Salpetersyre og dens egenskaper.

Ren salpetersyre HNO 3 er en fargeløs væske. I luften "røyker den", som konsentrert saltsyre, siden dampene danner små tåkedråper med fuktigheten i luften.

Salpetersyre er ikke sterk. Allerede under påvirkning av lys brytes det gradvis ned:

4HN03 = 4N02 + 02 + 2H20.

Jo høyere temperatur og jo mer konsentrert syren er, desto raskere skjer nedbrytningen. Det frigjorte nitrogendioksidet løses opp i syren og gir den en brun farge.

Salpetersyre er en av de sterkeste syrene: i fortynnede løsninger desintegrerer den fullstendig i H+ og N0_ ioner.

Salpetersyre er et av de mest energiske oksidasjonsmidlene. Mange ikke-metaller oksideres lett av det, og blir til de tilsvarende syrene. Således blir svovel, når det kokes med salpetersyre, gradvis oksidert til svovelsyre, fosfor til fosforsyre.

Salpetersyre virker på nesten alle metaller (se avsnitt 11.3.2), og gjør dem til nitrater, og noen metaller til oksider.

Konsentrert HNO 3 passiverer noen metaller.

Oksydasjonstilstanden til nitrogen i salpetersyre er +5. HNO 3 fungerer som et oksidasjonsmiddel og kan reduseres til ulike produkter:

4 +3 +2 +1 0 -3

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

Hvilke av disse stoffene som dannes, dvs. hvor dypt salpetersyre reduseres i et gitt tilfelle, avhenger av reduksjonsmidlets natur og av reaksjonsbetingelsene, først og fremst av konsentrasjonen av syren. Jo høyere HNO3-konsentrasjon, desto mindre blir den redusert. Ved reaksjon med konsentrert syre frigjøres oftest NO2. Når fortynnet salpetersyre reagerer med lavaktive metaller, for eksempel kobber, frigjøres NO. Ved mer aktive metaller - jern, sink - dannes N2O. Høyt fortynnet salpetersyre reagerer med aktive metaller - sink, magnesium, aluminium - for å danne ammoniumion, som gir ammoniumnitrat med syren. Vanligvis dannes flere produkter samtidig.

Cu + HNO3(kons.) - Cu(N03)2 + N02 + H20;

Cu + HN03 (fortynnet) -^ Cu(N03)2 + N0 + H20;

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

Zn + HN0 3 (svært fortynnet) - Zn(N0 3) 2 + NH 4 N0 3 + H 2 0.

Når salpetersyre virker på metaller, frigjøres som regel ikke hydrogen.

Når ikke-metaller oksideres, reduseres konsentrert salpetersyre, som for metaller, til NO 2, f.eks.

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

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

De gitte diagrammene illustrerer de mest typiske tilfellene av interaksjon av salpetersyre med metaller og ikke-metaller. Generelt er redoksreaksjoner som involverer HNO 3 komplekse.

En blanding bestående av 1 volum salpetersyre og 3-4 volum konsentrert saltsyre kalles regiavann. Aqua regia løser opp noen metaller som ikke reagerer med salpetersyre, inkludert "kongen av metaller" - gull. Virkningen forklares av det faktum at salpetersyre oksiderer saltsyre med frigjøring av fritt klor og dannelse av nitrogenkloroksid (1P), eller nitrosylklorid, N0C1:

HNO3 + ZNS1 = C12 + 2H20 + NOC1.

Nitrosylklorid er et mellomprodukt av reaksjonen og dekomponerer:

2N0C1 = 2N0 + C1 2.

Klor i frigjøringsøyeblikket består av atomer, som bestemmer den høye oksidasjonsevnen til vannvann. Oksydasjonsreaksjonene til gull og platina foregår hovedsakelig i henhold til følgende ligninger:

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

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

Salpetersyre virker på mange organiske stoffer på en slik måte at ett eller flere hydrogenatomer i molekylet til en organisk forbindelse erstattes av nitrogrupper - NO 2. Denne prosessen kalles nitrering og er av stor betydning i organisk kjemi.

Salter av salpetersyre kalles nitrater. Alle oppløses godt i vann, og når de varmes opp, brytes de ned og frigjør oksygen. I dette tilfellet blir nitratene til de mest aktive metallene til nitritter:

2KN0 3 = 2KN0 2 + O 2

Industriell produksjon av salpetersyre. Moderne industrielle metoder for å produsere salpetersyre er basert på katalytisk oksidasjon av ammoniakk med atmosfærisk oksygen. Ved beskrivelse av egenskapene til ammoniakk ble det antydet at det brenner i oksygen, og reaksjonsproduktene er vann og fritt nitrogen. Men i nærvær av katalysatorer kan oksidasjonen av ammoniakk med oksygen forløpe annerledes. Hvis en blanding av ammoniakk og luft føres over katalysatoren, skjer ved 750 °C og en viss sammensetning av blandingen nesten fullstendig omdannelse av NH 3 til N0:

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

Den resulterende NO2 forvandles lett til NO2, som, med vann i nærvær av atmosfærisk oksygen, produserer salpetersyre.

Platinabaserte legeringer brukes som katalysatorer for oksidasjon av ammoniakk.

Salpetersyren oppnådd ved oksidasjon av ammoniakk har en konsentrasjon som ikke overstiger 60%. Om nødvendig konsentreres det.

Industrien produserer fortynnet salpetersyre med en konsentrasjon på 55, 47 og 45%, og konsentrert salpetersyre - 98 og 97%. Konsentrert syre transporteres i aluminiumstanker, fortynnet syre transporteres i tanker laget av syrefast stål.

Billett 5

2. Jernets rolle i kroppens livsprosesser.

Jern i kroppen. Jern er tilstede i kroppen til alle dyr og i planter (i gjennomsnitt ca. 0,02%); det er hovedsakelig nødvendig for oksygenmetabolisme og oksidative prosesser. Det er organismer (såkalte konsentratorer) som er i stand til å samle det i store mengder (for eksempel jernbakterier - opptil 17-20% av jern). Nesten alt jernet i dyr og planter er bundet til proteiner. Jernmangel forårsaker veksthemming og klorose hos planter assosiert med redusert klorofylldannelse. Overskudd av jern har også en skadelig effekt på planteutviklingen, og forårsaker for eksempel sterilitet av risblomster og klorose. I alkalisk jord dannes jernforbindelser som er utilgjengelige for absorpsjon av planterøtter, og planter mottar det ikke i tilstrekkelige mengder; i sur jord blir jern til oppløselige forbindelser i overflødige mengder. Når det er mangel eller overskudd av assimilerbare jernforbindelser i jorda, kan plantesykdommer observeres over store områder.

Jern kommer inn i kroppen til dyr og mennesker med mat (de rikeste kildene i det er lever, kjøtt, egg, belgfrukter, brød, frokostblandinger, spinat og rødbeter). Normalt mottar en person 60-110 mg jern i kosten, noe som betydelig overstiger det daglige behovet. Absorpsjon av jern mottatt fra mat skjer i den øvre delen av tynntarmen, hvorfra det kommer inn i blodet i proteinbundet form og føres med blodet til ulike organer og vev, hvor det avsettes i form av et jern- proteinkompleks - ferritin. Hoveddepotet av jern i kroppen er leveren og milten. På grunn av ferritin skjer syntesen av alle jernholdige forbindelser i kroppen: det respiratoriske pigmentet hemoglobin syntetiseres i benmargen, myoglobin syntetiseres i muskler, cytokromer og andre jernholdige enzymer syntetiseres i forskjellige vev. Jern frigjøres fra kroppen hovedsakelig gjennom tykktarmens vegg (hos mennesker, ca. 6-10 mg per dag) og i liten grad av nyrene.

Detaljer Kategori: Visninger: 7174

SALPETERSYRE, HNO 3, oppnås ved å løse opp nitrogenoksider i vann:

3N02 + H20 = 2HN3 + NO
N 2 O 3 + H 2 O = HNO 3 + NO
N2O5 + H2O = 2HNO3

Fysiske egenskaper til salpetersyre. Molar vekt - 63.016; fargeløs væske med en karakteristisk lukt; kokepunkt 86°, smeltepunkt -47°; egenvekt 1,52 ved 15°; under destillasjon, på grunn av dekomponering av 2HNO 3 = N 2 O 3 + 2O + H 2 O, frigjør salpetersyre umiddelbart oksygen, N 2 O 3 og vann; absorpsjon av sistnevnte forårsaker en økning i kokepunktet. I vandig løsning inneholder sterk salpetersyre vanligvis nitrogenoksider, og fremstillingen av fullstendig vannfri salpetersyre gir betydelige vanskeligheter. Det er umulig å oppnå vannfri salpetersyre ved destillasjon, siden vandige løsninger av salpetersyre har en minimal elastisitet, dvs. tilsetning av vann til syren og omvendt senker dampelastisiteten (og øker kokepunktet). Derfor, som et resultat av destillasjon av en svak 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 frysing er det tilsynelatende umulig å oppnå syre over 99,5%. Med de nye metodene (Valentiner) for å utvinne salpetersyre fra salpeter er syren ganske ren, men med de gamle var det nødvendig å rense den hovedsakelig fra kloridforbindelser og fra N 2 O 4-damper. Den sterkeste syren har D0 = 1,559, D15 = 1,53 og 100 % HNO3 - D4 = 1,5421 (Veley og Manley); 100 % syre ryker i luften og tiltrekker seg vanndamp like sterkt som svovelsyre. En syre med D = 1,526 varmes opp når den blandes med snø.

Formasjonsvarme (fra 1/2 H 2 + 1/2 N 2 + 3/2 O 2):

HNO 3 – damp + 34400 cal
HNO 3 – væske + 41600 cal
HNO 3 – krystaller + 42200 cal
HNO 3 – løsning + 48800 kal

Fortynningsvarme: ved tilsetning av en partikkel H 2 O til HNO 3 - 3,30 Cal, to partikler - 4,9 Cal, fem partikler - 6,7 Cal, ti - 7,3 Cal. Ytterligere tilsetning gir en ubetydelig økning i den termiske effekten. I form av krystaller får du:
1) HNO 3 · H 2 O = H 3 NO 4 - rombiske tabletter som minner om AgNO 3, smeltepunkt = -34° (-38°);
2) HNO 3 (H 2 O) 2 = H 5 NO 5 - nåler, smeltepunkt -18°,2, stabil kun under -15°. Krystallisasjonstemperaturkurven 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 spesielle punktene er observert for oppløsningsvarmene og for svingene til den elektriske konduktivitetskurven, men på sistnevnte merkes også 2HNO 3 ·H 2 O og HNO 3 ·10H 2 O fra det som nettopp er sagt analogi med fosforsyrer, følger det at i løsninger av salpetersyre er det dets hydrat HNO 3, men det spaltes veldig lett, noe som bestemmer den høye reaktiviteten til HNO 3. Salpetersyre som inneholder NO 2 i løsning kalles røyking(rød).

Kjemiske egenskaper. Ren HNO 3 brytes lett ned og blir gulaktig på grunn av reaksjonen 2HNO 3 = 2NO 2 + O 2 + H 2 O og absorpsjonen av det resulterende salpetersyreanhydridet. Ren salpetersyre og sterk salpetersyre generelt er stabile kun ved lave temperaturer. Hovedtrekket til salpetersyre er dens ekstremt sterke oksidasjonsevne på grunn av frigjøring av oksygen. Når den virker på metaller (unntatt Pt, Rh, Ir, Au, som HNO 3 ikke har noen effekt på i fravær av klor), oksiderer salpetersyre metallet og frigjør nitrogenoksider, jo lavere grad av oksidasjon, jo mer energisk det oksiderte metallet var som et reduksjonsmiddel. For eksempel gir bly (Pb) og tinn (Sn) N 2 O 4; sølv - hovedsakelig N 2 O 3. Svovel, spesielt nyutfelt, oksiderer lett fosfor, når det blir lett oppvarmet, blir til fosforsyre. Glødende kull antennes i dampen av salpetersyre og i selve salpetersyren. Den oksiderende effekten av rykende rød syre er større enn fargeløs syre. Jern nedsenket i det blir passivt og er ikke lenger mottakelig for virkningen av syre. Vannfri salpetersyre eller blandet med svovelsyre har en meget sterk effekt på sykliske organiske forbindelser (benzen, naftalen, etc.), og gir nitroforbindelser C 6 H 5 H + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + HOH. Nitrering av parafiner skjer sakte, og bare under påvirkning av en svak syre (høy grad av ionisering). Som et resultat av samspillet mellom stoffer som inneholder hydroksyl (glyserin, fiber) med salpetersyre, oppnås nitratestere, feilaktig kalt nitroglyserin, nitrocellulose osv. Alle forsøk og alt arbeid med salpetersyre skal utføres i et godt ventilert rom , men helst under et spesielt utkast .

Analyse . For å oppdage spor av salpetersyre, bruk: 1) difenylendanyldihydrotriazol (kommersielt kjent som "nitron"); 5 eller 6 dråper av en 10 % løsning av nitron i 5 % eddiksyre helles i 5-6 cm 3 av testløsningen, og tilsettes på forhånd en dråpe H 2 SO 4: i nærvær av merkbare mengder NO 3 ioner frigjøres et rikelig bunnfall, i svært svake løsninger frigjøres nåleformede krystaller; ved 0° kan til og med 1/80000 HNO 3 åpnes med nitron; 2) brucin i løsning; bland med testløsningen og hell den forsiktig langs veggen av reagensrøret til sterk svovelsyre; ved kontaktpunktet mellom begge lagene i reagensrøret, dannes en rosa-rød farge, som går nedenfra til grønnaktig.

For å bestemme mengden HNO 3 i en løsning av rykende salpetersyre, må du titrere N 2 O 4 med en løsning av KMnO 4, bestemme tettheten til væsken med et hydrometer og trekke fra korreksjonen for N 2 O 4-innholdet angitt i en spesiell tabell.

Industrielle metoder for å produsere salpetersyre. Salpetersyre ekstraheres. arr. fra salpeter. Tidligere ble det drevet salpeterutvinning i den såkalte. "salpetriere", eller "burts", der, som et resultat av blanding av gjødsel, urin, etc. med gammelt puss, gradvis, delvis på grunn av virkningen av bakterier, oppstår oksidasjon av urea og andre organiske nitrogenforbindelser (aminer, amider, etc.) i salpetersyre, og danner kalsiumnitrat med kalkstein. På varme dager, spesielt i sør (for eksempel i India og Sentral-Asia), går prosessen veldig raskt.

I Frankrike i 1813 ble det utvunnet opptil 2 000 000 kg salpeter fra salpeter. 25 store dyr produserer ca 500 kg salpeter i året. I noen områder, med grunnjord rik på dyrerester (for eksempel Kuban-regionen), er det mulig at det kan være en merkbar mengde nitrat i jorda, men ikke tilstrekkelig for utvinning. Merkbare mengder ble utvunnet i Ganges-dalen og finnes i våre sentralasiatiske festninger, der reserver av jord som inneholder salpeter når 17 tonn på hvert sted, men innholdet av salpeter i den er ikke mer enn 3 %. Forekomster av natriumnitrat - chilensk - ble oppdaget i 1809; de finnes hovedsakelig i provinsen Tarapaca, mellom 68° 15" og 70° 18" østlig lengde og 19° 17" og 21° 18" sørlig breddegrad, men finnes også lenger sør og nordover (i Peru og Bolivia); deres forekomst ligger i en høyde av 1100 m over havet. Forekomstene er ca. 200 km lange, 3-5 km brede, og har et gjennomsnittlig NaNO 3-innhold på 30-40 %. Reserver, forutsatt en årlig økning i forbruket på 50 000 tonn, kan vare i 300 år. I 1913 ble det eksportert 2.738.000 tonn, men eksporten til Europa gikk noe ned, selv om den, etter et meget merkbart fall i eksporten under krigen, økte litt igjen fra 1920. Vanligvis på toppen ligger en "ild" (50 cm - 2 m tykk) ), bestående av kvarts og feltspatisk sand, og under den "kalihe" (25 cm - 1,5 m), som inneholder salpeter (avsetningene ligger i ørkenen ved siden av forekomster av salt og borkalsiumsalt). Sammensetningen av "kalihe" er veldig mangfoldig; den inneholder NaNO 3 - fra 30% til 70%, jodid- og jodsalter - opptil 2%, natriumklorid - 16-30%, sulfatsalter - opptil 10%, magnesiumsalter - opptil 6%. De beste variantene inneholder i gjennomsnitt: NaNO 3 - 50%, NaCl - 26%, Na 2 SO 4 - 6%, MgSO 4 - 3%. NaNO 3 løses opp ved høye temperaturer slik at mye mer NaNO 3 går inn i løsningen enn NaCl, hvis løselighet øker litt med temperaturen. Fra 3 tonn “caliche” får du 1 tonn råsalpeter med et gjennomsnittlig innhold på 95-96 % salpeter. Fra 1 liter moderlake oppnås vanligvis 2,5-5 g jod. Vanligvis er rå salpeter brun i fargen på grunn av innblanding av jernoksid. Salpeter som inneholder opptil 1-2% kloridforbindelser brukes til gjødsel. Rent natriumnitrat er fargeløst, gjennomsiktig, ikke-hygroskopisk hvis det ikke inneholder kloridforbindelser; krystalliserer i terninger. For å oppnå salpetersyre varmes salpeter opp med svovelsyre; interaksjonen følger ligningen:

NaNO 3 + H 2 SO 4 = HNO 3 + NaSO 4

dvs. syresulfat oppnås. Sistnevnte kan brukes til å produsere hydrogenklorid ved å kalsinere en blanding av NaHSO 4 og NaCl i muffer. For interaksjon i henhold til ligningen

teoretisk er det nødvendig å ta 57,6 kg H 2 SO 4 eller 60 kg syre 66° Bẻ per 100 kg NaNO 3. Faktisk, for å unngå nedbrytning, tas 20-30% mer svovelsyre. Samhandlingen utføres i horisontale sylindriske jernretorter 1,5 m lange, 60 cm i diameter, med vegger 4 cm tykke. Hver sylinder inneholder 75 kg salpeter og 75 kg H 2 SO 4. Dampene føres først gjennom et keramisk kjøleskap, avkjølt med vann, eller gjennom et skrånende keramisk rør, deretter gjennom absorbenter: «sylindere» eller «bonbons», dvs. store keramiske «Wulf-kolber». Hvis svovelsyre 60° Вẻ (71%) tas og 4 kg vann per 100 kg saltpeter legges i den første absorberen, oppnås en syre på 40-42° Вẻ (38-41%); ved å bruke syre ved 66° Вẻ (99,6%) og tørr salpeter, får vi 50° Вẻ (53%); for å oppnå syre ved 36° Вẻ, legges 8 liter vann i den første absorberen, 4 liter i den andre og 2,6 liter i de neste. Rykende salpetersyre oppnås ved å reagere salpeter med halvparten av mengden svovelsyre som kreves ved beregning. Derfor produserer metoden syre forurenset med nitrosylklorid og andre stoffer som forlater ved begynnelsen av prosessen, og med nitrogenoksider ved slutten av destillasjonen. Nitrogenoksider er relativt enkle å drive bort ved å blåse en strøm av luft gjennom syren. Det er mye mer lønnsomt å jobbe i retorter, omgitt av ild på alle kanter og med et rør i bunnen for å frigjøre bisulfat som inneholder en merkbar mengde syre. Faktum er at støpejern ikke korroderes av syre hvis det er tilstrekkelig oppvarmet og hvis kontakt med ild på alle kanter sørger for at det ikke avsettes syredråper. I slike retorter (1,20 brede og 1,50 m i diameter, med en veggtykkelse på 4-5 cm), behandles salpeter med svovelsyre i en hastighet på 450 kg og til og med 610 kg saltpeter per 660 kg H 2 SO 4 ( 66° Bẻ). I stedet for sylindere, brukes nå ofte vertikale rør eller disse rørene kobles til sylindere.

Etter Guttmann-metoden utføres dekomponering i støpejernsretorter sammensatt av flere deler (fig. 1 og 1a); delene er forbundet med kitt, vanligvis bestående av 100 deler jernspon, 5 deler svovel, 5 deler ammoniumklorid med så lite vann som mulig; Retortene og om mulig lasteluken er innelukket i murverk og varmes opp av ovnsgasser.

800 kg salpeter og 800 kg 95 % svovelsyre fylles i retorten og destillasjon utføres i 12 timer; dette forbruker ca 100 kg kull. Sylindriske retorter brukes også. De frigjorte dampene kommer først inn i sylinder 8; pass deretter en serie keramiske rør, 12 og 13, plassert i en treboks med vann; her kondenseres dampene til salpetersyre, som strømmer gjennom rør 22 i Gutman-installasjonen, og 23 inn i samling 28, og her kommer også kondensat fra sylinder 8 inn; salpetersyre som ikke har kondensert i rørene 12 går inn gjennom 15a i et tårn fylt med kuler og vasket med vann; de siste sporene av syre som ikke er absorbert i tårnet er fanget i sylinder 43a; gassene føres bort gjennom røret 46a inn i skorsteinen. For å oksidere nitrogenoksidene som dannes under destillasjon, blandes luft inn i gassene direkte ved utgangen fra retorten. Hvis sterk svovelsyre og tørket salpeter brukes i produksjonen, oppnås fargeløs 96-97% salpetersyre. Nesten all syren kondenserer i rørene, kun en liten del (5%) absorberes i tårnet, og gir 70% salpetersyre, som tilsettes neste lass med nitrat. At. resultatet er fargeløs salpetersyre, uten klor, med et utbytte på 98-99% av teorien. Gutmans metode har blitt utbredt på grunn av dens enkelhet og lave installasjonskostnader.

96-100 % syre ekstraheres fra salpeter ved hjelp av Valentiner-metoden, ved destillasjon under redusert trykk (30 mm) i støpejernsretorter av en blanding av 1000 kg NaNO 3, 1000 kg H2SO 4 (66 ° Вẻ) og en slik mengde av svak syre HNO 3 som tilsetter 100 kg vann med det. Destillasjonen varer i 10 timer, med luft inn i legeringen hele tiden. Interaksjonen skjer ved 120°, men på slutten av prosessen oppstår en "krise" (1 time) og sterke støt er mulig (ved 120-130°). Etter dette bringes oppvarmingen til 175-210°. Riktig fortykning og syrefangst er svært viktig. Damper fra retorten kommer inn i sylinderen, fra den inn i 2 høyt avkjølte spoler, fra dem til en samling (som en Wulf-kolbe), etterfulgt av en spole igjen og deretter 15 sylindre, bak som en pumpe er plassert. Med 1000 kg belastning av NaNO 3 på 6-8 timer oppnås 600 kg HNO 3 (48° Вẻ), dvs. 80 % av normen.

For å få salpetersyre fra norsk salpeter (kalsium) løses sistnevnte opp, tilsettes sterk salpetersyre og blandes inn svovelsyre, hvoretter salpetersyren filtreres fra gipsen.

Oppbevaring og pakking. For å lagre salpetersyre kan du bruke glass, ildleire og ren aluminium (ikke mer enn 5 % urenheter) retter, samt retter laget av spesielt silisiumsyrebestandig Krupp-stål (V2A). Siden når sterk salpetersyre virker på tre, sagflis, filler dynket i vegetabilsk olje, etc., er utbrudd og brann mulig (for eksempel hvis en flaske sprekker under transport), kan salpetersyre bare transporteres på spesialtog. Terpentin antennes spesielt lett ved oppvarming når den kommer i kontakt med sterk salpetersyre.

Anvendelse: 1) i form av salter til gjødsel, 2) til produksjon av eksplosiver, 3) til produksjon av halvfabrikata til fargestoffer, og delvis selve fargestoffene. Ch. arr. salter av salpetersyre eller nitrat (natrium, ammonium, kalsium og kalium) brukes til gjødsel. I 1914 nådde verdensforbruket av nitrogen i form av chilensk nitrat 368 000 tonn og i form av salpetersyre fra luften - 10 000 tonn i 1925 skulle forbruket ha nådd 360 000 tonn salpetersyre fra luften. Forbruket av salpetersyre øker kraftig under krig på grunn av utgiftene til eksplosiver, hvorav de viktigste er nitroglyserin og nitrocelluloser av ulike typer, nitroforbindelser (nitrotoluen, TNT, melinitt osv.) og stoffer til lunter (kvikksølvfulminat). I fredstid brukes salpetersyre på produksjon av nitroforbindelser, for eksempel nitrobenzen, for overgang til fargestoffer gjennom anilin, oppnådd fra nitrobenzen ved reduksjon. Betydelige mengder salpetersyre brukes til etsing av metaller; salter av salpetersyre (saltpeter) brukes til eksplosiver (ammoniumnitrat - i røykfritt, kaliumnitrat - i svartkrutt) og til fyrverkeri (bariumnitrat - for grønt).

Salpetersyre standard. Salpetersyrestandarden eksisterer så langt bare i USSR og ble godkjent av Standardiseringskomiteen ved STO som en obligatorisk standard (OST-47) for syre ved 40° Bẻ. Standarden setter HNO 3-innholdet i salpetersyre til 61,20 % og begrenser innholdet av urenheter: svovelsyre ikke mer enn 0,5 %, klor ikke mer enn 0,8 %, jern ikke mer enn 0,01 %, faste rester ikke mer enn 0,9 %; standard salpetersyre bør ikke inneholde sediment. Standarden regulerer forholdet mellom selger og kjøper, og regulerer strengt prøvetakings- og analysemetodene. Innholdet av salpetersyre bestemmes ved å tilsette NaOH til syren og tilbaketitrere med syren. Innholdet av svovelsyre bestemmes i form av BaSO 4 ved utfelling av BaCl 2. Klorinnholdet bestemmes ved titrering i alkalisk medium med sølvnitrat. Jerninnholdet bestemmes ved utfelling av seskvioksider med ammoniakk, reduksjon av oksidjern til jernholdig jern og påfølgende titrering av KMnO 4. Innpakningen av salpetersyre er ennå ikke standard. Uten å berøre beholderens størrelse, vekt og kvalitet, fastsetter standarden pakking av salpetersyre i glassbeholdere og gir instruksjoner om hvordan den skal pakkes og forsegles.

Fremstilling av salpetersyre.

I. Fra luften. Syntesen av salpetersyre fra luft under påvirkning av en voltaisk bue gjentar til en viss grad prosessen som skjer i naturen under påvirkning av utslipp av atmosfærisk elektrisitet. Cavendish var den første som observerte (i 1781) dannelsen av nitrogenoksider under forbrenning av H 2 i luft, og deretter (i 1784) når en elektrisk gnist passerer gjennom luften. Mutman og Gopher i 1903 var de første som prøvde å studere likevekten: N 2 + O 2 2NO. Ved å føre en voltaisk lysbue med vekselstrøm ved 2000-4000 V gjennom luften, oppnådde de praktisk talt en NO-konsentrasjon på 3,6 til 6,7 vol.%. Deres energiforbruk per 1 kg HNO 3 nådde 7,71 kWh. Nernst studerte deretter denne likevekten ved å føre luft gjennom et iridiumrør. Videre arbeidet Nernst, Jellinek og andre forskere i samme retning. Ved å ekstrapolere de eksperimentelle resultatene av å studere likevekten mellom luft og nitrogenoksid, var Nernst i stand til å beregne at det på høyre side av ligningen etableres et innhold på 7 volum % NO ved en temperatur på 3750 ° (dvs. omtrent ved temperaturen) av den voltaiske buen).

Prioriteten til ideen om teknisk bruk av en voltaisk lysbue for fiksering av atmosfærisk nitrogen tilhører den franske forskeren Lefebre, som tilbake i 1859 patenterte metoden hennes for å produsere salpetersyre fra luft i England. Men på den tiden var kostnadene for elektrisk energi for høye til at Lefebres metode var praktisk nyttig. Det er også verdt å nevne patentene til McDougal (An. P. 4633, 1899) og metoden til Bradley og Lovejoy, implementert i teknisk skala, operert i 1902 av det amerikanske selskapet Atmospheric Products С° (med 1 million dollar i kapital) ) med å bruke energien til Niagara Falls. Forsøkene på å bruke en spenning på 50 000 V for å fikse atmosfærisk nitrogen, gjort av Kowalski og hans samarbeidspartner I. Moscytski, bør også dateres til denne tiden. Men den første betydelige suksessen med fremstillingen av salpetersyre fra luft ble brakt av den historiske ideen til den norske ingeniøren Birkeland, som var å bruke sistnevntes evne til å strekke seg i et sterkt elektromagnetisk felt for å øke utbyttet av nitrogenoksider når den passerer en voltaisk bue gjennom luften. Birkeland kombinerte denne ideen med en annen norsk ingeniør, Eide, og oversatte den til en teknisk installasjon som umiddelbart ga en kostnadseffektiv mulighet til å få salpetersyre fra luft. På grunn av den konstante endringen i strømmens retning og virkningen av elektromagneten, har den resulterende lysbueflammen en konstant tendens til å svelle i forskjellige retninger, noe som fører til dannelsen av en spenningsbue som beveger seg raskt hele tiden på en hastighet på opptil 100 m/sek, og skaper inntrykk av en rolig brennende bred elektrisk sol med en diameter på 2 m eller mer. En sterk luftstrøm blåses kontinuerlig gjennom denne solen, og selve solen er innelukket i en spesiell ovn laget av ildfast leire, bundet i kobber (fig. 1, 2 og 3).

De hule elektrodene til den voltaiske lysbuen kjøles fra innsiden av vann. Luft gjennom kanaler EN i ildleireforingen av ovnen går den inn i lysbuekammeret b; gjennom den oksiderte gassen forlater ovnen og avkjøles ved å bruke varmen til å varme opp kjelene til fordampningsapparatet. Etter dette kommer NO inn i oksidasjonstårnene, hvor det oksideres av atmosfærisk oksygen til NO 2. Sistnevnte prosess er en eksoterm prosess (2NO + O 2 = 2NO 2 + 27Cal), og derfor favoriserer forhold som øker varmeabsorpsjonen reaksjonen i denne retningen. Deretter absorberes nitrogendioksid av vann i henhold til følgende ligninger:

3N02 + H20 = 2HNO3 + NO
2NO 2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2

I en annen metode avkjøles den reagerende blanding av gasser til under 150° før absorpsjon; ved denne temperaturen finner den omvendte dekomponeringen – NO 2 = NO + O – nesten ikke sted. Med tanke på at under visse forhold etableres likevekten NO + NO 2 N 2 O 3 med et maksimalt innhold på N 2 O 3, kan den oppnås ved å helle varme nitrittgasser selv før de er fullstendig oksidert, ved en temperatur på 200 til 300 °, med en løsning av brus eller kaustisk soda, i stedet for nitratsalter - rene nitritter (Norsk Hydro-metoden). Når den forlater ovnen, inneholder den blåste luften fra 1 til 2 % nitrogenoksider, som umiddelbart fanges opp av motstråler med vann og deretter nøytraliseres med kalk for å danne kalsium, den såkalte. "norsk" salpeter. Å utføre selve prosessen N 2 + O 2 2NO - 43,2 Cal krever utgifter til en relativt liten mengde elektrisk energi, nemlig: å oppnå 1 tonn bundet nitrogen i form av NO kun 0,205 kW-år; I mellomtiden, i de beste moderne installasjonene er det nødvendig å bruke 36 ganger mer, dvs. ca. 7,3 og opptil 8 kW-år per 1 tonn. Med andre ord, over 97 % av energien som brukes går ikke til dannelse av NO, men til å skape gunstige forhold for denne prosessen. For å skifte likevekten mot høyest mulig NO-innhold, er det nødvendig å bruke en temperatur fra 2300 til 3300° (NO-innhold ved 2300° er 2 vol% og for 3300° - 6 vol%), men ved slike temperaturer brytes 2NO raskt ned. tilbake til N 2 + O 2. Derfor er det på en liten brøkdel av et sekund nødvendig å fjerne gass fra varme områder til kaldere og avkjøle den til minst 1500°, når nedbrytningen av NO går langsommere. Likevekt 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 til Schonherr, en BASF-ansatt, er en betydelig forbedring i forhold til metoden til Birkeland og Eide. I denne metoden, i stedet for en pulserende og fortsatt intermitterende flamme av en voltaisk bue variabel gjeldende, bruke en rolig flamme av høy fast nåværende. Dette forhindrer hyppig blåsing av flammen, noe som er svært skadelig for prosessen. Det samme resultatet kan imidlertid oppnås med en vekselstrømsspenningsbue, men ved å blåse luft gjennom den brennende flammen ikke i en rett linje, men i form av en virvelvind langs den elektriske lysbueflammen. Derfor kunne ovnen utformet i form av et ganske smalt metallrør, dessuten, slik at lysbueflammen ikke berører veggene. Designdiagrammet til Schongherr-ovnen er vist i fig. 4.

En ytterligere forbedring av buemetoden er gjort ved Pauling-metoden (fig. 5). Elektrodene i forbrenningsovnen ser ut som hornutladere. En voltaisk bue 1 m lang dannet mellom dem blåses oppover av en sterk luftstrøm. På det smaleste stedet av den ødelagte flammen, tennes lysbuen på nytt ved hjelp av ekstra elektroder.

En litt annerledes utforming av en ovn for oksidasjon av nitrogen i luften ble patentert av I. Moscicki. En av begge elektrodene (fig. 6) har form som en flat skive og er plassert i svært nær avstand fra den andre elektroden. Den øvre elektroden er rørformet, og nøytrale gasser strømmer gjennom den i en rask strøm, og sprer seg deretter i en kjegle.

Flammen til en voltaisk bue settes i en sirkulær bevegelse under påvirkning av et elektromagnetisk felt, og en rask kjegleformet gasstrøm forhindrer kortslutninger. En detaljert beskrivelse av hele installasjonen er gitt i W. Waeser, Luftstickstoff-Industrie, s. 475, 1922. Ett anlegg i Sveits (Chippis, Wallis) opererer i henhold til I. Mościckis metode, og produserer 40 % HNO 3 . Et annet anlegg i Polen (Bory-Jaworzno) er designet for 7000 kW og skal produsere konsentrert HNO 3 og (NH 4) 2 SO 4. For å forbedre utbyttet av nitrogenoksider og for å øke flammen til den elektriske buen, har ikke luft, men en mer oksygenrik blanding av nitrogen og oksygen, med et forhold på 1:1, nylig blitt brukt som utgangsprodukt Fransk anlegg i Laroche-de-Rham jobber med en slik blanding med svært gode resultater.

Det er tilrådelig å kondensere det resulterende nitrogentetroksidet N 2 O 4 til en væske ved avkjøling til -90°. Slikt flytende nitrogentetroksid, hentet fra forhåndstørkede gasser - oksygen og luft, reagerer ikke med metaller og kan derfor transporteres i stålbomber og brukes til produksjon av HNO 3 i sterke konsentrasjoner. Toluen ble brukt som kjølevæske i dette tilfellet på en gang, men på grunn av den uunngåelige lekkasjen av nitrogenoksider og deres effekt på toluen, skjedde det forferdelige eksplosjoner ved fabrikkene i Tschernewitz (i Tyskland) og Bodio (i Sveits), som ødela begge virksomhetene. Ekstraksjon av N 2 O 4 fra en gassblanding. også oppnådd gjennom absorpsjon av N 2 O 4 av silikagel, som frigjør den absorberte N 2 O 4 tilbake ved oppvarming.

II. Kontaktoksidasjon av ammoniakk. Alle de beskrevne metodene for å produsere syntetisk salpetersyre direkte fra luften, som allerede angitt, er lønnsomme bare hvis billig vannkraft er tilgjengelig. Problemet med bundet nitrogen (se Nitrogen) kunne ikke anses som endelig løst dersom man ikke hadde funnet en metode for å produsere relativt billig syntetisk salpetersyre. Absorpsjonen av bundet nitrogen fra gjødsel av planter er spesielt lettere dersom disse gjødselene er salter av salpetersyre. Ammoniumforbindelser som føres inn i jorda må først gjennomgå nitrifikasjon i selve jorda (se Nitrogengjødsel). I tillegg er salpetersyre, sammen med svovelsyre, grunnlaget for en rekke grener av den kjemiske industrien og militære anliggender. Produksjon av eksplosiver og røykfritt krutt (TNT, nitroglyserin, dynamitt, pikrinsyre og mange andre), anilinfargestoffer, celluloid og rayon, mange medisiner osv. er umulig uten salpetersyre. Det er derfor i Tyskland, som ble avskåret fra kilden til chilensk nitrat under verdenskrigen ved en blokade og samtidig ikke hadde billig vannkraft, utviklet produksjonen av syntetisk salpetersyre i stor grad ved hjelp av kontaktmetoden , med utgangspunkt i kullkull eller syntetisk ammoniakk ved å oksidere det med atmosfærisk oksygen med deltakelse av katalysatorer. Under krigen (1918) produserte Tyskland opptil 1000 tonn salpetersyre og ammoniumnitrat per dag.

Tilbake i 1788 etablerte Milner i Cambridge muligheten for oksidasjon av NH 3 til nitrogenoksider under påvirkning av manganperoksid ved oppvarming. I 1839 etablerte Kuhlman kontaktvirkningen til platina under oksidasjon av ammoniakk med luft. Teknisk sett ble metoden for å oksidere ammoniakk til salpetersyre utviklet av Ostwald og Brouwer og patentert av dem i 1902. (Det er interessant at i Tyskland ble Ostwalds søknad avvist på grunn av anerkjennelse av prioritet for den franske kjemikeren Kuhlmann.) Under handling av finfordelt platina og den langsomme strømningen av gassblandingen, fortsetter oksidasjonen i henhold til reaksjonen 4NH 3 + ZO 2 = 2N 2 + 6H 2 O. Derfor bør prosessen være strengt regulert både i betydningen av den betydelige bevegelseshastigheten til gassstrålen som blåses gjennom kontakten "omformer", og i betydningen av sammensetningen av gassblandingen. Blandingen av gasser som kommer inn i "omformerne" skal. tidligere grundig renset for støv og urenheter som kan "forgifte" platinakatalysatoren.

Det kan antas at tilstedeværelsen av platina forårsaker dekomponering av NH3-molekylet og dannelsen av en ustabil mellomforbindelse av platina med hydrogen. I dette tilfellet er nitrogen i statu nascendi utsatt for oksidasjon av atmosfærisk oksygen. Oksydasjonen av NH 3 til HNO 3 fortsetter gjennom følgende reaksjoner:

4NH3 + 502 = 4NO + 6H20;

avkjølt fargeløs NO-gass, som blandes med en ny porsjon luft, oksiderer spontant videre og danner NO 2 eller N 2 O 4:

2NO + O2 = 2N02, eller N204;

oppløsningen av de resulterende gassene i vann i nærvær av overflødig luft eller oksygen er assosiert med ytterligere oksidasjon i henhold til reaksjonen:

2NO 2 + O + H 2 O = 2HNO 3,

hvoretter HNO3 oppnås, med en styrke på ca. 40 til 50%. Ved å destillere den resulterende HNO 3 med sterk svovelsyre, kan konsentrert syntetisk salpetersyre endelig oppnås. Ifølge Ostwald må katalysatoren bestå av metallisk platina belagt med delvis eller helt svampaktig platina eller platinasort.

Reaksjonen bør finne sted når rødvarmen så vidt har begynt og ved en betydelig strømningshastighet av gassblandingen, bestående av 10 eller flere deler luft per 1 time NH 3. Den langsomme strømmen av gassblandingen fremmer fullstendig dekomponering av NH 3 til grunnstoffer. Med et platina kontaktgitter på 2 cm bør gassstrømhastigheten være 1-5 m/sek, dvs. kontakttiden for gass med platina bør ikke overstige 1/100 sek. Optimale temperaturer er rundt 300°. Gassblandingen forvarmes. Jo høyere strømningshastigheten til gassblandingen er, desto større NO-utgang. Ved å arbeide med et veldig tykt platinanett (katalysator) med en blanding av ammoniakk og luft som inneholder ca. 6,3 % NH 3, oppnådde Neumann og Rose følgende resultater ved en temperatur på 450 ° (med en kontaktflate av platina på 3,35 cm 2):

Et høyere eller lavere NH 3-innhold er også av stor betydning for retningen av den kjemiske prosessen, som kan forløpe enten etter ligningen: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (med et innhold på 14,38 % NH 3) , eller ifølge ligningen: 4NH 3 + 7O 2 = 4NO 2 + 6H 2 O (med et blandingsinnhold på 10,74 % NH 3). Med mindre suksess enn platina, kanskje. Andre katalysatorer ble også brukt (jernoksid, vismut, cerium, thorium, krom, vanadium, kobber). Av disse er det kun bruk av jernoksid ved en temperatur på 700-800°, med et utbytte på 80 til 85 % NH 3, som fortjener oppmerksomhet.

Temperatur spiller en betydelig rolle i den oksidative prosessen med overgangen av NH 3 til HNO 3. Selve ammoniakkoksidasjonsreaksjonen er eksoterm: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O + 215,6 Cal. Bare i utgangspunktet er det nødvendig å varme opp kontaktapparatet, deretter skjer reaksjonen på grunn av sin egen varme. Den tekniske utformingen av "omformere" for oksidasjon av ammoniakk i forskjellige systemer er tydelig fra figurene gitt (fig. 7-8).

Ordningen for produksjon av HNO 3 i henhold til den for tiden aksepterte Franck-Caro-metoden er vist i fig. 9.

I fig. 10 viser et diagram over oksidasjonen av NH 3 ved fabrikken til Meister Lucius og Brünning i Hechst.

I moderne installasjoner utføres oksidasjonen av NH 3 til NO med et utbytte på opptil 90 %, og den påfølgende oksidasjonen og absorpsjonen av de resulterende nitrogenoksidene med vann - med et utbytte på opptil 95 %. Dermed gir hele prosessen et utbytte av bundet nitrogen på 85-90%. Å skaffe HNO 3 fra nitrat koster for tiden (i form av 100 % HNO 3) $ 103 per 1 tonn, ved bruk av lysbueprosessen, $ 97,30 per 1 tonn, mens 1 tonn HNO 3 oppnådd ved oksidasjon av NH -3 koster bare $ 85,80. Det sier seg selv at disse tallene kan være det er bare omtrentlige og avhenger i stor grad av bedriftens størrelse, kostnadene for elektrisk energi og råvarer, men likevel viser de at kontaktmetoden for å produsere HNO 3 er bestemt til å innta en dominerende posisjon i nær fremtid sammenlignet med andre metoder.

se også

En monobasisk sterk syre, som er en fargeløs væske under standardforhold, som blir gul under lagring, kan være i fast tilstand, karakterisert ved to krystallinske modifikasjoner (monoklinisk eller rombisk gitter), ved temperaturer under minus 41,6 °C. Dette stoffet med den kjemiske formelen - HNO3 - kalles salpetersyre. Den har en molar masse på 63,0 g/mol, og dens tetthet tilsvarer 1,51 g/cm³. Kokepunktet til syren er 82,6 °C, prosessen er ledsaget av dekomponering (delvis): 4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2. En sur løsning med en massefraksjon av hovedstoffet lik 68 % koker ved en temperatur på 121 °C. ren substans tilsvarer 1.397. Syren kan blandes med vann i alle forhold og, som en sterk elektrolytt, brytes nesten fullstendig ned til H+ og NO3-ioner. Faste former - trihydrat og monohydrat har formelen: HNO3. 3H2O og HNO3. H2O henholdsvis.

Salpetersyre er et etsende, giftig stoff og et sterkt oksidasjonsmiddel. Siden middelalderen har navnet "sterkt vann" (Aqua fortis) vært kjent. Alkymister som oppdaget syren på 1200-tallet ga den dette navnet, overbevist om dens ekstraordinære egenskaper (den korroderte alle metaller unntatt gull), som var en million ganger større enn styrken til eddiksyre, som i disse dager ble ansett som den mest aktive . Men tre århundrer senere ble det funnet at til og med gull kan korroderes av en blanding av syrer som salpetersyre og saltsyre i et volumforhold på 1:3, som av denne grunn ble kalt "regiavann". Utseendet til en gul fargetone under lagring forklares av akkumulering av nitrogenoksider i den. På salg finner man ofte syre med en konsentrasjon på 68%, og når innholdet av hovedstoffet er mer enn 89%, kalles det "rykende".

De kjemiske egenskapene til salpetersyre skiller den fra fortynnede svovel- eller saltsyrer ved at HNO3 er et sterkere oksidasjonsmiddel, så hydrogen frigjøres aldri i reaksjoner med metaller. På grunn av dens oksiderende egenskaper, reagerer den også med mange ikke-metaller. I begge tilfeller dannes det alltid nitrogendioksid NO2. I redoksreaksjoner skjer nitrogenreduksjon i varierende grad: HNO3, NO2, N2O3, NO, N2O, N2, NH3, som bestemmes av syrekonsentrasjonen og aktiviteten til metallet. Molekylene til de resulterende forbindelsene inneholder nitrogen med oksidasjonstilstanden: henholdsvis +5, +4, +3, +2, +1, 0, +3. For eksempel oksideres kobber med konsentrert syre til kobber(II)nitrat: Cu + 4HNO3 → 2NO2 + Cu(NO3)2 + 2H2O, og fosfor til metafosforsyre: P + 5HNO3 → 5NO2 + HPO3 + 2H2O.

Ellers interagerer fortynnet salpetersyre med ikke-metaller. Ved å bruke eksempelet på reaksjonen med fosfor: 3P + 5HNO3 + 2H2O → 3H3PO4 + 5NO, kan man se at nitrogen reduseres til den toverdige tilstanden. Som et resultat dannes nitrogenmonoksid, og fosfor oksideres til Konsentrert salpetersyre blandet med saltsyre løser opp gull: Au + 4HCl + HNO3 → NO + H + 2H2O og platina: 3Pt + 18HCl + 4HNO3 → 4NO +3H2 + . I disse reaksjonene, i det innledende stadiet, oksideres saltsyre med salpetersyre, frigjør klor, og deretter danner metallene komplekse klorider.

Salpetersyre produseres i industriell skala på tre hovedmåter:

1. Den første er interaksjonen mellom salter og svovelsyre: H2SO4 + NaNO3 → HNO3 + NaHSO4. Tidligere var dette den eneste metoden, men med bruk av andre teknologier brukes den nå i laboratorieforhold for å få rykende syre.
2. Den andre er buemetoden. Når luft blåses gjennom med en temperatur på 3000 til 3500 °C, reagerer en del av nitrogenet i luften med oksygen, noe som resulterer i dannelse av nitrogenmonoksid: N2 + O2 → 2NO, som etter avkjøling oksideres til nitrogendioksid. (ved høye temperaturer interagerer ikke monoksidet med oksygen): O2 + 2NO → 2NO2. Da løses praktisk talt alt nitrogendioksid, med et overskudd av oksygen, i vann: 2H2O + 4NO2 + O2 → 4HNO3.
3. Den tredje er ammoniakkmetoden. Ammoniakk oksideres på en platinakatalysator til nitrogenmonoksid: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O. De resulterende nitrøse gassene avkjøles og danner nitrogendioksid, som absorberes av vann. Denne metoden produserer syre med en konsentrasjon på 60 til 62%.

Salpetersyre er mye brukt i industrien for å produsere medikamenter, fargestoffer, nitrogengjødsel og salpetersyresalter. I tillegg brukes det til å løse opp metaller (f.eks. kobber, bly, sølv) som ikke reagerer med andre syrer. I smykker brukes det til å bestemme gull i en legering (dette er hovedmetoden).

Salpetersyre er en av de viktigste nitrogenforbindelsene. Kjemisk formel – HNO 3. Så hvilke fysiske og kjemiske egenskaper har dette stoffet?

Fysiske egenskaper

Ren salpetersyre er fargeløs, har en skarp lukt og har egenskapen til å "røyke" når den utsettes for luft. Den molare massen er 63 g/mol. Ved en temperatur på -42 grader blir den til en fast aggregeringstilstand og blir til en snøhvit masse. Vannfri salpetersyre koker ved 86 grader. Når det blandes med vann, danner det løsninger som skiller seg fra hverandre i konsentrasjon.

Dette stoffet er monobasisk, det vil si at det alltid har en karboksylgruppe. Blant syrene som er kraftige oksidasjonsmidler, er salpetersyre en av de sterkeste. Det reagerer med mange metaller og ikke-metaller, organiske forbindelser på grunn av nitrogenreduksjon

Nitrater er salter av salpetersyre. De brukes oftest som gjødsel i landbruket.

Kjemiske egenskaper

Den elektroniske og strukturelle formelen for salpetersyre er avbildet som følger:

Ris. 1. Elektronisk formel for salpetersyre.

Konsentrert salpetersyre utsettes for lys og er under påvirkning i stand til å spaltes til nitrogenoksider. Oksydene på sin side interagerer med syren, løses opp i den og gir væsken en gulaktig fargetone:

4HNO3 =4NO2+O2 +2H2O

Stoffet skal oppbevares på et kjølig og mørkt sted. Når temperaturen og konsentrasjonen øker, skjer nedbrytningsprosessen mye raskere. Nitrogen i et salpetersyremolekyl har alltid en valens på IV, en oksidasjonstilstand på +5 og et koordinasjonstall på 3.

Siden salpetersyre er en veldig sterk syre, brytes den fullstendig ned til ioner i løsninger. Det reagerer med basiske oksider, med baser og med salter av svakere og mer flyktige syrer.

Ris. 2. Salpetersyre.

Denne monobasiske syren er et sterkt oksidasjonsmiddel. Salpetersyre angriper mange metaller. Avhengig av konsentrasjonen, aktiviteten til metallet og reaksjonsforholdene, kan den reduseres ved samtidig dannelse av et salpetersyresalt (nitrat) til forbindelser.

Når salpetersyre reagerer med lavaktive metaller, dannes NO 2:

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

Fortynnet salpetersyre i denne situasjonen reduseres til NEI:

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

Hvis flere aktive metaller reagerer med fortynnet salpetersyre, frigjøres NO 2:

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

Svært fortynnet salpetersyre, når den interagerer med aktive metaller, reduseres til ammoniumsalter:

4Zn+10HNO 3 (veldig fortynnet)=4Zn(NO 3) 2 +NH 4 NO 3 +3H 2 O

Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti er stabile i konsentrert salpetersyre. Det "passiverer" metallene Al, Fe, Cr som et resultat av dannelsen av oksidfilmer på overflaten av metallene.

En blanding dannet av ett volum konsentrert salpetersyre og tre volum konsentrert saltsyre (saltsyre) kalles "regiavann".

Ris. 3. Royal vodka.

Ikke-metaller oksideres med salpetersyre til de tilsvarende syrene, og salpetersyre, avhengig av konsentrasjonen, reduseres til NO eller NO 2:

C + 4HNO3 (konsentrert) = CO2 +4NO2 +2H2O

S+6HNO3 (konsentrert)=H2SO4 +6NO2 +2H2O

Salpetersyre er i stand til å oksidere noen kationer og anioner, så vel som uorganiske kovalente forbindelser, slik som hydrogensulfid.

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

Salpetersyre interagerer med mange organiske stoffer, og ett eller flere hydrogenatomer i molekylet til det organiske stoffet erstattes av nitrogrupper - NO 2. Denne prosessen kalles nitrering.

23. februar 2018

Et av de viktigste produktene som brukes av mennesker er nitratsyre. Formelen til stoffet er HNO 3, og det har også ulike fysiske og kjemiske egenskaper som skiller det fra andre uorganiske syrer. I vår artikkel vil vi studere egenskapene til salpetersyre, bli kjent med metodene for tilberedning, og også vurdere anvendelsesområdet for stoffet i ulike bransjer, medisin og landbruk.

Funksjoner av fysiske egenskaper

Salpetersyre oppnådd i laboratoriet, hvis strukturformel er gitt nedenfor, er en fargeløs væske med en ubehagelig lukt, tyngre enn vann. Den fordamper raskt og har et lavt kokepunkt på +83 °C. Forbindelsen blandes lett med vann i alle proporsjoner, og danner løsninger med varierende konsentrasjoner. Dessuten kan nitratsyre absorbere fuktighet fra luften, det vil si at det er et hygroskopisk stoff. Strukturformelen til salpetersyre er tvetydig og kan ha to former.

Nitratsyre eksisterer ikke i molekylær form. I vandige løsninger av forskjellige konsentrasjoner har stoffet form av følgende partikler: H 3 O + - hydroniumioner og anioner av syreresten - NO 3 -.

Syre-base interaksjon

Salpetersyre, som er en av de sterkeste syrene, gjennomgår substitusjons-, utvekslings- og nøytraliseringsreaksjoner. Dermed deltar forbindelsen i metabolske prosesser med basiske oksider, noe som resulterer i produksjon av salt og vann. Nøytraliseringsreaksjonen er den grunnleggende kjemiske egenskapen til alle syrer. Produktene av interaksjonen mellom baser og syrer vil alltid være de tilsvarende salter og vann:

NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O

Video om emnet

Reaksjoner med metaller

I et molekyl av salpetersyre, hvis formel er HNO 3, viser nitrogen den høyeste oksidasjonstilstanden, lik +5, så stoffet har uttalte oksiderende egenskaper. Som en sterk syre er den i stand til å reagere med metaller i aktivitetsserien av metaller opp til hydrogen. Men i motsetning til andre syrer kan den også reagere med passive metallelementer, for eksempel kobber eller sølv. Reagensene og produktene av interaksjonen bestemmes både av konsentrasjonen av selve syren og av aktiviteten til metallet.

Fortynnet salpetersyre og dens egenskaper

Hvis massefraksjonen av HNO 3 er 0,4-0,6, viser forbindelsen alle egenskapene til en sterk syre. For eksempel dissosieres det til hydrogenkationer og anioner av syreresten. Indikatorer i et surt miljø, som fiolett lakmus, endrer fargen til rød i nærvær av overflødige H + -ioner. Det viktigste trekk ved reaksjoner av nitratsyre med metaller er manglende evne til å frigjøre hydrogen, som oksideres til vann. I stedet dannes ulike forbindelser - nitrogenoksider. For eksempel, i prosessen med interaksjon av sølv med molekyler av salpetersyre, hvis formel er HNO 3, oppdages nitrogenmonoksid, vann og et salt - sølvnitrat. Graden av oksidasjon av nitrogen i det komplekse anionet avtar når tre elektroner tilsettes.

Nitratsyre reagerer med aktive metallelementer, som magnesium, sink, kalsium, for å danne nitrogenoksid, hvis valens er den minste, den er lik 1. Salt og vann dannes også:

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

Hvis salpetersyre, hvis kjemiske formel er HNO 3, er veldig fortynnet, i dette tilfellet vil produktene av dens interaksjon med aktive metaller være forskjellige. Dette kan være ammoniakk, fritt nitrogen eller nitrogenoksid (I). Alt avhenger av eksterne faktorer, som inkluderer graden av metallsliping og temperaturen på reaksjonsblandingen. For eksempel vil ligningen for dens interaksjon med sink være som følger:

Zn + 4HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Konsentrert HNO 3 (96-98%) syre i reaksjoner med metaller reduseres til nitrogendioksid, og dette er vanligvis ikke avhengig av metallets posisjon i N. Beketov-serien. Dette skjer i de fleste tilfeller, for eksempel ved interaksjon med sølv.

La oss huske unntaket fra regelen: konsentrert salpetersyre under normale forhold reagerer ikke med jern, aluminium og krom, men passiviserer dem. Dette betyr at det dannes en beskyttende oksidfilm på overflaten av metaller som hindrer ytterligere kontakt med syremolekyler. En blanding av stoffet med konsentrert kloridsyre i forholdet 3:1 kalles kongevann. Den har evnen til å løse opp gull.

Hvordan nitratsyre reagerer med ikke-metaller

De sterke oksiderende egenskapene til stoffet fører til det faktum at sistnevnte i sine reaksjoner med ikke-metalliske elementer forvandles til form av de tilsvarende syrene. For eksempel blir svovel oksidert til sulfatsyre, bor til borsyre og fosfor til fosfatsyre. Reaksjonsligningene nedenfor bekrefter dette:

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

Fremstilling av salpetersyre

Den mest praktiske laboratoriemetoden for å oppnå stoffet er interaksjonen av nitrater med konsentrert sulfatsyre. Det utføres med lav oppvarming, og unngår en økning i temperaturen, siden det resulterende produktet i dette tilfellet brytes ned.

I industrien kan salpetersyre produseres på flere måter. For eksempel ved oksidasjon av ammoniakk hentet fra luftnitrogen og hydrogen. Syreproduksjonen foregår i flere stadier. Mellomprodukter vil være nitrogenoksider. Først dannes nitrogenmonoksid NO, deretter oksideres det av atmosfærisk oksygen til nitrogendioksid. Til slutt, i en reaksjon med vann og overskudd av oksygen, produseres fortynnet (40-60%) nitratsyre fra NO 2. Hvis den destilleres med konsentrert sulfatsyre, kan massefraksjonen av HNO 3 i løsningen økes til 98.

Den ovenfor beskrevne metoden for produksjon av nitratsyre ble først foreslått av grunnleggeren av nitrogenindustrien i Russland I. Andreev på begynnelsen av det 20. århundre.

applikasjon

Som vi husker, er den kjemiske formelen for salpetersyre HNO 3. Hvilket trekk ved de kjemiske egenskapene bestemmer bruken hvis nitratsyre er et storskalaprodukt av kjemisk produksjon? Dette er den høye oksidasjonsevnen til et stoff. Det brukes i farmasøytisk industri for å skaffe legemidler. Stoffet fungerer som et utgangsmateriale for syntese av eksplosive forbindelser, plast og fargestoffer. Nitratsyre brukes i militær teknologi som et oksidasjonsmiddel for rakettdrivstoff. Et stort volum av det brukes i produksjonen av de viktigste typene nitrogengjødsel - salpeter. De bidrar til å øke utbyttet av de viktigste landbruksvekstene og øke proteininnholdet i frukt og grønnmasse.

Bruksområder for nitrater

Etter å ha undersøkt de grunnleggende egenskapene, produksjonen og bruken av salpetersyre, vil vi fokusere på bruken av dens viktigste forbindelser - salter. De er ikke bare mineralgjødsel, noen av dem er av stor betydning i militærindustrien. For eksempel kalles en blanding bestående av 75 % kaliumnitrat, 15 % fint kull og 5 % svovel svart pulver. Ammonal, et eksplosiv, er hentet fra ammoniumnitrat, samt kull og aluminiumspulver. En interessant egenskap til nitratsyresalter er deres evne til å dekomponere når de varmes opp.

Dessuten vil reaksjonsproduktene avhenge av hvilket metallion som er inkludert i saltet. Dersom et metallelement befinner seg i aktivitetsserien til venstre for magnesium, finnes nitritt og fritt oksygen i produktene. Hvis metallet som er inkludert i nitratet er lokalisert fra magnesium til kobber inklusive, dannes nitrogendioksid, oksygen og oksid av metallelementet når saltet varmes opp. Salter av sølv, gull eller platina ved høye temperaturer danner fritt metall, oksygen og nitrogendioksid.

I artikkelen vår fant vi ut hva den kjemiske formelen for salpetersyre er i kjemi, og hvilke funksjoner ved dens oksiderende egenskaper er viktigst.