Кислотні властивості азоту. Азотна кислота (I)

Азотна кислота HNO 3 – безбарвна рідина, має різкий запах, легко випаровується. При попаданні на шкіру азотна кислота може викликати сильні опіки (на шкірі утворюється характерна жовта пляма, її відразу слід промити великою кількістю води, а потім нейтралізувати содою NaHCO 3)

Азотна кислота

Молекулярна формула: HNO 3 B(N) = IV, С.О. (N) = +5

Атом азоту утворює 3 зв'язки з атомами кисню за обмінним механізмом і 1 зв'язок - за донорно-акцепторним механізмом.

Фізичні властивості

Безводна HNO 3 за нормальної температури - безбарвна летюча рідина зі специфічним запахом (т. кип. 82,6"З).

Концентрована «димна» HNO 3 має червоний або жовтий колір, оскільки розкладається із виділенням NO 2 . Азотна кислота поєднується з водою в будь-яких співвідношеннях.

Способи отримання

I. Промисловий – 3-стадійний синтез за схемою: NH 3 → NO → NO 2 → HNO 3

1 стадія: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

2 стадія: 2NO + O 2 = 2NO 2

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

ІІ. Лабораторний – тривале нагрівання селітри з конц. H 2 SO 4:

2NaNO 3 (тв.) +H 2 SO 4 (конц.) = 2HNO 3 + Na 2 SO 4

Ba(NO 3) 2 (тв) +H 2 SO 4 (конц.) = 2HNO 3 + BaSO 4

Хімічні властивості

HNO 3 як сильна кислота виявляє всі загальні властивості кислот

HNO 3 → H + + NO 3 -

HNO 3 - дуже реакційна речовина. У хімічних реакціях поводиться як сильна кислота і як сильний окислювач.

HNO 3 взаємодіє:

а) з оксидами металів 2HNO 3 + CuO = Cu(NO 3) 2 + H 2 O

б) з основами та амфотерними гідроксидами 2HNO 3 + Cu(OH) 2 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

в) із солями слабких кислот 2HNO 3 + СaСO 3 = Ca(NO 3) 2 + СO 2 + H 2 O

г) з аміаком HNO 3 + NH 3 = NH 4 NO 3

Відмінність HNO 3 від інших кислот

1. При взаємодії HNO 3 з металами практично ніколи не виділяється Н 2 так як іони H + кислоти не беруть участь в окисленні металів.

2. Замість іонів H + окислювальну дію надають аніони NO 3 -.

3. HNO 3 здатна розчиняти як метали, розташовані у ряду активності лівіше водню, а й малоактивні метали - Сі, Аg, Нg. У суміші з HCl розчиняє також Au, Pt.

HNO 3 – дуже сильний окислювач

I. Окислення металів:

Взаємодія HNO 3: а) з Me низької та середньої активності: 4HNO 3 (конц.) + Сu = 2NO 2 + Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

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

б) з активними Me: 10HNO 3 (розб.) + 4Zn = N 2 O + 4Zn(NO 3) 2 + 5H 2 O

в) з лужними та лужноземельними Me: 10HNO 3 (оч. розб.) + 4Са = NH 4 NO 3 + 4Ca(NO 3) 2 + 3H 2 O

Дуже концентрована HNO 3 за нормальної температури не розчиняє деякі метали, зокрема Fe, Al, Cr.

ІІ. Окислення неметалів:

HNO 3 окислює Р, S, З їх вищих С.О., сама при цьому відновлюється до NO (HNO 3 розб.) або до NO 2 (HNO 3 конц).

5HNO 3 + Р = 5NO 2 + H 3 PO 4 + H 2 O

2HNO 3 + S = 2NO + H 2 SO 4

ІІІ. Окислення складних речовин:

Особливо важливими є реакції окиснення сульфідів деяких Me, які не розчиняються в інших кислотах. Приклади:

8HNO 3 + PbS = 8NO 2 + PbSO 4 + 4H 2 O

22HNO 3 + ЗСu 2 S = 10NO + 6Cu(NO 3) 2 + 3H 2 SO 4 + 8H 2 O

HNO 3 - нітруючий агент у реакціях органічного синтезу

R-Н + НО-NO 2 → R-NO 2 + H 2 O

З 2 Н 6 + HNO 3 → C 2 H 5 NO 2 + H 2 O нітроетан

С 6 Н 5 СН 3 + 3HNO 3 → С 6 Н 2 (NO 2) 3 СН 3 + ЗH 2 O тринітротолуол

С 6 Н 5 ОН + 3HNO 3 → С 6 Н 5 (NO 2) 3 OH + ЗH 2 O тринітрофенол

HNO 3 етерифікує спирти

R-ОН + НO-NO 2 → R-O-NO 2 + H 2 O

С 3 Н 5 (ОН) 3 + 3HNO 3 → С 3 Н 5 (ONO 2) 3 + ЗH 2 O тринітрат гліцерину

Розкладання HNO 3

При зберіганні на світлі, особливо при нагріванні, молекули HNO 3 розкладаються за рахунок внутрішньомолекулярного окислення-відновлення:

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

Виділяється червоно-бурий отруйний газ NO 2 який посилює агресивно-окисні властивості HNO 3

Солі азотної кислоти - нітрати Me(NO 3) n

Нітрати - безбарвні кристалічні речовини, що добре розчиняються у воді. мають хімічні властивості, характерні для типових солей.

Відмінні риси:

1) окисно-відновне розкладання при нагріванні;

2) сильні окисні властивості розплавлених нітратів лужних металів.

Термічне розкладання

1. Розкладання нітратів лужних та лужноземельних металів:

Me(NO 3) n → Me(NO 2) n + O 2

2. Розкладання нітратів металів, які у ряду активності металів від Mg до Cu:

Me(NO 3) n → Me x О y + NO 2 + O 2

3. Розкладання нітратів металів, що стоять у ряді активності металів вище Cu:

Me(NO 3) n → Me + NO 2 + O 2

Приклади типових реакцій:

1) 2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

2) 2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

3) 2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2

Окислювальна дія розплавів нітратів лужних металів

У водних розчинах нітрати, на противагу HNO 3 майже не виявляють окислювальної активності. Однак розплави нітратів лужних металів та амонію (селітр) є сильними окислювачами, оскільки розкладаються із виділенням активного кисню.

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 суміш з 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) тільки 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 кислоти з 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 цих умовах продуктів даної реакції більше, ніж продуктів інших реакцій, наприклад, при взаємодії цинку з азотною кислотою (масова частка азотної кислоти в розчині 0,3) у продуктах буде міститися найбільше NO, але також містяться (тільки у 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

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 як різні продукти відновлення азоту, а й різні продукти окислення заліза:

Азотна кислота окислює неметали, при цьому азот зазвичай відновлюється до NO або NO2:

та 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 кислоти та одного об'єму 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 у лужному розчині відновлюють 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 і мідним купоросом була, очевидно, вперше описана трактатах 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.

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.

Чим вище 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 нітрозил 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 - в цистернах із кислототривкої сталі.

Квиток 5

2. Роль заліза у процесі життєдіяльності організму.

Залізо в організмі Залізо присутнє в організмах всіх 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 грунтах Залізо перетворюється на 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.

Мал. 97. Запалення скипидару в азотній кислоті

Чиста – безбарвна рідина уд. ваги 1,53, кипляча при 86°, а при -41° застигає прозору кристалічну масу. На повітрі вона, подібно до концентрованої соляної кислоти, «димить», так як пари її утворюють з вологою повітря дрібні крапельки туману.

З водою змішується у будь-якому відношенні, причому 68%-ний розчин кипить при 120,5° і переганяється без зміни. Такий склад має звичайна продажна уд. ваги 1,4. Концентрована кислота, що містить 96-98% HNO 3 і пофарбована розчиненою в ній двоокис азоту в червоно-бурий колір, відома під назвою димної азотної кислоти.

Азотна кислота не відрізняється особливою хімічною міцністю. Вже під впливом світла вона поступово розкладається наводу, і двоокис азоту:

4HNO 3 = 2Н 2 O + 4NO 2 + O 2

Чим вище температура і що концентрованіша кислота, то швидше йде розкладання. Тому азотна кислота, що отримується з селітри, завжди буває пофарбована двоокисом азоту в жовтуватий колір. Щоб уникнути розкладання, перегонку ведуть під зменшеним тиском, під яким закипає азотна кислота при температурі, близької до 20°.

Азотна кислота належить до найбільш сильних кислот; у розведених розчинах вона сповна розпадається на іони Н і NO3 '.

Найхарактернішою властивістю азотної кислоти є її яскраво виражена окислювальна здатність. Азотна кислота - один з найенергійніших окислювачів.Багато металоїдів легко окислюються нею, перетворюючись на відповідні кислоти. Так, наприклад, при кип'ятінні з азотною кислотою поступово окислюється в сірчану кислоту, - у фосфорну і т. д. Тліючий вугілля, занурений у концентровану азотну кислоту, не тільки не гасне, алеяскраво розгорається, розкладаючи кислоту з утворенням червоно-бурого двоокису азоту.

Іноді при окисленні виділяється так багато тепла, що речовина, що окислюється, само собою загоряється без попереднього підігрівання.

Наллємо, наприклад, у порцелянову чашку трохи димної азотної кислоти, поставимо чашку на дно широкої склянки і, набравши в піпетку скипидару, по краплях будемо пускати його в чашку з кислотою. Кожна крапля, потрапляючи в кислоту, спалахує і згоряє, утворюючи велике полум'я і хмару кіптяви (рис. 97). Нагріте тирсу також спалахує від краплі димної азотної кислоти. Азотна кислота діє майже на все, за винятком золота, платини та деяких рідкісних металів, перетворюючи їх на азотнокислі солі. Так як останні розчиняються у воді, азотної кислотою постійно користуються на практиці для розчинення металів, особливо таких, як , на які інші кислоти не діють або діють дуже повільно.

Чудово, що, як знайшов ще М, деякі ( , та ін), легко розчиняються в розведеній азотній кислоті, не розчиняються в холодній концентрованій азотній кислоті. Очевидно, це відбувається внаслідок утворення на поверхні тонкого, дуже щільного шару оксиду, що захищає метал від подальшої дії кислоти. Такі після обробки концентрованою азотною кислотою стають «пасивними», тобто втрачають здатність розчинятися також і в розведених кислотах.

Окисні властивості азотної кислоти обумовлюються нестійкістю її молекул і присутністю в них азоту в його вищому стані окислення, що відповідає позитивній валентності, що дорівнює 5. Виробляючи окислення, азотна кислота послідовно відновлюється в наступні сполуки:

HNO 3 →NO 2 →HNO 2 →NO→N 2 O→N 2 →NH 3

Ступінь відновлення азотної кислоти залежить від її концентрації, і від % активності відновника. Чим більше кислота розбавлена, тим більше вона відновлюється. Концентрована азотна кислота завжди відновлюється до NO2. Розведена азотна кислота відновлюється зазвичай до NO або при дії більш активних металів, як, наприклад, Fe, Zn, Mg, - до N 2 O. Якщо ж кислота дуже розбавлена, головним продуктом відновлення є NH 3 утворює з надлишком кислоти амонійну сіль NH 4 NO 3 .

Для ілюстрації наведемо схеми кількох реакцій окислення з допомогою азотної кислоти;

1) Pb + HNO 3 → Pb (NO 3) 2 + NO 2 + Н 2 O

2) Су + HNO 3 → Cu (NO 3) 2 + NO + H 2 O

розбавив,

3) Mg + HNO 3 → Mg(NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O

розбавив,

4) Zn + HNO 3 → Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O

дуже розбав.

Слід зазначити, що при дії розведеної азотної кислоти на метали зазвичай не виділяється.

При окисленні металоїдів азотна кислота зазвичай відновлюється до NO.

S + 2HNO 3 = H 2 SO 4 +2NO

Наведені вище схеми ілюструють найбільш типові випадки окисної дії азотної кислоти. Взагалі ж

Необхідно зауважити, що всі реакції окислення, що йдуть з участю азотної кислоти, протікають дуже складно внаслідок одночасного утворення різних продуктів відновлення і досі не можуть вважатися цілком з'ясованими.

Суміш, що складається з 1 об'єму азотної та 3 об'ємів соляної кислоти, називається царською горілкою. Царська горілка розчиняє деякі метали, що не розчиняються в азотній кислоті, у тому числі і «царя металів» - . Дія її пояснюється тим, що азотна кислота окислює соляну кислоту з виділенням вільного хлору та утворенням хлористого ні-трозилу NOCl:

HNO 3 + 3HCl = Сl 2 + 2Н 2 O + NOCl

Хлористий нітрозил є проміжним продуктом реакції і розкладається на окис азоту та :

2NOCl = 2NO + Сl 2

Той, що виділяється, з'єднується з металами, утворюючи металів, тому при розчиненні металів у царській горілці виходять солі соляної, а не азотної кислоти:

Au + 3HCl+ HNO 3 = AuCl 3 +NO + 2H 2 O

На багато органічних азотних кислот діє таким чином, що один або кілька атомів водню в молекулі органічної сполуки заміщаються нітрогрупами - NO 2 . Цей процес, який отримав назву нітрування, відіграє надзвичайно важливу роль в органічній хімії.

При дії на азотну кислоту фосфорного ангідриду останній забирає від азотної кислоти елементи води і в результаті утворюються азотний ангідрид та метафосфорна кислота.

2HNO 3 + P 2 O 5 = N 2 O 5 + 2HPO 3

Азотна кислота є найважливішою сполукою азоту завдяки різноманітному застосуванню, яке вона знаходить у народному господарстві.

У великих кількостях азотна кислота витрачається у виробництві азотних добрив та органічних барвників. Вона застосовується як окислювач у багатьох хімічних процесах, використовується у виробництві сірчаної кислоти за нітрозним способом, служить для розчинення металів, для отримання нітратів, застосовується для виготовлення целюлозних лаків, кіноплівки та інших хімічних виробництв. Азотна кислота йде також на виготовлення бездимного пороху та вибухових речовин, необхідних для оборони країни та широко використовуваних у гірничорудній справі та при різних земляних роботах (будівництво каналів, гребель тощо).

ВИЗНАЧЕННЯ

Чиста азотна кислота- безбарвна рідина, яка при -42 o С застигає в прозору кристалічну масу (будова молекули показана на рис. 1).

На повітрі вона, подібно до концентрованої соляної кислоти, «димить», оскільки пари її утворюють з вологою повітря дрібні крапельки туману.

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

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

Мал. 1. Будова молекули азотної кислоти.

Таблиця 1. Фізичні властивості азотної кислоти.

Одержання азотної кислоти

Азотна кислота утворюється в результаті дії окислювачів на азотисту кислоту:

5HNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5HNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O.

Безводна азотна кислота може бути отримана перегонкою при зниженому тиску концентрованого розчину азотної кислоти в присутності P 4 O 10 або H 2 SO 4 повністю скляному обладнанні без мастила в темряві.

Промисловий процес виробництва азотної кислоти заснований на каталітичному окисненні аміаку над нагрітою платиною:

NH 3 + 2O 2 = HNO 3 + H 2 O.

Хімічні властивості азотної кислоти

Азотна кислота належить до найбільш сильних кислот; у розведених розчинах вона повністю дисоціює на іони. Її солі звуться нітрати.

HNO 3 ↔H + + NO 3 - .

Характерною властивістю азотної кислоти є її яскраво виражена окислювальна здатність. 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 у сірчану кислоту, фосфор – у фосфорну. Тліючий куточок, занурений у концентровану HNO 3 яскраво розгорається.

Азотна кислота діє майже на всі метали (за винятком золота, платини, танталу, родію, іридію), перетворюючи їх на нітрати, а деякі метали - на оксиди.

Концентрована азотна кислота пасивує деякі метали.

При взаємодії розведеної азотної кислоти з малоактивними металами, наприклад з міддю, виділяється діоксид азоту. У разі активніших металів - заліза, цинку - утворюється оксид діазоту. 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.

Cu + HNO3(conc) = Cu(NO3)2+NO2+H2O;

Cu + HNO 3 (dilute) = Cu (NO 3) 2 + NO + H 2 O;

Mg + HNO 3 (dilute) = Mg (NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O;

Zn + HNO 3 (highly dilute) = Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O.

При дії азотної кислоти на метали водень зазвичай не виділяється.

S + 6HNO 3 = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O;

3P + 5HNO 3 + 2H 2 O = 3H 3 PO 4 + 5NO.

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 (III), або хлориду нітрозилу, NOCl:

HNO 3 + 3HCl = Cl 2 + 2H 2 O + NOCl.

Застосування азотної кислоти

Азотна кислота - одна з найважливіших сполук азоту: у великих кількостях вона витрачається у виробництві азотних добрив, вибухових речовин та органічних барвників, служить окислювачем у багатьох хімічних процесах, використовується у виробництві сірчаної кислоти за нітрозним способом, застосовується для виготовлення целюлозних лаків, кіноплівки.