft. Den molære masse er 63 g/mol. Ved en temperatur på -42 grader bliver det til en fast aggregeringstilstand og bliver til en snehvid masse. Vandfri salpetersyre koger ved 86 grader. Når det blandes med vand, danner det opløsninger, der adskiller sig fra hinanden i koncentration.

Dette stof er monobasisk, det vil sige, at det altid har en carboxylgruppe. Blandt de syrer, der er kraftige oxidationsmidler, er salpetersyre en af ​​de stærkeste. Det reagerer med mange metaller og ikke-metaller, organiske forbindelser på grund af nitrogenreduktion

Nitrater er salte af salpetersyre. De bruges oftest som gødning i landbruget.

Kemiske egenskaber

Den elektroniske og strukturelle formel for salpetersyre er afbildet som følger:

Ris. 1. Elektronisk formel for salpetersyre.

Koncentreret salpetersyre udsættes for lys og er under påvirkning i stand til at nedbrydes til nitrogenoxider. Oxiderne interagerer igen med syren, opløses i den og giver væsken en gullig farvetone:

4HN03 =4N02 +O2 +2H2O

Stoffet skal opbevares et køligt og mørkt sted. Efterhånden som dens temperatur og koncentration stiger, sker nedbrydningsprocessen meget hurtigere. Nitrogen i et salpetersyremolekyle har altid en valens på IV, en oxidationstilstand på +5 og et koordinationstal på 3.

Da salpetersyre er en meget stærk syre, nedbrydes den i opløsninger fuldstændigt til ioner. Det reagerer med basiske oxider, med baser og med salte af svagere og mere flygtige syrer.

Ris. 2. Salpetersyre.

Denne monobasiske syre er et stærkt oxidationsmiddel. Salpetersyre angriber mange metaller. Afhængig af koncentrationen, aktiviteten af ​​metallet og reaktionsbetingelserne, kan den reduceres ved samtidig dannelse af et salpetersyresalt (nitrat) til forbindelser.

Når salpetersyre reagerer med lavaktive metaller, dannes NO 2:

Cu+4HNO3 (konc.)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O

Fortyndet salpetersyre i denne situation reduceres til NO:

3Cu+8HNO 3 (fortyndet)=3Сu(NO 3) 2 +2NO+4H 2O

Hvis flere aktive metaller reagerer med fortyndet salpetersyre, frigives NO 2:

4Mg+10HNO3 (fortyndet)=4Mg(NO3)2+N2O+5H2O

Meget fortyndet salpetersyre, når den interagerer med aktive metaller, reduceres til ammoniumsalte:

4Zn+10HNO3 (meget fortyndet)=4Zn(NO3)2 +NH4NO3 +3H2O

Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti er stabile i koncentreret salpetersyre. Det "passiverer" metallerne Al, Fe, Cr som følge af dannelsen af ​​oxidfilm på overfladen af ​​metallerne.

En blanding dannet af et volumen koncentreret salpetersyre og tre volumener koncentreret saltsyre (saltsyre) kaldes "regiavand".

Ris. 3. Royal vodka.

Ikke-metaller oxideres med salpetersyre til de tilsvarende syrer, og salpetersyre, afhængig af koncentrationen, reduceres til NO eller NO 2:

C + 4HNO3 (konc.) = CO2 +4N02 +2H2O

S+6HNO3 (konc.)=H2SO4 +6NO2 +2H2O

Salpetersyre er i stand til at oxidere nogle kationer og anioner, såvel som uorganiske kovalente forbindelser, såsom hydrogensulfid.

3H2S+8HNO3 (fortyndet)= 3H2SO4 +8NO+4H2O

Salpetersyre interagerer med mange organiske stoffer, og et eller flere brintatomer i det organiske stofs molekyle erstattes af nitrogrupper - NO 2. Denne proces kaldes nitrering.

23. februar 2018

Et af de vigtigste produkter, der bruges af mennesker, er nitratsyre. Formlen for stoffet er HNO 3, og det har også forskellige fysiske og kemiske egenskaber, der adskiller det fra andre uorganiske syrer. I vores artikel vil vi studere salpetersyrens egenskaber, blive bekendt med metoderne til dens fremstilling og også overveje anvendelsesområdet for stoffet i forskellige industrier, medicin og landbrug.

Funktioner af fysiske egenskaber

Salpetersyre opnået i laboratoriet, hvis strukturformel er angivet nedenfor, er en farveløs væske med en ubehagelig lugt, tungere end vand. Det fordamper hurtigt og har et lavt kogepunkt på +83 °C. Forbindelsen blandes let med vand i alle proportioner og danner opløsninger af varierende koncentrationer. Desuden kan nitratsyre absorbere fugt fra luften, det vil sige, at det er et hygroskopisk stof. Strukturformlen for salpetersyre er tvetydig og kan have to former.

Nitratsyre findes ikke i molekylær form. I vandige opløsninger af forskellige koncentrationer har stoffet form af følgende partikler: H 3 O + - hydroniumioner og anioner af syreresten - NO 3 -.

Syre-base interaktion

Salpetersyre, som er en af ​​de stærkeste syrer, gennemgår substitutions-, udvekslings- og neutraliseringsreaktioner. Således deltager forbindelsen i metaboliske processer med basiske oxider, hvilket resulterer i produktion af salt og vand. Neutraliseringsreaktionen er den grundlæggende kemiske egenskab for alle syrer. Produkterne af interaktionen mellem baser og syrer vil altid være de tilsvarende salte og vand:

NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O

Video om emnet

Reaktioner med metaller

I et molekyle af salpetersyre, hvis formel er HNO 3, udviser nitrogen den højeste oxidationstilstand, lig med +5, så stoffet har udtalte oxiderende egenskaber. Som en stærk syre er den i stand til at reagere med metaller i aktivitetsrækken af ​​metaller op til brint. Men i modsætning til andre syrer kan den også reagere med passive metalelementer, for eksempel kobber eller sølv. Reagenserne og produkterne af interaktionen bestemmes både af koncentrationen af ​​selve syren og af metallets aktivitet.

Fortyndet salpetersyre og dens egenskaber

Hvis massefraktionen af ​​HNO 3 er 0,4-0,6, så udviser forbindelsen alle egenskaberne af en stærk syre. For eksempel dissocieres det til hydrogenkationer og anioner af syreresten. Indikatorer i et surt miljø, såsom violet lakmus, ændrer deres farve til rød i nærvær af overskydende H + -ioner. Det vigtigste træk ved reaktioner af nitratsyre med metaller er manglende evne til at frigive brint, som oxideres til vand. I stedet dannes forskellige forbindelser - nitrogenoxider. For eksempel, i processen med interaktion af sølv med molekyler af salpetersyre, hvis formel er HNO 3, opdages nitrogenmonoxid, vand og et salt - sølvnitrat. Graden af ​​oxidation af nitrogen i den komplekse anion falder, når tre elektroner tilsættes.

Nitratsyre reagerer med aktive metalelementer, såsom magnesium, zink, calcium, for at danne nitrogenoxid, hvis valens er den mindste, den er lig med 1. Salt og vand dannes også:

4Mg + 10HNO3 = NH4NO3 + 4Mg(NO3)2 + 3H2O

Hvis salpetersyre, hvis kemiske formel er HNO 3, er meget fortyndet, i dette tilfælde vil produkterne af dens interaktion med aktive metaller være anderledes. Dette kan være ammoniak, frit nitrogen eller nitrogenoxid (I). Det hele afhænger af eksterne faktorer, som omfatter graden af ​​metalslibning og reaktionsblandingens temperatur. For eksempel vil ligningen for dets interaktion med zink være som følger:

Zn + 4HNO3 = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Koncentreret HNO 3 (96-98%) syre i reaktioner med metaller reduceres til nitrogendioxid, og dette afhænger normalt ikke af metallets position i N. Beketov-serien. Dette sker i de fleste tilfælde, for eksempel når man interagerer med sølv.

Lad os huske undtagelsen fra reglen: koncentreret salpetersyre under normale forhold reagerer ikke med jern, aluminium og krom, men passiverer dem. Det betyder, at der dannes en beskyttende oxidfilm på overfladen af ​​metaller, som forhindrer yderligere kontakt med syremolekyler. En blanding af stoffet med koncentreret kloridsyre i forholdet 3:1 kaldes aqua regia. Det har evnen til at opløse guld.

Hvordan nitratsyre reagerer med ikke-metaller

Stoffets stærke oxiderende egenskaber fører til, at sidstnævnte i dets reaktioner med ikke-metalliske elementer omdannes til form af de tilsvarende syrer. For eksempel oxideres svovl til sulfatsyre, bor til borsyre og phosphor til phosphatsyre. Reaktionsligningerne nedenfor bekræfter dette:

S 0 + 2HN V O 3 → H 2 S VI O 4 + 2N II O

Fremstilling af salpetersyre

Den mest bekvemme laboratoriemetode til at opnå stoffet er interaktionen mellem nitrater og koncentreret sulfatsyre. Det udføres med lav opvarmning, hvilket undgår en stigning i temperaturen, da det resulterende produkt i dette tilfælde nedbrydes.

I industrien kan salpetersyre fremstilles på flere måder. For eksempel ved oxidation af ammoniak opnået fra luft nitrogen og brint. Syreproduktionen foregår i flere trin. Mellemprodukter vil være nitrogenoxider. Først dannes nitrogenmonoxid NO, derefter oxideres det af atmosfærisk oxygen til nitrogendioxid. Til sidst, i en reaktion med vand og overskydende ilt, produceres fortyndet (40-60%) nitratsyre fra NO 2. Hvis det destilleres med koncentreret sulfatsyre, kan massefraktionen af ​​HNO 3 i opløsningen øges til 98.

Den ovenfor beskrevne metode til fremstilling af nitratsyre blev først foreslået af grundlæggeren af ​​nitrogenindustrien i Rusland I. Andreev i begyndelsen af ​​det 20. århundrede.

Ansøgning

Som vi husker, er den kemiske formel for salpetersyre HNO 3. Hvilket træk ved de kemiske egenskaber bestemmer dets anvendelse, hvis nitratsyre er et produkt af kemisk produktion i stor skala? Dette er et stofs høje oxidationsevne. Det bruges i den farmaceutiske industri til at få medicin. Stoffet tjener som udgangsmateriale til syntese af eksplosive forbindelser, plast og farvestoffer. Nitratsyre bruges i militær teknologi som et oxidationsmiddel til raketbrændstof. En stor mængde af det bruges til produktion af de vigtigste typer nitrogengødning - salpeter. De er med til at øge udbyttet af de vigtigste landbrugsafgrøder og øge proteinindholdet i frugter og grøn masse.

Anvendelsesområder for nitrater

Efter at have undersøgt de grundlæggende egenskaber, produktion og brug af salpetersyre, vil vi fokusere på brugen af ​​dens vigtigste forbindelser - salte. De er ikke kun mineralsk gødning, nogle af dem er af stor betydning i militærindustrien. For eksempel kaldes en blanding bestående af 75 % kaliumnitrat, 15 % fint kul og 5 % svovl sort pulver. Ammonal, et sprængstof, fås fra ammoniumnitrat samt kul og aluminiumspulver. En interessant egenskab ved nitratsyresalte er deres evne til at nedbrydes, når de opvarmes.

Desuden vil reaktionsprodukterne afhænge af, hvilken metalion der indgår i saltet. Hvis et metalelement er placeret i aktivitetsserien til venstre for magnesium, findes nitritter og fri ilt i produkterne. Hvis metallet, der indgår i nitratet, er placeret fra magnesium til kobber inklusive, dannes der, når saltet opvarmes, nitrogendioxid, oxygen og oxid af metalelementet. Salte af sølv, guld eller platin danner ved høje temperaturer frit metal, oxygen og nitrogendioxid.

I vores artikel fandt vi ud af, hvad den kemiske formel for salpetersyre er i kemi, og hvilke funktioner i dens oxiderende egenskaber er vigtigst.