Азотна кислота та її властивості.

Чиста азотна кислота HNO 3 – безбарвна рідина. На повітрі вона, подібно до концентрованої соляної кислоти, «димить», так як пари її утворюють з вологою повітря дрібні крапельки туману.

Азотна кислота не відрізняється міцністю. Вже під впливом світла вона поступово розкладається:

4HN0 3 = 4N0 2 + 0 2 + 2Н 2 0.

Що температура і що концентрованіша кислота, то швидше йде розкладання. Діоксид азоту, що виділяється, розчиняється в кислоті і надає їй бурого забарвлення.

Азотна кислота належить до найбільш сильних кислот: у розведених розчинах вона повністю розпадається на іони Н+ та N0 _ .

Азотна кислота - один з найенергійніших окислювачів. Багато неметалів легко окислюються нею, перетворюючись на відповідні кислоти. Так, сірка при кип'ятінні з азотною кислотою поступово окислюється в сірчану кислоту, фосфор у фосфорну.

Азотна кислота діє майже на всі метали (див. разд. 11.3.2), перетворюючи їх на нітрати, а деякі метали - на оксиди.

Концентрована HNO 3 пасивує деякі метали.

Ступінь окиснення азоту в азотній кислоті дорівнює +5. Виступаючи як окислювач, HNO 3 може відновлюватися до різних продуктів:

4 +3 +2 +1 0 -3

N0 2 N 2 0 3 NO N 2 Про N 2 NH 4 N0 3

Яка з цих речовин утворюється, тобто наскільки глибоко відновлюється азотна кислота в тому чи іншому випадку, залежить від природи відновника та умов реакції, насамперед від концентрації кислоти. Що концентрація HNO3, то менш глибоко вона відновлюється. При реакціях із концентрованою кислотою найчастіше виділяється NO2. При взаємодії розведеної азотної кислоти з малоактивними металами, наприклад, міддю, виділяється N0. У разі активніших металів - заліза, цинку - утворюється N2O. Сильно розведена азотна кислота взаємодіє з активними металами – цинком, магнієм, алюмінієм – з утворенням іону амонію, що дає з кислотою нітрат амонію. Зазвичай одночасно утворюються кілька продуктів.

Сі + HN0 3 (конц.) - Cu (N0 3) 2 + N0 2 + Н 20;

Сі + HN0 3 (розбав.) - Сі (N0 3) 2 + N0 + Н 2 О;

Mg + HN0 3 (розбав.) -> Mg (N0 3) 2 + N 2 0 + н 2 0;

Zn + HN0 3 (дуже розбав.) - Zn (N0 3) 2 + NH 4 N0 3 + Н 2 0.

При дії азотної кислоти на метали водень зазвичай не виділяється.

При окисленні неметалів концентрована азотна кислота, як і у випадку металів, відновлюється до N0 2 наприклад

S + 6HNO 3 = H 2 S0 4 + 6N0 2 + 2Н 2 0.

ЗР + 5HN0 3 + 2Н 2 0 = ДТ 3 РО 4 + 5N0

Наведені схеми ілюструють найбільш типові випадки взаємодії азотної кислоти з металами та неметалами. Взагалі ж, окислювально-відновні реакції, що йдуть за участю HNO 3 протікають складно.

Суміш, що складається з 1 об'єму азотної та 3-4 об'ємів концентрованої соляної кислоти, називається царською горілкою. Царська горілка розчиняє деякі метали, що не взаємодіють з азотною кислотою, у тому числі і «царя металів» - золото. Дія її пояснюється тим, що азотна кислота окислює соляну з виділенням вільного хлору та утворенням хлороксиду азоту (1П), або хлориду нітрозилу, N0C1:

HN0 3 + ЗНС1 = С1 2 + 2Н20 + N0C1.

Хлорид нітрозилу є проміжним продуктом реакції і розкладається:

2N0C1 = 2N0 + С1 2 .

Хлор у момент виділення складається з атомів, як і зумовлює високу окисну здатність царської горілки. Реакції окислення золота і платини протікають переважно відповідно до наступних рівнянь:

Au + HN0 3 + ЗНС1 = AuCl 3 + NO + 2Н20;

3Pt + 4HN0 3 + 12НС1 = 3PtCl 4 + 4N0 + 8Н 2 0.

На багато органічних речовин азотна кислота діє так, що один або кілька атомів водню в молекулі органічної сполуки заміщаються нітрогрупами - NO 2 . Цей процес називається нітруванням і має велике значення в органічній хімії.

Солі азотної кислоти називаються нітратами. Всі вони добре розчиняються у воді, а при нагріванні розкладаються із виділенням кисню. При цьому нітрати найбільш активних металів переходять у нітрити:

2KN0 3 = 2KN0 2 +О 2

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 та 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 NH 3 N0:

4NH 3 (r) + 5О 2 (г) = 4NO(r) + 6Н 2 О(г), АН = -907 кДж.

N0, що утворився, легко переходить у NO 2 , 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%. За потреби її концентрують.

Промисловістю випускається розведена азотна кислота концентрацією 55, 47 та 45 %, а концентрована – 98 та 97 %. Концентровану кислоту перевозять в алюмінієвих цистернах, розведену - у цистернах із кислототривкої сталі.

Квиток 5

2. Роль заліза у процесі життєдіяльності організму.

Залізо в організмі Залізо присутнє в організмах усіх тварин та в рослинах (в середньому близько 0,02%); воно необхідно головним чином для кисневого обміну та окисних процесів. Існують організми (так звані концентратори), здатні накопичувати його у великих кількостях (наприклад, залізобактерії – до 17-20% заліза). Багато залізо в організмах тварин і рослин пов'язане з білками. Недолік Заліза викликає затримку росту та явища хлорозу рослин, пов'язані зі зниженим утворенням хлорофілу. Шкідливий вплив на розвиток рослин має і надлишок Заліза, викликаючи, наприклад, стерильність квіток рису та хлороз. У лужних ґрунтах утворюються недоступні для засвоєння корінням рослин сполуки Заліза, і рослини не одержують його у достатній кількості; у кислих ґрунтах Залізо переходить у розчинні сполуки у надмірній кількості. При нестачі або надлишку у ґрунтах засвоюваних сполук Заліза захворювання рослин можуть спостерігатися на значних територіях.

В організм тварин і людини Залізо надходить з їжею (найбагатші їм печінка, м'ясо, яйця, бобові, хліб, крупи, шпинат, буряк). У нормі людина отримує з раціоном 60-110 мг заліза, що значно перевищує його добову потребу. Всмоктування що надійшов з їжею Заліза відбувається у верхньому відділі тонких кишок, звідки воно у зв'язаної з білками формі надходить у кров і розноситься з кров'ю до різних органів та тканин, де депонується у вигляді Залізо-білкового комплексу – феритину. Основне депо Заліза в організмі - печінка та селезінка. За рахунок феритину відбувається синтез усіх залізовмісних сполук організму: у кістковому мозку синтезується дихальний пігмент гемоглобін, у м'язах – міоглобін, у різних тканинах цитохроми та інших залізовмісні ферменти. Виділяється Залізо з організму головним чином через стінку товстих кишок (у людини близько 6-10 мг на добу) та незначною мірою нирками.

Деталі Категорія: Переглядів: 7174

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 при 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 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.

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%-на 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 у розчині NO 2 називається димлячою(червоний).

Хімічні властивості. Чиста HNO 3 легко розкладається і забарвлюється в жовтий колір завдяки реакції 2HNO 3 = 2NO 2 + O 2 + H 2 Oі поглинання азотнуватого 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 тощо) азотна кислота безводна або в суміші з сірчаною кислотою, діє дуже сильно, даючи нітросполуки С 6 Н 5 Н + HNО 3 = C 6 H 5 NO 2 + НОН. Нітрація парафінів йде повільно, до того ж лише при дії слабкої кислоти (великий ступінь іонізації). 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 %-вої оцтової кислоти доливають 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 Середній 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, зміст NaNO 3 загалом 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%. Розчинення NaNO 3 ведеться при високій температурі, щоб розчин перейшло набагато більше NaNО 3 , ніж NaCl, розчинність якого незначно збільшується з температурою. З 3 т «калихе» 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 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 постійно 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 і домішують сірчану кислоту, після чого азотну кислоту відфільтровують 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 рослинною 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 час азотна кислота витрачається на добування нітросполук, наприклад, нітробензолу, для переходу до барвників через анілін, що виходить з відновленням нітробензолу. 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 лише СРСР і затверджено Комітетом зі стандартизації при СТО як загальносоюзного обов'язкового стандарту (ОСТ-47) для кислоти в 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 у лужному середовищі азотнокислим 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 міри процес, що відбувається в 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 результатів дослідження рівноваги між повітрям і окис 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 використання вольтової дуги для фіксації атмосферного азоту належить французькій дослідниці Лефебр, яка ще 1859 р. запатентувала в Англії свій метод отримання азотної кислоти з повітря. Але в той час вартість електричної енергії була надто високою, щоб метод Лефебр міг набути практичного 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 ідея норвезького інженера Біркелянда, яка полягала в тому, щоб використовувати для підвищення виходів оксидів азоту при пропусканні через повітря дуги вольтової 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 переміщуваної весь час зі швидкістю до 100 м/сек вольтової дуги, що створює враження широкого електричного сонця, що спокійно горить, діаметром в м та 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 натру, замість 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 близькій відстані. Верхній електрод трубчастий, і через нього надходять швидким струменем нейтральні гази, які потім поширюються конусом.

Полум'я, вольтової дуги приведено в круговий рух під впливом електромагнітного поля, а швидкий конусоподібний струмінь газу перешкоджає коротким замиканням. Детальний опис усієї 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 охолодну рідину в цьому випадку один час застосовувався толуол, але, внаслідок неминучого просочування оксидів азоту і дії їх на толуол, на заводах Tschernewitz (у Німеччині) і Bodio (у Швейцарії) трапилися страшні вибухи, що зруйнували обидва підприємства. Вилучення N 2 Про 4 із газової суміші м. 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 ж 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 через визнання пріоритету за французьким хіміком Кульманом). окислення йде за реакцією 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, змішаний з новою порцією повітря, мимоволі окислюється далі з утворенням NО 2 або N 2 О 4:

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 . Повільне протягом газової суміші сприяє повному 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 перебігу 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 NH 3 також має велике значення для спрямування хімічного процесу, який може йти або за рівнянням: 4NH 3 + 5О 2 = 4NO + 6Н 2 Про (за змістом 14,38% NH 3), або за рівнянням: 4NH 3 + 7О 2 = 4NО 2 + 6Н 2 Про (при вмісті в суміші 10,74% NH 3). 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

Одноосновна сильна кислота, що є в стандартних умовах безбарвною рідиною, яка при зберіганні жовтіє, може перебувати в твердому стані, що характеризується двома кристалічними модифікаціями (моноклінні або ромбічні грати), при температурах нижче мінус 41,6 оС. Ця речовина з хімічною формулою HNO3 називається азотна кислота. Має молярну масу 63,0 г/моль, а її густина відповідає 1,51 г/см³. Температура кипіння кислоти дорівнює 82,6 оС, процес супроводжується розкладанням (частковим): 4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2. Розчин кислоти з масовою часткою основної речовини, що дорівнює 68 %, кипить при температурі 121 оС. чистої речовини відповідає 1397. Кислота здатна змішуватися з водою у будь-яких співвідношеннях і, будучи сильним електролітом, майже повністю розпадатися на іони H+ та NO3-. Тверді форми - тригідрат і моногідрат мають формули: HNO3. 3H2O та HNO3 . H2O відповідно.

Азотна кислота - корозійно активна, токсична речовина та сильний окислювач. З середньовіччя відома така назва, як «сильна вода» (Aqua fortis). Алхіміки, що відкрили кислоту в 13 столітті, дали таку назву, переконавшись у її надзвичайних властивостях (роз'їдала всі метали, крім золота), що перевершують мільйон разів силу оцтової кислоти, яку в ті часи вважали найактивнішою. Але ще через три століття було встановлено, що роз'їдати навіть золото може суміш таких кислот, як азотна і соляна в об'ємному співвідношенні 1:3, яку з цієї причини і назвали «царська горілка». Поява жовтого відтінку при зберіганні пояснюється накопиченням у ній оксидів азоту. У продажу кислота частіше буває з концентрацією 68%, а при вмісті основної речовини понад 89% її називають «димною».

Хімічні властивості азотної кислоти відрізняють її від розведеної сірчаної або соляної кислот тим, що HNO3 сильніший окислювач, тому ніколи не виділяється водень у реакціях з металами. Завдяки окислювальним властивостям вона реагує також із багатьма неметалами. І в тому, і в іншому випадку завжди утворюється діоксид азоту NO2. В окислювально-відновних реакціях відновлення азоту відбувається до різного ступеня: HNO3, NO2, N2O3, NO, N2O, N2, NH3, що визначається концентрацією кислоти та активністю металу. У молекулах сполук, що утворюються, міститься азот зі ступенем окислення: +5, +4, +3, +2, +1, 0, +3 відповідно. Наприклад, мідь окислюється концентрованою кислотою до нітрату міді (II): Cu + 4HNO3 → 2NO2 + Cu(NO3)2 + 2H2O, а фосфор до метафосфорної кислоти: P + 5HNO3 → 5NO2 + HPO3 + 2H2O.

Інакше взаємодіє розведена азотна кислота з неметалами. Приклад реакції з фосфором: 3P + 5HNO3 +2H2O → 3H3PO4 + 5NO видно, що азот відновлюється до двовалентного стану. В результаті утворюється монооксид азоту, а фосфор окислюється до Концентрована азотна кислота в суміші з соляною кислотою розчиняє золото: Au + 4HCl + HNO3 → NO + H + 2H2O і платину: 3Pt + 18HCl + 4HNO3 → 4NO +3H2 + 8H2O. У цих реакціях на початковому етапі соляна кислота окислюється азотною з виділенням хлору, а потім метали утворюють комплексні хлориди.

Азотна кислота в промислових масштабах виходить трьома основними способами:

1. Перший — взаємодією солей із сірчаною кислотою: H2SO4 + NaNO3 → HNO3 + NaHSO4. Раніше цей спосіб був єдиним, але з появою інших технологій, в даний час його використовують у лабораторних умовах для отримання димної кислоти.
2. Другий – це дуговий спосіб. При продуванні повітря через температуру від 3000 до 3500 оС, частина азоту повітря реагує з киснем, при цьому утворюється монооксид азоту: N2 + O2 → 2NO, який після охолодження окислюється до діоксиду азоту (при високій температурі монооксид з киснем не взаємодіє): O2 + 2NO → 2NO2. Потім практично весь діоксид азоту, при надлишку кисню, розчиняється у воді: 2H2O +4NO2 + O2 → 4HNO3.
3. Третій – це аміачний спосіб. Аміак окислюється на платиновому каталізаторі до монооксиду азоту: 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O. Нитрозні гази, що утворилися, охолоджуються, і утворюється діоксид азоту, який поглинається водою. Цим способом одержують кислоту з концентрацією від 60 до 62%.

Азотна кислота у промисловості широко застосовується отримання ліків, барвників, азотних добрив і солей азотної кислоти. Крім того, вона використовується для розчинення металів (наприклад, мідь, свинець, срібло), які не реагують на інші кислоти. У ювелірній справі використовується для визначення золота у сплаві (це спосіб є основним).

Азотна кислота відноситься до основних сполук азоту. Хімічна формула – HNO 3 . Тож якими ж фізичними та хімічними властивостями володіє ця речовина?

Фізичні властивості

Чиста азотна кислота не має кольору, має різкий запах, а на повітрі має особливість "димитися". Молярна маса становить 63 г/моль. При температурі -42 градуси перетворюється на жорсткий агрегатний стан і перетворюється на білу масу. Безводна азотна кислота закипає за 86 градусів. У процесі змішування з водою утворює відмінні розчини один від одного по концентрації.

Ця речовина є одноосновною, тобто має одну карбоксильну групу. Серед кислот, що належать до потужних окислювачів, азотна кислота є однією з найсильніших. Вона вступає в реакцію з багатьма металами та неметалами, органічними сполуками за рахунок відновлення азоту

Нітрати – солі азотної кислоти. Найчастіше їх використовують як добрива у сільському господарстві.

Хімічні властивості

Електронну та структурну формулу азотної кислоти зображують наступним чином:

Мал. 1. Електронна формула азотної кислоти.

Концентрована азотна кислота схильна до впливу світла і під його дією здатна розкладатися на оксиди азоту. Оксиди, у свою чергу, взаємодіючи з кислотою, розчиняються в ній і надають рідині жовтуватий відтінок:

4HNO 3 =4NO 2 +O 2 +2H 2 O

Зберігати речовину слід у прохолодному та темному місці. При підвищенні її температури та концентрації процес розпаду відбувається значно швидше. Азот в молекулі азотної кислоти має валентність IV, ступінь окислення +5, координаційне число 3.

Оскільки азотна кислота є дуже сильною кислотою, у розчинах вона повністю розкладається на іони. Вона реагує з основними оксидами, з основами, з солями слабших і летких кислот.

Мал. 2. Азотна кислота.

Ця одноосновна кислота – найсильніший окисник. Азотна кислота діє на багато металів. Залежно від концентрації, активності металу та умов проведення реакції може відновлюватись з одночасним утворенням солі азотної кислоти (нітрату) до сполук.

Коли азотна кислота взаємодіє з малоактивними металами, утворюється NO 2:

Cu+4HNO 3 (конц.) = Су(NO 3) 2 +2NO 2 +2H 2 O

Розведена азотна кислота у такій ситуації відновлюється до NO:

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

Якщо реакцію з розведеної азотної кислотою вступають активніші метали, то виділяється NO 2:

4Mg+10HNO 3 (розб.)=4Mg(NO 3) 2 +N 2 O+5H 2 O

Дуже розбавлена ​​азотна кислота при взаємодії з активними металами відновлюється до солей амонію:

4Zn+10HNO 3 (дуже розб.)=4Zn(NO 3) 2 +NH 4 NO 3 +3H 2 O

У концентрованій азотній кислоті стійкі Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti. Метали Al, Fe, Cr вона пасивує в результаті утворення на поверхні металів оксидних плівок.

Суміш, утворена з одного обсягу концентрованої азотної та трьох обсягів концентрованої хлороводневої (соляної) кислоти називається «царською горілкою».

Мал. 3. Царська горілка.

Неметали окислюються азотною кислотою до відповідних кислот, а азотна кислота в залежності від концентрації відновлюється до NO або NO2:

З+4HNO 3 (конц.)=CO 2 +4NO 2 +2H 2 O

S+6HNO 3 (конц.)=H 2 SO 4 +6NO 2 +2H 2 O

Азотна кислота здатна окислювати деякі катіони та аніони, а також неорганічні ковалентні сполуки, наприклад, сірководень.

3H 2 S+8HNO 3 (розб.)= 3H 2 SO 4 +8NO+4H 2 O

Азотна кислота взаємодіє з багатьма органічними речовинами, причому один або кілька атомів водню в молекулі органічної речовини замінюються нітрогрупами - NO 2 . Цей процес називається нітруванням.

23 лютого 2018

Один з найважливіших продуктів, що використовуються людиною, - це нітратна кислота. Формула речовини - HNO 3 , вона ж має і різноманітні фізичні та хімічні характеристики, що відрізняють його від інших неорганічних кислот. У нашій статті ми вивчимо властивості азотної кислоти, ознайомимося з методами її одержання, а також розглянемо сфери застосування речовини у різних галузях промисловості, медицини та сільського господарства.

Особливості фізичних властивостей

Отримана в лабораторії азотна кислота, структурна формула якої наведена нижче, є безбарвною рідиною з неприємним запахом, більш важку, ніж вода. Вона швидко випаровується і має невисоку температуру кипіння, що дорівнює +83 °С. З'єднання легко поєднується з водою в будь-яких пропорціях, утворюючи розчини різної концентрації. Більше того, нітратна кислота може поглинати вологу з повітря, тобто є гігроскопічною речовиною. Структурна формула азотної кислоти неоднозначна і може мати дві форми.

У молекулярному вигляді нітратна кислота немає. У водних розчинах різної концентрації речовина має вигляд наступних частинок: H 3 O + - іонів гідроксонію та аніонів кислотного залишку - NO 3 - .

Кислотно-основна взаємодія

Азотна кислота, що є однією з найсильніших кислот, входить у реакції заміщення, обміну, нейтралізації. Так, з основними оксидами з'єднання бере участь в обмінних процесах, в результаті яких виходить сіль та вода. Реакція нейтралізації – основна хімічна властивість всіх кислот. Продуктами взаємодії основ і кислот завжди будуть відповідні солі та вода:

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

Відео на тему

Реакції із металами

У молекулі азотної кислоти, формула якої HNO 3 азот проявляє найвищий ступінь окислення, рівну +5, тому речовина має яскраво виражені окислювальні властивості. Як сильна кислота воно здатне взаємодіяти з металами, що стоять у ряді активності металів до водню. Однак вона, на відміну від інших кислот, може реагувати і з металевими пасивними елементами, наприклад, з міддю або сріблом. Реагенти та продукти взаємодії визначаються як концентрацією самої кислоти, так і активністю металу.

Розведена азотна кислота та її властивості

Якщо масова частка HNO 3 становить 0,4-0,6, з'єднання проявляє всі властивості сильної кислоти. Наприклад, дисоціює на катіони водню та аніони кислотного залишку. Індикатори в кислому середовищі, наприклад, фіолетовий лакмус, у присутності надлишку іонів H+ змінює своє забарвлення на червоне. Найважливіша особливість реакцій нітратної кислоти з металами – це неможливість виділення водню, що окислюється до води. Замість нього утворюються різні сполуки – оксиди азоту. Наприклад, у процесі взаємодії срібла з молекулами азотної кислоти, формула якої HNO 3 виявляється монооксид азоту, вода і сіль - нітрат срібла. Ступінь окислення азоту у складному аніоні знижується, оскільки відбувається приєднання трьох електронів.

З активними металевими елементами, такими як магній, цинк, кальцій, нітратна кислота реагує з утворенням окису азоту, валентність якого найменша, вона дорівнює 1. Також утворюються сіль і вода:

4Mg + 10HNO 3 = NH 4 NO 3 + 4Mg(NO 3) 2 + 3H 2 O

Якщо ж азотна кислота, хімічна формула якої HNO 3 дуже розбавлена, в цьому випадку, продукти її взаємодії з активними металами будуть різними. Це може бути аміак, вільний азот чи оксид азоту (І). Все залежить від зовнішніх факторів, до яких можна віднести ступінь подрібнення металу та температуру реакційної суміші. Наприклад, рівняння її взаємодії з цинком матиме такий вигляд:

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

Концентрована HNO 3 (96-98%) кислота в реакціях з металами відновлюється до діоксиду азоту, причому це зазвичай не залежить від положення металу в ряду Н. Бекетова. Так відбувається у більшості випадків, наприклад, при взаємодії зі сріблом.

Запам'ятаємо виняток із правила: концентрована азотна кислота у звичайних умовах не реагує із залізом, алюмінієм та хромом, а пасивує їх. Це означає, що на поверхні металів утворюється захисна оксидна плівка, що перешкоджає їх подальшому контакту з молекулами кислоти. Суміш речовини з концентрованою хлоридною кислотою у співвідношенні 3:1 називається царською горілкою. Вона має здатність розчиняти золото.

Як нітратна кислота реагує з неметалами

Сильні окислювальні властивості речовини призводять до того, що в його реакціях з неметалевими елементами останні переходять у форму відповідних кислот. Наприклад, сірка окислюється до сульфатної, бор – до борної, а фосфор – до фосфатних кислот. Наведені нижче рівняння реакцій підтверджують:

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

Одержання азотної кислоти

Найбільш зручний лабораторний спосіб одержання речовини - взаємодія нітратів із концентрованою сульфатною кислотою. Її проводять при слабкому нагріванні, не допускаючи підвищення температури, так як в цьому випадку продукт, що вийшов, розкладається.

У промисловості азотну кислоту можна видобути кількома способами. Наприклад, окисленням аміаку, отриманим з азоту повітря та водню. Виробництво кислоти відбувається у кілька стадій. Проміжними продуктами будуть оксиди азоту. Спочатку утворюється монооксид азоту NO, потім киснем повітря його окислюють до двоокису азоту. Нарешті, реакції з водою і надлишком кисню з NO 2 добувають розведену (40-60%) нітратну кислоту. Якщо її переганяти з концентрованою сульфатною кислотою, можна підвищити масову частку HNO 3 розчині до 98.

Вищеописаний метод виробництва нітратної кислоти вперше був запропонований засновником азотної промисловості в Росії І. Андрєєвим ще на початку 20 століття.

Застосування

Як пам'ятаємо, хімічна формула азотної кислоти HNO 3 . Яка особливість хімічних властивостей спричиняє її застосування, якщо нітратна кислота є багатотоннажним продуктом хімічного виробництва? Це висока окисна здатність речовини. Його застосовують у фармацевтичній промисловості для одержання лікарських препаратів. Речовина є вихідною сировиною для синтезу вибухових сполук, пластичних мас, барвників. Нітратна кислота застосовується у військовій техніці як окислювач для ракетного палива. Великий її обсяг застосовують у виробництві найважливіших видів азотних добрив – селітр. Вони сприяють підвищенню врожайності найважливіших сільськогосподарських культур та підвищують вміст у плодах та зеленій масі білка.

Області застосування нітратів

Розглянувши основні властивості, одержання та застосування азотної кислоти, зупинимося на використанні найважливіших її сполук – солей. Вони є не тільки мінеральними добривами, деякі з них мають велике значення у військовій промисловості. Наприклад, суміш, що складається з 75% нітрату калію, 15% дрібнодисперсного вугілля та 5% сірки називається чорним порохом. З нітрату амонію, а також порошку вугілля та алюмінію отримують амонал – вибухову речовину. Цікава властивість солей нітратної кислоти - це їхня здатність розкладатися при нагріванні.

Причому продукти реакції залежатимуть від того, іон якого металу входить до складу солі. Якщо металевий елемент знаходиться в ряду активності лівіше магнію, то в продуктах виявляються нітрити і вільний кисень. Якщо метал, що входить до складу нітрату, розташований від магнію до міді включно, при нагріванні солі відбувається утворення діоксиду азоту, кисню і оксиду металевого елемента. Солі срібла, золота або платини за високої температури утворюють вільний метал, кисень і двоокис азоту.

У нашій статті ми з'ясували, яка хімічна формула азотної кислоти в хімії та які особливості її окисних властивостей мають найважливіше значення.