АЗОТНА КИСЛОТА, HNO 3 виходить розчиненням оксидів азоту у воді:
3NO 2 + H 2 O = 2HN 3 + NO
N 2 O 3 + H 2 O = HNO 3 + NO
N 2 O 5 + H 2 O = 2HNO 3
Фізичні властивості азотної кислоти. Молярна вага – 63,016; безбарвна рідина з характерним запахом; температура кипіння 86 °, температура плавлення -47 °; питома вага 1,52 за 15°; при перегонці завдяки розкладу 2HNО 3 = N 2 Про 3 + 2О + H 2 Про азотна кислота відразу виділяє кисень, N 2 Про 3 і воду; поглинання останньої викликає підвищення температури кипіння. У водному розчині міцна азотна кислота зазвичай містить оксиди азоту і приготування абсолютно безводної азотної кислоти становить значні труднощі. Отримати безводну азотну кислоту перегонкою неможливо, оскільки мінімум пружності мають водні розчини азотної кислоти, т. е. додавання води до кислоти і знижує пружність пари (і підвищує температуру кипіння). Тому внаслідок перегонки слабкої кислоти (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 підвищеному тиску- З великим вмістом HNO 3 . Кислота D = 1,503 (85%), очищена продуванням повітря від N 2 Про 4 , дає при перегонці залишок з 77,1% HNО 3 . Кислота D = 1,55 (99,8%) дає при перегонці спочатку сильно забарвлений оксидами азоту розчин D = 1,62, а залишку кислоту D = 1,49. Т. о. у залишку при перегонці азотної кислоти завжди виявляється кислота, що відповідає мінімуму пружності (максимуму температури кипіння). Безводну кислоту можна отримати лише при змішуванні міцної (99,1%) азотної кислоти з азотним ангідридом.
Виморожуванням, мабуть, не можна отримати кислоту понад 99,5%. При нових способах (Валентинера) добування азотної кислоти з селітри кислота виходить досить чистою, при старих доводилося її очищати переважно від хлористих сполук і від парів N 2 Про 4 . Найбільш міцна кислота має D 0 = 1,559, D 15 = 1,53, а 100%-на HNO 3 - D 4 = 1,5421 (Велей та Манлей); 100% кислота димить на повітрі і притягує пари води так само сильно, як і сірчана кислота. Кислота з D = 1,526 при змішуванні зі снігом нагрівається.
Теплоти освіти (з 1/2 Н 2 + 1 / 2 N 2 + 3 / 2 O 2):
HNO 3 - пар + 34400 cal
HNO 3 – рідина + 41600 cal
HNO 3 – кристали + 42200 cal
HNO 3 – розчин + 48800 cal
Теплоти розведення: при додаванні до HNO 3 однієї частинки Н 2 O - 3,30 Cal, двох частинок - 4,9 Cal, п'яти частинок - 6,7 Cal, десяти - 7,3 Cal. Подальший додаток дає мізерне підвищення теплового ефекту. У вигляді кристалів виходять:
1) HNO 3 · H 2 O = H 3 NO 4 - ромбічні, що нагадують AgNО 3 таблички, температура плавлення = -34 ° (-38 °);
2) HNО 3 (H 2 O) 2 = H 5 NO 5 - голки, температура плавлення -18 °, 2, стійкі лише нижче -15 °. Крива температур кристалізації водної кислоти має три евтектики (при -66°,3, при -44°,2, при -43°) і два максимуми (HNО 3 ·H 2 Про -38°, HNО 3 ·3H 2 Про -18 °,2). Ті ж особливі точки спостерігаються для теплот розчинення і для переломів кривої електропровідності, але на останній ще помічені 2HNO 3 ·Н 2 Про та HNО 3 ·10Н 2 О. З щойно сказаного і за аналогією з фосфорними кислотами випливає, що в розчинах азотної кислоти є її гідрат HNO 3 але він дуже легко розкладається, що і обумовлює високу реакційну здатність HNO 3 . Азотна кислота, що містить в розчині NO 2 називається димлячою(червоний).
Хімічні властивості. Чиста HNO 3 легко розкладається та забарвлюється в жовтуватий колірзавдяки реакції 2HNO 3 = 2NO 2 + O 2 + H 2 Oі поглинання азотноватого ангідриду, що утворився. Чиста азотна кислота і взагалі міцна азотна кислота стійка лише за низької температури. Основною ознакою азотної кислоти є її надзвичайно сильна окислювальна здатність за рахунок віддачі кисню. Так, при дії на метали (крім Pt, Rh, Ir, Au, на які HNО 3 за відсутності хлору не діє) азотна кислота окислює метал з виділенням оксидів азоту тим меншою мірою окислення, чим енергійніше як відновник був метал, що окислюється. Наприклад, свинець (Рb) та олово (Sn) дають N 2 O 4 ; срібло - переважно N 2 O 3 . Сірка, особливо свіжоосаджена, легко окислюється, фосфор при легкому підігріванні перетворюється на фосфористу кислоту. Вугілля, розжарений до червоної, спалахує в парах азотної кислоти і в самій азотній кислоті. Окислююча дія червоної кислоти, що димить, більша, ніж безбарвної. Залізо, занурене у ній, стає пасивним і не піддається дії кислоти. На циклічні органічні сполуки(бензол, нафталін і т. п.) азотна кислота безводна або в суміші з сірчаною кислотою, діє дуже сильно, даючи нітросполук С 6 Н 5 Н + HNО 3 = C 6 H 5 NO 2 + НОН. Нітрація парафінів йде повільно, до того ж тільки при дії слабкої кислоти ( великий ступіньіонізації). В результаті взаємодії речовин, що містять гідроксил (гліцерин, клітковина), з азотною кислотою виходять азотнокислі ефіри, неправильно звані нітрогліцерином, нітроклітковиною тощо. .
Аналіз. Для виявлення слідів азотної кислоти застосовують: 1) дифеніленданилодігідротріазол (у продажу - «нітрон»); 5 або 6 крапель 10%-ного розчину нітрону в 5%-ній оцтовій кислотідоливають до 5-6 см 3 досліджуваного розчину, додавши до нього заздалегідь одну краплю H 2 SО 4: у разі присутності помітних кількостей іонів NО 3 виділяється рясний осад, при дуже слабких розчинах виділяються голчасті кристали; при 0° можна відкрити за допомогою нітрона навіть 1/80000 HNО3; 2) бруцин у вступному розчині; змішують з досліджуваним розчином і обережно доливають по стінці пробірки до міцної сірчаної кислоти; на місці зіткнення обох шарів у пробірці утворюється рожево-червоне фарбування, що переходить знизу в зелене.
Для визначення кількості HNО 3 в розчині димної азотної кислоти потрібно протитрувати N 2 Про 4 розчином КМnO 4 визначити щільність рідини ареометром і відняти вказану в особливій таблиці поправку на вміст N 2 O 4 .
Промислові способи добування азотної кислоти. Видобувається азотна кислота гол. обр. із селітри. Раніше добування селітри велося у т.з. «селитреницях» (salpetriere), або «буртах», де, в результаті перемішування гною, сечі тощо. зі старою штукатуркою, поступово, частково завдяки дії бактерій, відбувається окислення сечовини та інших органічних сполук азоту (аміни, аміди тощо) в азотній кислоті, що утворює з вапняком кальцієву селітру. У спекотні дні, особливо на півдні (наприклад, в Індії та в Середньої Азії), процес йде дуже швидко.
У Франції в 1813 р. видобували з селітряниць до 2000000 кг селітри. 25 великих тварин дають близько 500 кг селітри на рік. У деяких місцевостях, з основним ґрунтом, багатим на тваринні залишки (наприклад, Кубанська область), можлива наявність у ґрунті помітної, але недостатньої для добування, кількості селітри. Помітні кількості видобувалися в долині Ганга і знаходяться в наших середньоазіатських фортецях, де запаси грунту, що містить селітру, сягають 17 т у кожному місці, але вміст у ньому селітри не більше 3%. Поклади натрієвої селітри - чилійської - було відкрито 1809 р.; вони знаходяться переважно в провінції Тарапака, між 68° 15" і 70° 18" східної довготи і 19° 17" і 21° 18" південної широти, але зустрічаються і на південь і на північ (у Перу і в Болівії); їхнє родовище розташоване на висоті 1100 м над рівнем моря. Поклади мають протягом близько 200 км довжини, 3-5 км ширини, вміст NaNO 3 у середньому 30-40%. Запасів, приймаючи щорічне зростання споживання 50000 т, може вистачити на 300 років. У 1913 р. вивезено 2738000 т, але вивезення до Європи дещо зменшився, хоча, після дуже помітного падіння вивезення під час війни, він знову трохи підвищився з 1920 р. Зазвичай зверху лежить «вогнище» (50 см - 2м товщини), що складається з кварцового і полевошпатового піску, а під нею «каліхе» (25 см - 1,5 м), що містить селітру (поклади знаходяться в пустелі поруч із покладами солі та борнокальцієвої солі). Склад «калихи» дуже різноманітний; у ньому NaNО 3 - від 30% до 70%, йодистих і йодних солей - до 2%, хлористого натрію - 16-30%, сірчанокислих солей - до 10%, магнієвих - до 6%. Найкращі сорти містять у середньому: NaNO 3 – 50%, NaCl – 26%, Na 2 SO 4 – 6%, MgSO 4 – 3%. Розчин NaNO 3 ведеться при високій температуріщоб розчин перейшло набагато більше NaNО 3 , ніж NaCl, розчинність якого трохи збільшується з температурою. З 3 т «каліхе» виходить 1 т сирої селітри із середнім вмістом 95-96% селітри. З 1 л маткового розсолу зазвичай виходить 2,5-5 г йоду. Зазвичай сира селітра бурого кольору через домішку окису заліза. Для добрива застосовують селітру, що містить до 1-2% хлористих сполук. Чистий натрій азотнокислий безбарвний, прозорий, не гігроскопічний, якщо не містить хлористих сполук; кристалізується у кубах. Для отримання азотної кислоти селітру нагрівають із сірчаною кислотою; взаємодія йде за рівнянням:
NaNO 3 + H 2 SO 4 = HNO 3 + NaSO 4
т. е. одержують кислий сульфат. Останній можна застосувати для добування хлороводню прожарюванням суміші NaHSО 4 і NaCl в муфелях. Для взаємодії щодо рівняння
теоретично необхідно взяти на 100 кг NaNО 3 57,6 кг H 2 SО 4 або 60 кг кислоти 66 ° В. Насправді, щоб уникнути розкладання, сірчаної кислоти беруть на 20-30% більше. Взаємодія ведуть у горизонтальних циліндричних залізних ретортах 1,5 м довжини, діаметром 60 см, зі стінками в 4 см товщини. У кожен циліндр входить 75 кг селітри та 75 кг H 2 SО 4 . Пари проводять спочатку через кераміковий холодильник, що охолоджується водою, або через похилу керамікову трубу, потім через поглиначі: «балони» або «бонбони», тобто великі керамікові «вульфові склянки». Якщо взята сірчана кислота 60° (71%) і в перший поглинач поміщено 4 кг води на 100 кг селітри, то вийде кислота в 40-42° (38-41%); застосувавши кислоту в 66° (99,6%) і суху селітру, отримаємо 50° (53%); для отримання кислоти в 36 ° В, в перший поглинач поміщають 8 л води, в другий - 4 л, а в наступні по 2,6 л. Димну азотну кислоту отримують, діючи на селітру вдвічі меншою кількістю сірчаної кислоти, ніж слідує за розрахунком. Тому способу виходить кислота, забруднена хлористим нітрозилом та іншими речовинами, що відходять на початку процесу, та окислами азоту - наприкінці відгону. Окиси азоту порівняно легко відігнати, продуючи через кислоту струм повітря. Набагато вигіднішою є робота в ретортах, що охоплюються з усіх боків вогнем і мають знизу трубу для випуску бісульфату, що містить помітну кількість кислоти. Справа в тому, що чавун не роз'їдається кислотою, якщо він достатньо нагрітий і якщо зіткнення вогнем з усіх боків гарантує осадження крапель кислоти. У подібних ретортах (1,20 шириною і 1,50 м діаметром, з товщиною стінок 4-5 см) селітру обробляють сірчаною кислотою з розрахунку 450 кг і навіть 610 кг селітри на 660 кг H 2 SО 4 (66 ° В). Замість балонів часто застосовують вертикальні труби або з'єднують ці труби з балонами.
За способом Гутмана розкладання проводиться в чавунних ретортах, складених із кількох частин (фіг. 1 та 1а); частини з'єднані замазкою, що складається зазвичай з 100 ч. залізної тирси, 5 ч. сірки, 5 ч. хлористого амонію з можливо малою кількістю води; реторти і, наскільки можна, завантажувальний люк укладено в цегляну кладку і нагріваються пічними газами.
У реторту завантажують 800 кг селітри і 800 кг 95% сірчаної кислоти і ведуть перегонку 12 год.; при цьому витрачається близько 100 кг вугілля. Застосовуються також циліндричні реторти. Пари, що виділяються, потрапляють спочатку в балон 8; потім проходять ряд керамікових труб, 12 та 13, поміщених у дерев'яний короб з водою; тут пари згущуються в азотну кислоту, яка стікає по трубах 22 установки Гутмана, і 23 збірник 28, сюди ж потрапляє і конденсат з балона 8; азотна кислота, що не згустилася в трубах 12, потрапляє через 15а в вежу, заповнену кулями і омивається водою; останні сліди кислоти, не поглинені у вежі, уловлюються в балоні 43а; гази через трубу 46а відносяться в димову трубу. Для окислення окислів азоту, що утворюються при перегонці, до газів безпосередньо при виході з реторти домішується повітря. Якщо у виробництві застосовується міцна сірчана кислота і висушена селітра, то виходить безбарвна 96-97% азотна кислота. Майже вся кислота конденсується в трубах, лише мала частина (5%) поглинається в вежі, даючи 70% азотну кислоту, яку додають до наступного завантаження селітри. Т. о. виходить безбарвна азотна кислота, позбавлена хлору, з виходом 98-99% від теорії. Спосіб Гутмана набув великого поширення через простоту та дешевизну установки.
З селітри добувають 96-100% кислоту за способом Валентинера, перегонкою під зменшеним тиском (30 мм) в чавунних ретортах суміші з 1000 кг NaNО 3 , 1000 кг H2SО 4 (66°Вẻ) і такої кількості слабкої кислоти HNO 3 , щоб з нею запровадити 100 кг води. Перегонка йде 10 год., причому весь час вводиться повітря в метал. Взаємодія йде при 120 °, але в кінці процесу відбувається «криза» (1 година) і можливі сильні поштовхи (при 120-130 °). Після цього нагрівання доводиться до 175-210 °. Дуже важливе правильне згущення та уловлювання кислоти. Пари з реторти надходять у балон, з нього в 2 сильно охолоджувані змійовики, з них до збірки (типу вульфової склянки), за ним знову поставлений змійовик і далі 15 балонів, за якими поміщений насос. При 1000 кг завантаження NaNО 3 о 6-8 год. виходить 600 кг HNO 3 (48° Вẻ), тобто 80% від норми.
Для отримання азотної кислоти з норвезької селітри (кальцієвої) останню розчиняють, додають міцну азотну кислоту та домішують сірчану кислотупісля чого відфільтровують азотну кислоту від гіпсу.
Зберігання та упаковка. Для зберігання азотної кислоти можна застосовувати скляний, шамотовий і чисто алюмінієвий (не більше 5% домішок) посуд, а також посуд із спеціальної кремнистої кислототривкої сталі Круппа (V2A). Т. до. при дії міцної азотної кислоти на дерево, тирсу, ганчірки, змочені олією, і т. п. можливі спалахи та пожежі (наприклад, якщо лусне сулія при перевезенні), то перевозити азотну кислоту можна лише в спеціальних поїздах. Особливо легко при нагріванні спалахує скипидар при попаданні у міцну азотну кислоту.
Застосування: 1) у вигляді солей для добрива; 2) для отримання вибухових речовин; 3) для отримання напівфабрикатів для барвників, а частково і самих барвників. Гол. обр. застосовуються солі азотної кислоти або селітри (натрієва, амонійна, кальцієва та калійна) для добрив. У 1914 р. світове споживання азоту як чилійської селітри сягало 368000 т і як азотної кислоти з повітря - 10000 т. У 1925 р. споживання мало дійти до 360000 т азотної кислоти з повітря. Споживання азотної кислоти сильно зростає під час війни через витрати на вибухові речовини, головними з яких є нітрогліцерин і нітроклітковини різних типів, нітросполуки (нітротолуол, тротил, мелініт і т. д.) та речовини для запалів (гримуча ртуть). У мирний часазотна кислота витрачається на добування нітросполук, наприклад, нітробензолу, для переходу до барвників через анілін, що виходить з нітробензолу відновленням. Значна кількість азотної кислоти застосовується для травлення металів; солі азотної кислоти (селітри) застосовуються для вибухових речовин (амонійна селітра - у бездимних, калійна - у димних порохах) та для феєрверків (барієва селітра - для зеленого кольору).
Стандарт азотної кислоти. Стандарт азотної кислоти існує поки що тільки в СРСР і затверджений Комітетом зі стандартизації при СТО як загальносоюзний обов'язкового стандарту(ОСТ-47) для кислоти 40° Вẻ. Стандарт встановлює вміст HNО 3 в азотній кислоті 61,20% і обмежує вміст домішок: сірчаної кислоти не більше 0,5%, хлору не більше 0,8%, заліза не більше 0,01%, твердого залишку не більше 0,9 %; стандартна азотна кислота має містити осаду. Стандарт регулює взаємовідносини продавця та покупця, жорстко регламентуючи методику відбору проб та виробництва аналізів. Вміст азотної кислоти визначається додаванням до кислоти NaOH та зворотним титруванням кислотою. Зміст сірчаної кислоти визначається у вигляді BaSО 4 осадженням ВаСl 2 . Вміст хлору визначають титруванням лужному середовищіазотнокислим сріблом. Вміст заліза визначають осадженням полуторних оксидів аміаком, відновленням окисного заліза в закисне та подальшим титруванням КМnO 4 . Упаковка азотної кислоти не має поки що стандартного характеру. Не торкаючись розміру, ваги та якості тари, стандарт зумовлює упаковку азотної кислоти у скляний посуд і дає вказівки, як її упаковувати та закупорювати.
Одержання азотної кислоти.
I. З повітря. Синтез азотної кислоти з повітря при дії вольтової дуги повторює до певної мірипроцес, що відбувається у природі під впливом розрядів атмосферної електрики. Кавендіш перший спостерігав (1781 р.) утворення оксидів азоту при горінні Н 2 у повітрі, а потім (1784 р.) і при проскакуванні електричної іскри через повітря. Мутман і Гофер в 1903 перші спробували вивчити рівновагу: N 2 + О 2 2NO. Пропускаючи через повітря вольтову дугу змінного струму в 2000-4000 V вони практично досягли концентрації NО від 3,6 до 6,7 об'ємних %. Витрата енергії на 1 кг HNО 3 у них досягала 7,71 kWh. Цю рівновагу потім вивчав Нернст, пропускаючи повітря через іридієву трубку. Далі у тому напрямі працювали Нернст з Еллінеком та інших. дослідники. Шляхом екстраполювання експериментальних результатівдослідження рівноваги між повітрям та окисом азоту Нернсту вдалося обчислити, що в правій частині рівняння встановлюється при температурі 3750° (тобто приблизно при температурі вольтової дуги) вміст 7 об'ємних % NО.
Пріоритет ідеї технічного використаннявольтової дуги для фіксації атмосферного азотуналежить французькій дослідниці Лефебр, яка ще 1859 р. запатентувала в Англії свій метод отримання азотної кислоти з повітря. Але тоді вартість електричної енергіїбула надто висока, щоб метод Лефебр міг отримати практичне значення. Слід зазначити ще патенти Мак Дугаля (Ан. П. 4633, 1899 р.) і здійснений у технічному масштабі метод Bradley і Lovejoy, що експлуатувався в 1902 р. американською фірмою Atmospheric Products (з 1 млн. дол. капіталу) з використання енергії Ніагарського водоспаду. До цього часу слід віднести спроби використання напруги в 50000 V для фіксації атмосферного азоту, зроблені Ковальським та його співробітником І. Мосціцьким. Але перший суттєвий успіх у справі фабрикації азотної кислоти з повітря принесла історична ідеянорвезького інженера Біркелянда, яка полягала в тому, щоб використовувати для підвищення виходів оксидів азоту при пропусканні через повітря дуги вольта здатність останньої розтягуватися в сильному електромагнітному полі. Цю думку Біркелянд поєднав з іншим норвезьким інженером Ейде втілив у технічну установку, що відразу ж дала рентабельну можливість отримання з повітря азотної кислоти. Завдяки постійній зміні напрямку струму і дії електромагніту полум'я вольтової дуги, що утворюється, має весь час тенденцію як би роздмухуватися в різні сторони, Що призводить до утворення швидко переміщується весь час зі швидкістю до 100 м/сек вольтової дуги, що створює враження широкого електричного сонця, що спокійно горить, діаметром в 2 м і більше. Через це сонце безперервно продувається сильний струмінь повітря, а саме сонце укладено в ковану міддю особливу піч з вогнетривкої глини (фіг. 1, 2 і 3).
Порожнисті електроди вольтової дуги зсередини охолоджуються водою. Повітря через канали ау шамотовій кладці печі надходить у дугову камеру b; через окислений газ залишає піч і охолоджується з використанням його тепла для нагрівання котлів випарювальних апаратів. Після цього NО надходить у окислювальні вежі, де окислюється за рахунок кисню повітря до NO2. Останній процес є екзотермічним процесом (2NO + О 2 = 2NО 2 + 27Cal), і тому умови, що збільшують поглинання тепла, значно сприяють реакції в цьому напрямку. Далі, двоокис азоту поглинається водою відповідно до наступних рівнянь:
3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO
2NO 2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2
За іншим способом, реагує суміш газів перед поглинанням охолоджують нижче 150°; за цієї температури зворотне розкладання – NO 2 = NO + O майже немає місця. Маючи на увазі, що за деяких умов рівновага NO + NО 2 N 2 Про 3 встановлюється з максимальним вмістом N 2 Про 3 можна отримати, поливаючи гарячі нітритні гази ще до повного їх окислення, при температурі від 200 до 300°, розчином соди або їдкого натрузамість азотнокислих солей - чисті нітрити (метод Norsk Hydro). При виході з печі повітря, що продувається, містить від 1 до 2% оксидів азоту, які зараз же вловлюються зустрічними струменями води і потім нейтралізуються вапном з утворенням кальцієвої, так зв. "норвезької" селітри. На проведення самого процесу N 2 + Про 2 2NO - 43,2 Cal потрібно витрати порівняно лише незначної кількості електричної енергії, а саме: для отримання 1 тонни зв'язаного азоту у вигляді NО лише 0,205 kW-року; тим часом у найкращих сучасних установках доводиться витрачати у 36 разів більше, тобто близько 7,3 і до 8 kW-років на 1 тонну. Іншими словами, понад 97% енергії, що витрачається, йде не на освіту NО, а на створення для цього процесу сприятливих умов. Щоб зрушити рівновагу у бік можливо більшого змісту NО, необхідно користуватися температурою від 2300 до 3300° (зміст NО при 2300° - 2 об'ємних % і для 3300° - 6 об'ємних %), але за таких температур 2NO швидко розпадається назад на N 2 + Про 2 . Тому в невелику частку секунди необхідно видалити газ з гарячих областей в холодніші і охолодити його хоча б до 1500 °, коли розпад NО протікає повільніше. Рівновага N 2 + О 2 2NО встановлюється при 1500 ° 30 год., При 2100 ° - в 5 сек., При 2500 ° - в 0,01 сек. і при 2900 ° - 0,000035 сек.
Істотними удосконаленнями порівняно з методом Біркелянда та Ейде відрізняється метод Шонгерра, співробітника BASF. У цьому методі, замість пульсуючого і діючого все ж таки з перебоями переривчастого полум'я вольтової дуги змінногоструму, застосовується спокійне полум'я сильного постійногоструму. Цим запобігає дуже шкідливому для процесу частому задуванню полум'я. Такого ж результату, втім, можна досягти і при вольтовій дузі змінного струму, але продуючи повітря через полум'я не прямолінійно, а у вигляді вихрового вітру вздовж полум'я вольтової дуги. Тому пекти м. б. сконструйована у вигляді досить вузької металевої трубки, до того ж, щоб полум'я дуги не торкалося її стінок. Схема конструкції печі Шонгерра зображено на фіг. 4.
Подальше вдосконалення дуговий метод вносить метод Паулінга (фіг. 5). Електроди в печі печі мають вигляд рогових розрядників. Вольтова дуга, що утворюється між ними, в 1 м довжиною здувається сильним струменем повітря догори. У найбільш вузькому місці полум'я, що обірвалося, дуга знову запалюється за допомогою додаткових електродів.
Дещо інша конструкція печі для окислення азоту повітря запатентована І. Мосціцьким. Один з обох електродів (фіг. 6) має форму плоского диска і знаходиться від іншого електрода на дуже близької відстані. Верхній електрод трубчастий, і через нього надходять швидким струменем нейтральні гази, які потім поширюються конусом.
Полум'я, вольтової дуги наведено в круговий рухпід впливом електромагнітного поля, а швидкий конусоподібний струмінь газу перешкоджає коротким замиканням. Докладний описвсієї установки наведено у В. Waeser, Luftstickstoff-Industrie, нар. 475, 1922. За методом І. Мосціцького працює один завод у Швейцарії (Chippis, Wallis), виробляючи 40% ННУ 3 . Інший завод у Польщі (Bory-Jaworzno) розрахований на 7000 kW і має виробляти концентровану НNO 3 та (NH 4) 2 SO 4 . Для поліпшення виходів оксидів азоту і підвищення полум'я вольтової дуги, останнім часом застосовується як вихідного продукту не повітря, а багатша киснем суміш азоту і кисню, з відношенням 1: 1. З такою сумішшю працює французький завод Ларош-де-Рам з дуже добрим результатом.
Одержувану чотирикис азоту N 2 Про 4 доцільно згущувати в рідину шляхом охолодження до -90°. Така рідка чотирикис азоту, отримана з попередньо висушених газів - кисню і повітря, не реагує з металами і тому може транспортуватися в сталевих бомбах і служити для виготовлення HNО 3 міцних концентрацій. Як охолоджувальну рідину в цьому випадку один час застосовувався толуол, але, внаслідок неминучого просочування оксидів азоту та дії їх на толуол, на заводах Tschernewitz (у Німеччині) та Bodio (у Швейцарії) трапилися страшні вибухи, що зруйнували обидва підприємства. Вилучення N 2 Про 4 з газової сумішім. б. досягнуто також за допомогою абсорбції N 2 Про 4 силікагелем, що виділяє при нагріванні поглинений N 2 Про 4 назад.
ІІ. Контактним окисленням аміаку. Всі описані методи отримання синтетичної азотної кислоти безпосередньо з повітря, як було зазначено, рентабельні лише за наявності дешевої гідроелектричної енергії. Проблема зв'язаного азоту (див. Азот) не могла б вважатися остаточно вирішеною, якби не було знайдено спосіб отримання порівняно дешевої синтетичної азотної кислоти. Засвоєння зв'язаного азоту добрив рослинами особливо полегшено, якщо ці добрива є солі азотної кислоти. Амонійні сполуки, внесені в ґрунт, повинні попередньо піддатися нітрифікації в ґрунті (див. Азотні добрива). Крім того, азотна кислота, нарівні із сірчаною кислотою, є основою численних галузей хімічної промисловості та військової справи. Одержання вибухових речовин і бездимного пороху (тротил, нітрогліцерин, динаміт, пікринова кислота та ін.), анілінових фарб, целулоїду та штучного шовку, багатьох медикаментів тощо неможливе без азотної кислоти. Тому в Німеччині, відрізаній під час світової війни блокадою від джерела чилійської селітри і в той же час не мала дешевої гідроелектричної енергії, значною мірою розвинулося виробництво синтетичної азотної кислоти за контактним методом, виходячи з кам'яновугільного або синтетичного аміаку шляхом окислення його киснем повітря за участю каталізаторів. Під час війни (1918 р.) у Німеччині вироблялося до 1000 т азотної кислоти та азотнокислого амонію на день.
Ще 1788 р. Мільнером в Кембриджі було встановлено можливість окислення NH 3 в оксиди азоту під час дії перекису марганцю при нагріванні. Кульман 1839 р. встановив контактну дію платини при окисленні аміаку повітрям. Технічно метод окислення аміаку до азотної кислоти був розроблений Оствальдом і Брауером і запатентований ними в 1902 р. (Цікаво, що в Німеччині заявка Оствальда була відхилена у вигляді визнання пріоритету за французьким хімікомКульманом.) При дії дрібнороздробленої платини та повільному перебігу газової суміші, окислення йде по реакції 4NH 3 + ЗО 2 = 2N 2 + 6H 2 О. Тому процес д. б. строго регульований як у сенсі значної швидкості руху газового струменя, що продувається через контактний «конвертор», так і в сенсі складу газової суміші. Поступає в «конвертори» суміш газів буд. попередньо ретельно очищена від пилу та домішок, які могли б «отруїти» платиновий каталізатор.
Можна припускати, що присутність платини викликає розпад молекули NН 3 та утворення нестійкого проміжного з'єднання платини з воднем. При цьому азот in statu nascendi піддається окисленню киснем повітря. Окислення NH 3 до HNО 3 протікає за наступними реакціями:
4NH 3 + 5О 2 = 4NO + 6Н 2 0;
охолоджений безбарвний газ NО, будучи змішаний з новою порцією повітря, мимоволі окислюється далі з утворенням NО2 або N2О4:
2NО + О 2 = 2NО 2 або N 2 O 4 ;
розчинення газів, що утворилися у воді в присутності надлишку повітря або кисню, пов'язане з подальшим окисленням по реакції:
2NO 2 + О + Н 2 О = 2HNO 3 ,
після чого виходить HNО 3 міцністю приблизно від 40 до 50%. Шляхом перегонки, отриманої HNО 3 з міцною сірчаною кислотою, можна отримати, нарешті концентровану синтетичну азотну кислоту. За Оствальдом, каталізатор повинен складатися з металевої платини, покритої частиною або цілком губчастою платиною або платиновим чернем.
Реакція повинна протікати при червоному розжаренні, що ледь почалося, і при значній швидкості течії газової суміші, що складається з 10 і більше частин повітря на 1 ч. NH 3 . Повільний перебіг газової суміші сприяє повного розпаду NH 3 до елементів. При платинової контактної сітці 2 см швидкість течії газу д. б. 1-5 м/сек, тобто час зіткнення газу з платиною не повинен перевищувати 1/100 сек. Оптимальні температури лежать близько 300 °. Суміш газу попередньо нагрівається. Чим більша швидкість течії газової суміші, тим більший і вихід NО. Працюючи із застосуванням дуже густої платинової сітки (каталізатора) з сумішшю аміаку з повітрям, що містить близько 6,3% NH 3 , Нейман та Розі отримали при температурі 450° наступні результати (при контактній поверхні платини 3,35 см 2):
Більший або менший вміст NH3 також має велике значеннядля спрямування хімічного процесу, Який може йти або за рівнянням: 4NH 3 + 5О 2 = 4NO + 6Н 2 О (при вмісті 14,38% NH 3), або за рівнянням: 4NH 3 + 7О 2 = 4NО 2 + 6Н 2 О (при вмісті в суміші 10,74% NH3). З меншим успіхом, ніж платина, м. б. застосовані інші каталізатори (окис заліза, вісмуту, церію, торію, хрому, ванадію, міді). З них на увагу заслуговує тільки застосування окису заліза при температурі 700-800°, з виходом від 80 до 85% NH 3 .
Значну роль при окислювальному процесі переходу NH 3 HNО 3 грає температура. Сама реакція окислення аміаку екзотермічна: 4NH 3 + 5О 2 = 4NО + 6H 2 Про + 215,6 Cal. Лише спочатку необхідно підігріти контактний апарат, далі реакція йде за рахунок власної теплоти. Технічна конструкція "конверторів" для окислення аміаку різних систем зрозуміла з наведених малюнків (фіг. 7-8).
Схема виробництва HNO 3 прийнятого в даний час методу Франка-Каро наведена на фіг. 9.
На фіг. 10 представлена схема окислення NH 3 на фабриці Мейстера Люціуса та Брюннінгу в Гехсті.
У сучасних установках окислення NH 3 до NО здійснюється з виходом до 90%, а наступне окислення і поглинання окислів азоту, що утворилися водою - з виходом до 95%. Т. о. весь процес дає вихід пов'язаного азоту в 85-90%. Отримання HNО 3 з селітри обходиться в даний час (у перерахунку на 100% HNO 3) в 103 дол. за 1 т, за дуговим процесом 97 дол. 30 цент, за 1 т, в той час як 1 т HNО 3 отриманої окисленням NH -3 обходиться всього 85 дол. 80 цент. Зрозуміло, що ці цифри м. б. тільки зразковими і значною мірою залежать від величини підприємства, вартості електричної енергії та сировини, проте вони показують, що контактному методу отримання HNО 3 судилося зайняти в найближчому майбутньому панівне становище порівняно з іншими методами.
Див. також
Азотна кислота
Азотна кислота(HNO 3) - сильна одноосновна кислота. Тверда азотна кислота утворює дві кристалічні модифікації смоноклінної та ромбічної гратами.
Азотна кислота поєднується з водою в будь-яких співвідношеннях. У водяних розчинах вона практично повністю дисоціює на іони. Утворює з водою азеотропну сумішз концентрацією 68,4 % та t кип 120 °C при атмосферному тиску. Відомі два тверді гідрати: моногідрат (HNO 3 ·H 2 O) і тригідрат (HNO 3 ·3H 2 O).
Хімічні властивості
Висококонцентрована HNO 3 має зазвичай буре забарвлення внаслідок процесу розкладання, що відбувається на світлі:
При нагріванні азотна кислота розпадається з тієї ж реакції. Азотну кислоту можна переганяти (без розкладання) лише за зниженого тиску (вказана температура кипіння при атмосферному тиску знайдена екстраполяцією).
Золото, деякі метали платинової групи і тантал інертні до азотної кислоти у всьому діапазоні концентрацій, інші метали реагують із нею, хід реакції у своїй визначається її концентрацією.
HNO 3 як сильна одноосновна кислота взаємодіє:
а) з основними та амфотерними оксидами:
б) з основами:
в) витісняє слабкі кислотиз їх солей:
При кипінні або під дією світла азотна кислота частково розкладається:
Азотна кислота у будь-якій концентрації виявляє властивості кислоти-окислювача, при цьому азот відновлюється до ступеня окиснення від +4 до -3. Глибина відновлення залежить насамперед від природи відновника та від концентрації азотної кислоти. Як кислота-окислювач, HNO 3 взаємодіє:
а) з металами, що стоять у ряді напруг правіше водню:
Концентрована HNO 3
Розведена HNO 3
б) з металами, що стоять у ряді напруг лівіше водню:
Усі наведені вище рівняння відбивають лише домінуючий перебіг реакції. Це означає, що в умовах продуктів цієї реакції більше, ніж продуктів інших реакцій, наприклад, при взаємодії цинку з азотною кислотою ( масова часткаазотної кислоти в розчині 0,3) в продуктах буде міститися найбільше NO, але також будуть (тільки в менших кількостях) і NO 2 , N 2 O, N 2 і NH 4 NO 3 .
Єдина загальна закономірність при взаємодії азотної кислоти з металами: чим більш розбавлена кислота і чим активніший метал, тим глибше відновлюється азот:
Збільшення концентрації кислоти; збільшення активності металу
Продукти взаємодії заліза з HNO 3 різної концентрації
Із золотом і платиною азотна кислота, навіть концентрована, не взаємодіє. Залізо, алюміній, хром холодною концентрованою азотною кислотою пасивуються. З розведеною азотною кислотою залізо взаємодіє, причому залежно від концентрації кислоти утворюються не тільки різні продуктивідновлення азоту, але й різні продукти окислення заліза:
Азотна кислота окислює неметали, при цьому азот зазвичай відновлюється до NO або NO2:
і складні речовини, наприклад:
Деякі органічні сполуки (наприклад, аміни та гідразин, скипидар) займаються самозаймом при контакті з концентрованою азотною кислотою.
Азотна кислота
Деякі метали (залізо, хром, алюміній, кобальт, нікель, марганець, берилій), що реагують з розведеною азотною кислотою, пасивуються концентрованою азотною кислотою та стійкі до її впливу.
Суміш азотної та сірчаної кислот зветься «меланж». Завдяки наявності амілу досягається концентрація в 104% [ джерело не вказано 150 днів] (тобто при додаванні до 100 частин меланжу 4 частин дистиляту концентрація залишається на рівні 100%, внаслідок поглинання води амілом [ джерело не вказано 150 днів]).
Азотна кислота широко використовується для отримання нітросполук.
Суміш трьох об'ємів соляної кислотита одного обсягу азотної називається «царською горілкою». Царська горілка розчиняє більшість металів, у тому числі золото та платину. Її сильні окислювальні здібності обумовлені атомарним хлором і хлоридом нітрозилу, що утворюється:
Нітрати
HNO 3 – сильна кислота. Її солі - нітрати - одержують дією HNO 3 на метали, оксиди, гідроксиди або карбонати. Всі нітрати добре розчиняються у воді.
Солі азотної кислоти - нітрати - при нагріванні незворотно розкладаються, продукти розкладання визначаються катіоном:
а) нітрати металів, що стоять у ряді напруг лівіше магнію:
2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2
б) нітрати металів, розташованих у ряді напруг між магнієм та міддю:
4Al(NO 3) 3 = 2Al 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2
в) нітрати металів, розташованих у ряді напруг правіше ртуті:
2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2
г) нітрат амонію:
NH 4 NO 3 = N 2 O + 2H 2 O
Нітрати у водних розчинах практично не виявляють окисних властивостей, але за високої температури у твердому стані нітрати — сильні окислювачі, наприклад:
Fe + 3KNO 3 + 2KOH = K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + H 2 O - при сплавленні твердих речовин.
Цинк та алюміній в лужному розчинівідновлюють нітрати до NH 3:
Солі азотної кислоти – нітрати – широко використовуються як добрива. При цьому практично всі нітрати добре розчиняються у воді, тому у вигляді мінералів їх у природі надзвичайно мало; виняток становлять чилійська (натрієва) селітра та індійська селітра (нітрат калію). Більшість нітратів одержують штучно.
З азотною кислотою не реагують скло, фторопласт-4.
Історичні відомості
Методика отримання розведеної азотної кислоти шляхом сухої перегонки селітри з галуном та мідним купоросомбула, мабуть, вперше описана трактатами Джабіра(Гебера в латинізованих перекладах) у VIII столітті. Цей метод з тими чи іншими модифікаціями, найбільш суттєвою з яких була заміна мідного купоросажолізного, застосовувався в європейській та арабській алхімії аж до XVII століття.
У XVII столітті Глаубер запропонував метод отримання летких кислот реакцією їх солей з концентрованою сірчаною кислотою, у тому числі азотної кислоти з калійної селітри, що дозволило ввести в хімічну практику концентровану азотну кислоту та вивчити її властивості. Метод Глаубера застосовувався на початок XX століття, причому єдиною істотною модифікацією його виявилася заміна калійної селітри більш дешеву натрієву (чілійську) селітру.
За часів М. В. Ломоносова, азотну кислоту називали міцною горілкою.
Промислове виробництво, застосування та дія на організм
Азотна кислота є одним із найбільш великотоннажних продуктів хімічної промисловості.
Виробництво азотної кислоти
Сучасний спосіб її виробництва заснований на каталітичному окисленні синтетичного аміаку на платино-родієвих каталізаторах (процес Оствальда) до суміші оксидів азоту (нітрозних газів), з подальшим поглинанням їх водою
4NH 3 + 5O 2 (Pt) → 4NO + 6H 2 O 2NO + O 2 → 2NO 2 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O → 4HNO 3 .
Концентрація отриманої в такий спосіб азотної кислоти коливається залежно від технологічного оформлення процесу від 45 до 58 %. Вперше азотну кислоту отримали алхіміки, нагріваючи суміш селітри та залізного купоросу:
4KNO 3 + 2(FeSO 4 · 7H 2 O) (t°) → Fe 2 O 3 + 2K 2 SO 4 + 2HNO 3 + NO 2 + 13H 2 O
Чисту азотну кислоту отримав вперше Йоганн Рудольф Глаубер, діючи на селітру концентрованою сірчаною кислотою:
KNO 3 + H 2 SO 4 (конц.) (t°) → KHSO 4 + HNO 3
Подальшою дистиляцією можна отримати т. зв. «димна азотна кислота», що практично не містить води.
· Промислове виробництво, застосування та дія на організм · Близькі статті · Примітки · Література · Офіційний сайт ·
Висококонцентрована HNO 3 має зазвичай буре забарвлення внаслідок процесу розкладання, що відбувається на світлі:
При нагріванні азотна кислота розпадається з тієї ж реакції. Азотну кислоту можна переганяти (без розкладання) лише за зниженого тиску (вказана температура кипіння при атмосферному тиску знайдена екстраполяцією).
Золото, деякі метали платинової групи і тантал інертні до азотної кислоти у всьому діапазоні концентрацій, інші метали реагують із нею, хід реакції також визначається її концентрацією.
HNO 3 як сильна одноосновна кислота взаємодіє:
а) з основними та амфотерними оксидами:
в) витісняє слабкі кислоти з їх солей:
При кипінні або під дією світла азотна кислота частково розкладається:
Азотна кислота у будь-якій концентрації виявляє властивості кислоти-окислювача, крім цього азот відновлюється до ступеня окислення від +4 до 3. Глибина відновлення залежить насамперед від природи відновника та від концентрації азотної кислоти. Як кислота-окислювач, HNO 3 взаємодіє:
а) з металами, що стоять у ряді напруг правіше водню:
Концентрована HNO 3
Розведена HNO 3
б) з металами, що стоять у ряді напруг лівіше водню:
Усі наведені вище рівняння відбивають лише домінуючий перебіг реакції. Це означає, що в умовах продуктів цієї реакції більше, ніж продуктів інших реакцій, наприклад, при взаємодії цинку з азотною кислотою (масова частка азотної кислоти в розчині 0,3) в продуктах буде міститися найбільше NO, але також будуть міститися ( тільки в менших кількостях) і NO 2 N 2 O, N 2 і NH 4 NO 3 .
Єдина загальна закономірність при взаємодії азотної кислоти з металами: чим розбавленіша кислота і чим активніший метал, тим глибше відновлюється азот:
Збільшення концентрації кислоти; збільшення активності металу
Із золотом і платиною азотна кислота, навіть концентрована, не взаємодіє. Залізо, алюміній, хром холодною концентрованою азотною кислотою пасивуються. З розведеною азотною кислотою залізо взаємодіє, причому з концентрації кислоти утворюються як різні продукти відновлення азоту, а й різні продукти окислення заліза:
Азотна кислота окислює неметали, при цьому азот зазвичай відновлюється до NO або NO2:
і складні речовини, наприклад:
Деякі органічні сполуки (наприклад, аміни, скипидар) займаються самозаймом при контакті з концентрованою азотною кислотою.
Деякі метали (залізо, хром, алюміній, кобальт, нікель, марганець, берилій), що реагують з розведеною азотною кислотою, пасивуються концентрованою азотною кислотою та стійкі до її впливу.
Суміш азотної та сірчаної кислот зветься «меланж».
Азотна кислота широко використовується для отримання нітросполук.
Суміш трьох об'ємів соляної кислоти та одного об'єму азотної називається «царською горілкою». Царська горілка розчиняє більшість металів, зокрема Золото і платину. Її сильні окислювальні здібності обумовлені атомарним хлором і хлоридом нітрозилу, що утворюється:
Нітрати
Азотна кислота є сильною кислотою. Її солі - нітрати - одержують дією HNO 3 на метали, оксиди, гідроксиди або карбонати. Всі нітрати добре розчиняються у воді. Нітрат-іон у воді не гідролізується.
Солі азотної кислоти при нагріванні незворотно розкладаються, причому склад продуктів розкладання визначається катіоном:
а) нітрати металів, що стоять у ряді напруг лівіше магнію:
б) нітрати металів, розташованих у ряді напруг між магнієм та міддю:
в) нітрати металів, розташованих у ряді напруг правіше ртуті:
г) нітрат амонію:
Нітрати у водних розчинах практично не виявляють окисних властивостей, але за високої температури у твердому стані є сильними окислювачами, наприклад, при сплавленні твердих речовин:
Цинк та алюміній у лужному розчині відновлюють нітрати до NH 3:
Солі азотної кислоти – нітрати – широко використовуються як добрива. Крім цього практично всі нітрати добре розчиняються у воді, тому у вигляді мінералів їх у природі надзвичайно мало; виняток становлять чилійська (натрієва) селітра та індійська селітра (нітрат калію). Більша частинанітратів одержують штучно.
З азотною кислотою не реагують скло, фторопласт-4.
Азотна кислота- безбарвну рідину з їдким запахом, щільністю 1,52 г/см3 температура кипіння 84°С, при температурі -41°С твердне в безбарвне кристалічна речовина. Зазвичай застосована практично, концентрована азотна кислота містить 65 - 70% HNO3 (максимальна щільність 1, 4 г/см3); з водою кислота поєднується в будь-яких співвідношеннях. Існує також димна азотна кислота з концентрацією 97 - 99%.
Азотна кислотависокої концентрації виділяє на повітрі гази, які у закритій пляшці виявляються як коричневих парів (оксиди азоту). Ці гази дуже отруйні, тому потрібно остерігатися їхнього вдихання. Азотна кислота окислює багато органічні речовини. Папір і тканини руйнуються внаслідок окислення речовин, що утворюють ці матеріали. Концентрована азотна кислота викликає сильні опіки при тривалому контакті та пожовтіння шкіри на кілька днів при короткому контакті. Пожовтіння шкіри свідчить про руйнування білка та виділення сірки (якісна реакція на концентровану азотну кислоту – жовте забарвлення через виділення елементної сірки при дії кислоти на білок – ксантопротеїнова реакція). Тобто – це опік шкіри.
Щоб запобігти опіку, слід працювати з концентрованою азотною кислотою у гумових рукавичках. У той же час поводження з азотною кислотою менш небезпечне, ніж, наприклад, із сірчаною, вона швидко випаровується і не залишається у несподіваних місцях. Бризки азотної кислоти слід змивати великою кількістю води, а ще краще змочувати розчином соди.
Димна азотна кислота при зберіганні під дією теплоти та на світлі частково розкладається:
4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2.
Чим вище температура і що концентрованіша кислота, то швидше йде розкладання. Тому зберігають її в прохолодному та темному місці. Діоксид азоту, що виділяється, розчиняється в кислоті і надає їй бурого забарвлення.
Розведену кислоту легко приготувати, виливаючи концентровану кислотуу воду.
Розведену азотну кислоту зберігають та перевозять у тарі з хромистої сталі, концентровану – в алюмінієвій тарі, т.к. концентрована кислота пасивує алюміній, залізо та хром через утворення нерозчинних плівок оксидів:
2Al + 6HNO3 = Al2O3 + 6NO2 + 3H2O.
Невеликі кількості зберігають у скляних пляшках. Азотна кислота сильно роз'їдає гуму. Тому пляшки мають бути з притертими чи поліетиленовими пробками.
Застосовують азотну кислоту в основному у вигляді водних розчинів, є однією з складових частинцарської горілки міститься в пробірних кислотах. У промисловості застосовують для отримання комбінованих азотних добрив, для розчинення руд і концентратів, у виробництві сірчаної кислоти, різних органічних нітропродуктів, ракетної техніки як окислювач пального і т. д.
Промислове одержання азотної кислоти
Сучасні промислові способи одержання азотної кислоти засновані на каталітичному окисненні аміаку киснем повітря. При описі властивостей аміаку було зазначено, що він горить у кисні, причому продуктами реакції є вода і вільний азот. Але в присутності каталізаторів – окислення аміаку киснем може протікати інакше.
Якщо пропускати суміш аміаку з повітрям над каталізатором, то при 750 ° С і певному складі суміші відбувається майже повне перетворення
NO, що утворився, легко переходить у NO2, який з водою в присутності кисню повітря дає азотну кислоту.
Як каталізатори при окисленні аміаку використовують сплави на основі платини.
Отримана окисленням аміаку азотна кислота має концентрацію, що не перевищує 60%. При необхідності її концентрують,
Промисловістю випускається розведена азотна кислота концентрацією 55, 47 і 45%, а концентрована-98 і 97%,
Застосування азотної кислоти
Кислота азотна застосовується у виробництво азотних та комбінованих добрив (натрієвої, аміачної, кальцієвої та калієвої селітри, нітрофосу, нітрофоски), різних сірчанокислих солей, вибухових речовин (тринітротолуолу та ін.), органічних барвників.
У органічний синтезшироко застосовується суміш концентрованої азотної кислоти та сірчаної кислоти - «нітруюча суміш».
У металургії азотна кислота застосовується для розчинення та травлення металів, а також для поділу золота та срібла. Також азотну кислоту застосовують у хімічній промисловості, у виробництві вибухових речовин, у виробництві напівпродуктів для отримання синтетичних барвників та інших хімікатів.
Кислота азотна технічна використовується при нікелюванні, гальванізації та хромуванні деталей, а також у поліграфічній промисловості. Широко використовується кислота азотна у молочній, електротехнічній промисловості.
Щільність розчинів різної концентрації азотної кислоти
|
Густина, г/см 3 |
Концентрація |
Густина, |
Концентрація |
||
|
г/л. |
г/л. |
||||
|
1, 000 |
0, 3296 |
3, 295 |
1, 285 |
46, 06 |
591, 9 |
|
1, 005 |
1, 255 |
12, 61 |
1, 290 |
46, 85 |
604, 3 |
|
1, 010 |
2, 164 |
21, 85 |
1, 295 |
47, 63 |
616, 8 |
|
1, 015 |
3, 073 |
31, 19 |
1, 300 |
48, 42 |
629, 5 |
|
1, 020 |
3, 982 |
40, 61 |
1, 305 |
49, 21 |
642, 1 |
|
1, 025 |
4, 883 |
50, 05 |
1, 310 |
50, 00 |
644, 7 |
|
1, 030 |
5, 784 |
59, 57 |
1, 315 |
50, 85 |
668, 5 |
|
1, 035 |
6, 661 |
68, 93 |
1, 320 |
51, 71 |
682, 4 |
|
1, 040 |
7, 530 |
78, 32 |
1, 325 |
52, 56 |
696, 3 |
|
1, 045 |
8, 398 |
87, 77 |
1, 330 |
53, 41 |
710, 1 |
|
1, 050 |
9, 259 |
97, 22 |
1, 335 |
54, 27 |
724, 0 |
|
1, 055 |
10, 12 |
106, 7 |
1, 340 |
55, 13 |
738, 5 |
|
1, 060 |
10, 97 |
116, 3 |
1, 345 |
56, 04 |
753, 6 |
|
1, 065 |
11, 81 |
125, 8 |
1, 350 |
56, 95 |
768, 7 |
|
1, 070 |
12, 65 |
135, 3 |
1, 355 |
57, 87 |
783, 8 |
|
1, 075 |
13, 48 |
145, 0 |
1, 360 |
58, 78 |
799, 0 |
|
1, 080 |
14, 31 |
154, 6 |
1, 365 |
59, 69 |
814, 7 |
|
1, 085 |
15, 13 |
164, 1 |
1, 370 |
60, 67 |
831, 1 |
|
1, 090 |
15, 95 |
173, 8 |
1, 375 |
61, 69 |
848, 1 |
|
1, 095 |
16, 76 |
183, 5 |
1, 380 |
62, 70 |
865, 1 |
|
1, 100 |
17, 58 |
193, 3 |
1, 385 |
63, 72 |
882, 8 |
|
1, 105 |
18, 39 |
203, 1 |
1, 390 |
64, 74 |
900, 4 |
|
1, 110 |
19, 19 |
213, 0 |
1, 395 |
65, 84 |
918, 1 |
|
1, 115 |
20, 00 |
223, 0 |
1, 400 |
66, 97 |
937, 6 |
|
1, 120 |
20, 79 |
232, 9 |
1, 405 |
68, 10 |
956, 6 |
|
1, 125 |
21, 59 |
242, 8 |
1, 410 |
69, 23 |
976, 0 |
|
1, 130 |
22, 38 |
252, 8 |
1, 415 |
70, 34 |
996, 2 |
|
1, 135 |
23, 16 |
262, 8 |
1, 420 |
71, 63 |
1017 |
|
1, 140 |
23, 94 |
272, 8 |
1, 425 |
72, 86 |
1038 |
|
1, 145 |
24, 71 |
282, 9 |
1, 430 |
74, 09 |
1059 |
|
1, 150 |
25, 48 |
292, 9 |
1, 435 |
74, 35 |
1081 |
|
1, 155 |
26, 24 |
303, 1 |
1, 440 |
76, 71 |
1105 |
|
1, 160 |
27, 00 |
313, 2 |
1, 445 |
78, 07 |
1128 |
|
1, 165 |
27, 26 |
323, 4 |
1, 450 |
79, 43 |
1152 |
|
1, 170 |
28, 51 |
333, 5 |
1, 455 |
80, 88 |
1177 |
|
1, 175 |
29, 25 |
343, 7 |
1, 460 |
82, 39 |
1203 |
|
1, 180 |
30, 00 |
354, 0 |
1, 465 |
83, 91 |
1229 |
|
1, 185 |
30, 74 |
364, 2 |
1, 470 |
8550 |
1257 |
|
1, 190 |
31, 47 |
374, 5 |
1, 475 |
87, 29 |
1287 |
|
1, 195 |
32, 21 |
385, 0 |
1, 480 |
89, 07 |
1318 |
|
1, 200 |
32, 94 |
395, 3 |
1, 485 |
91, 13 |
1353 |
|
1, 205 |
33, 68 |
405, 8 |
1, 490 |
93, 19 |
1393 |
|
1, 210 |
34, 41 |
416, 3 |
1, 495 |
95, 46 |
1427 |
|
1, 215 |
35, 16 |
427, 1 |
1, 500 |
96, 73 |
1450 |
|
1, 220 |
35, 93 |
438, 3 |
1, 501 |
96, 98 |
1456 |
|
1, 225 |
36, 70 |
449, 6 |
1, 502 |
97, 23 |
1461 |
|
1, 230 |
37, 48 |
460, 9 |
1, 503 |
97, 49 |
1465 |
|
1, 235 |
38, 25 |
472, 4 |
1, 504 |
97, 74 |
1470 |
|
1, 240 |
39, 02 |
483, 8 |
1, 505 |
97, 99 |
1474 |
|
1, 245 |
39, 80 |
495, 5 |
1, 506 |
98, 25 |
1479 |
|
1, 250 |
40, 58 |
505, 2 |
1, 507 |
98, 50 |
1485 |
|
1, 255 |
41, 36 |
519, 0 |
1, 508 |
98, 76 |
1490 |
|
1, 260 |
42, 14 |
530, 9 |
1, 509 |
99, 01 |
1494 |
|
1, 265 |
42, 92 |
542, 9 |
1, 510 |
99, 26 |
1499 |
|
1, 270 |
43, 70 |
555, 0 |
1, 511 |
99, 52 |
1503 |
|
1, 275 |
44, 48 |
567, 2 |
1, 512 |
99, 74 |
1508 |
|
1, 280 |
45, 27 |
579, 4 |
1, 513 |
100, 00 |
1513 |
І воду.
У напівтемряві ж, кислота з водою легко поєднується в будь-яких пропорціях. У речовини є кристалічний стан.
Воно може бути моноклинним та ромбічним. Це вказує на форму осередків кристалічних ґрат.
Моноклінна складена з нахилених паралелепіпедів, а ромбічна відповідно з ромбів.
Чи відрізняються властивості розчинів від неї, як речовина видобувається і де застосовується? Запитання задано, залишається дати на низ відповіді.
Властивості азотної кислоти
У звичайних умовахкристалічну кислоту можна бачити лише у спекотних країнах.
У стан безбарвна рідина переходить лише при 42 градусах Цельсія. До цієї позначки речовина залишається рідкою і ширяє.
При цьому реагент випромінює різкий, задушливий запах. З ним, власне, пов'язана історія відкриття азотної кислоти. Виявив її Даніель Резерфорд.
Шотландець вивчав продукти спалювання , , . У ході робіт виділявся газ, який хімік назвав задушливим повітрям.
Вчений зазначив, що речовина не підтримує горіння та непридатна для дихання.
Пізніше, з'ясувалося формула азотної кислоти: - HNO 3 . Виходить, речовина одноосновна.
Так називають , до складу яких входить лише один атом водню. З водою речовина поєднується в будь-яких пропорціях.
Тому, існує концентрована азотна кислотата неконцентрована.
Перша активно димить, тобто летюча. Хімічні властивості концентрату відрізняються із розбавленою версією.
Якщо кислоти в розчині близько 60%, він буде реагувати з усіма металами крім , , , , , і .
Звідси висновок, у якій тарі потрібно зберігати речовину. і фляги, звісно, не вигідні.
А ось ємності із заліза та алюмінію і бюджетні, і надійні, оскільки закривають кислоту від світла. Головне, не вибрати тару з міді. Азотна кислотаїї розчинить.
Реагуючи з металами, концентрований розчин азотної кислотивиділяє бурий газ. Його формула: - NО 2 .
Паралельно утворюються кислоти. Залежно від розчиненого металу реакції різняться.
При взаємодії з поруч до утворюються діоксиди, і виділяється кисень.
Реакція із солями металів, що знаходяться після магнію до , дає бурий газ, оксид азоту та кисень.
Якщо до кислоти приєднається сіль будь-якого металу після міді, метал відокремиться. Разом з ним виділяються бурий газ та кисень.
Розведена азотна кислотареагує з більшістю тих же металів, проте, окислюється у своїй до аміаку.
До такого результату призводить взаємодія, наприклад, з елементами лужноземельної групи. У реакцію вступає і залізо.
Так що, розведену кислоту в ємностях з ферум краще не зберігати.
Підсумком взаємодії з азотною кислотоюрозведеного типу може стати не лише аміак, а й аміачна селітра.
Найрідкісніший варіант - закис азоту. Її дасть, наприклад, реакція з магнієм. З рештою металів азотна кислота утворює оксид азоту.
Його можна отримати, зокрема, при взаємодії із . Випаде оксид аргентуму, утворюється вода та оксид азоту.
За цією ж схемою проходять реакції кислоти з неметалами, тільки замість формується сірчана кислота.
З реакцій з іншими кислотами примітно змішування із соляною. Останньою беруть 3 частини, а першою – одну. Виходить.
Її так назвали, оскільки речовина розчиняє навіть – метал правителів, сильних світуцього.
На таке не здатна жодна з чистих кислот. Шляхетні металиїм піддаються рідко, а зовсім ніколи.
Видобуток азотної кислоти
У мінімальних кількостях речовину можна видобувати навіть з повітря, причому, в прямому сенсі. Не секрет, що азот – одна із складових атмосфери.
На 15-й газ у ній припадає 78%. Азот реагує з киснем, утворюючи оксид. Подальше окиснення дає діоксид азоту. Це той самий бурий газ.
Він і реагує з водою, завись якої, як відомо, є в повітрі. Вступаючи в контакт із хмарами, туманом, бурий газ переходить у азотну кислоту.
Масова частка азотної кислотив атмосфері настільки мала, що речовина не завдає шкоди людині та й іншим живим організмам.
Для промислового видобутку кислота з повітря теж годиться. На заводах користуються іншими схемами.
Перша: - виробництво азотної кислотиз аміаку. Спочатку проводять його конверсію, тобто, дроблення складу вихідної газової суміші.
Реакція відбувається на платинородієвих сітках при температурі близько 1000 градусів Цельсія. Так одержують оксид азоту. Його окислюють до діоксиду.
Це друга стадія процесу. Після цього, оксиди азоту абсорбують водою. У результаті виходить азотна кислота і чиста вода.
Описаний метод призводить до утворення розведеної кислоти. Можлива наступна концентрація.
Тому метод найбільш популярний, адже споживачам потрібна як насичена, так і ненасичена кислоти.
Працюючи з аміаком, промисловці «вбивають одним пострілом двох зайців».
Другий метод виробництва реактиву призводить відразу до отримання концентрату. Мова про прямий синтез із оксидів азоту. Беруть рідкі.
Вони взаємодіють з водою та киснем. Такі реакції з азотною кислотоюпроходять під тиском у 5 мегапаскалів.
Виходить діоксид азоту. У звичайних умовах він переходить у рідкий стан. Окислення аміаку дає подвійний оксид азоту.
У газовій суміші його близько 11%. Зріджують діоксид під тиском. За стандартних умов перехід неможливий.
Застосування азотної кислоти
Як складова царської горілки азотна кислота є частиною кислот. З їхньою допомогою вивчають якість.
Без відповідних досліджень не надійдуть до, а – на прилавки.
Перш ніж апробувати та продати дорогоцінний метал, його потрібно видобути. У цьому теж допомагають азотна кислота та царська горілка.
Ними обробляють руди, виводячи необхідні елементи розчин. Залишається осадити метали та осушити, очистити від домішок. Так видобувають не лише шляхетні, а й неблагородні елементи.
З металів, як відомо, роблять , та якщо з них, наприклад, техніку. Якщо розглядати повітряну та космічну, у них є чиста кислота.
Її домішують до палива, отримуючи оксид. Азотна кислотавиступає у ролі окислювача. .
Все це солі, об'єднані назвою "селітри". Азот дозволяє рослинам швидко розвиватись, підвищує врожайність.
Справа в тому, що 15-ий елемент входить до складу хлорофілу. Це зелений пігмент рослин, що відповідає за засвоєння енергії.
Чим більше освоєної енергії, тим кращий розвитоктрав, чагарників, дерев.
Слово «селітра» на слуху та у піротехніків. Азотна кислота – основа вибухових речовин.
Аміачної селітри у більшості з них близько 60%. Залишки – дизельне паливо, чи інше пальне. Отримати можна як нешкідливий феєрверк, так і військову бомбу.
Ціна азотної кислоти
Азотна кислота, як і більшість затребуваних кислот, буває чистою та технічною, обтяженою домішками. Остання дешевша.
Чистий реагент дорожчий. Для довідки ГОСТ 4461-77 – норма для очищеної кислоти.
Реагент російського виробництва коштує близько 30-55-ти рублів за кілограм. Цінник залежить від концентрації розчину.
Для технічної кислоти верхня цінова межа зазвичай становить 40 за кіло. Передбачено і велике фасування.
Є, наприклад, 25-літрові каністри, в які розливається азотна кислота.
Придбатиреагент з максимальним зиском дозволяють оптові замовлення. Такі йдуть на підприємства, де знають правила поводження з реагентом.
Він роз'їдає як метали, а й слизові. Пари речовини можуть утруднити дихання, пошкодити трахеї, тканини носа, що вистилають.
Тому з кислотою працюють лише в масках. За порушення правил, крім труднощів з диханням, настає отруєння.
Інтоксикація виявляється у блюванні, корості, порушеннях зору, нюху. Більш-менш нешкідливі лише слабкі розчини реагенту.
Саме такі, наприклад, використовують у шкільних лабораторіях. Вчитися поводженню з хімічними реагентами варто змалку.