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.
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 розбавленої 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:
- 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.
- 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.
- 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 визначення золота в сплаві (це спосіб є основним).
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.
23 лютого 2018Один 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 та 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.
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) 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 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, причому азот зазвичай відновлюється до NO або NO 2:
та складні речовини, наприклад:
Деякі органічні сполуки (наприклад, аміни та гідразин, скипидар) самозаймиться 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 необоротно 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 до початку 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.
