Азотная кислота

Азотная кислота или Acidum nitricum

Это азот содержащая неорганическое соединение, в концентрированном состоянии может темнеть из за частичного разложения, чрезвычайно опасная жидкость с некоторыми органическими веществами самовоспламеняться.

С металлами образовывать ядовитые соединения азота с кислорода NO₂, при вдыхании больших количеств может образоваться химический оттек легких.

Гидратным соединением оксида азота (V) или (пентаоксид диазота, азотный ангидрид) N₂О₅ является  азотная  кислота  HNO₃ — важнейшее соединение азота.

В лаборатории азотную кислоту получают, действуя на ее соли концентрированной серной кислотой при нагревании:

NaNO₃ + H₂SO₄ = HNO₃ + NaHSO₄

Ранее этот единственный метод использовался и в промышленности для получения азотной кислоты из чилийской селитры NaNO₃.

Но 1898 г. на заседании Британской ассоциации ученых Крукс сформулировал важную проблему для технологов:

«Фиксации атмосферного азота есть одно из величайших открытий, которых надо ожидать от изобретательности химиков».

История получения азотной кислоты

И уже в 1904 г. был предложен цианамидный метод связывания атмосферного азота с получением аммиака.

В 1905 г. был разработан дуговой метод «сжигания воздуха», основанный на:

1. Пропускании воздуха через электрическую дугу.
2. В результате чего получается оксид азота (II).
3. Окисляющийся кислородом воздуха до оксида азота (IV).
4. Который растворяют в поде и получают азотную кислоту.

В дальнейшем эти способы уступили место методу синтеза и переработки аммиака как более экономичному и пригодному для многотоннажного производства.

Промышленное получение азотной кислоты основано на каталитическом окислении синтетического аммиака.

В одном цехе синтезируют аммиак из азота воздуха и водорода природных газов.

В другом цехе окисляют аммиак кислородом воздуха в присутствии катализатора до оксида азота (II):

4NH₃+ 5O₂ = 4NO↑ + 6Н₂O

превращающегося на воздухе в оксид азота (IV).

Последний взаимодействует с водой (в присутствии кислорода воздуха) и получат и азотная кислота:

4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃

В качестве катализатора при окислении аммиака используют металлическую сетку из сплава платины с родием.

На азотно-туковых комбинатах азотную кислоту перерабатывают на азотные удобрения.

Однако, несмотря на дешевизну исходною сырья (азота и водорода), синтетические азотные удобрения остаются самыми дорогими из всех минеральных удобрений вследствие технологической сложности производства.

В целом они гораздо дороже фосфорных и тем более калийных минеральных удобрений, получаемых переработкой природных солей.

Химически чистая азотная кислота

Бесцветная жидкость плотностью 1,53 г/см³, кипит при +86° С, кристаллизуется при —    41° С .

Она гигроскопична, «дымит» на воздухе, так как пары ее образуют с влагой воздуха капли тумана.

Азотная кислота смешивается с водой в любых отношениях.

Промышленность выпускает 68%-ную азотную кислоту (плотность 1,4 г/см³).

В продажу поступает «дымящая» азотная кислота, содержащая 96—98% HNО₃, окрашенная в красно-бурый цвет растворенной двуокисью азота. Выпускается азотная кислота и в других концентрациях.

Азотная кислота относится к сильным кислотам, в разбавленных водных растворах она полностью диссоциирована на ионы:

HNO ⇄ H⁺ + NOˉ₃

Азотная кислота непрочна, разлагается под действием теплоты и света на оксид азота (IV), кислород и воду, поэтому хранят ее в прохладном и темном месте.

Кислота — один из сильнейших окислителей, в ее молекуле азот имеет степень окисления +5 и электроны может только присоединять.

Поэтому азотная кислота во всех реакциях играет роль окислителя.

При этом она может последовательно восстанавливаться до следующих соединений:

НNO₃ (+5) → NO₂ (+4) → HNO₂ (+3) → NO (+2) → N₂O (+) → N₂ (0) → NH₃( NH₄NO₃ ) (-3)

Реакции взаимодействия азотной кислоты с металлами:

2HNO₃ (Конц.) + Ag = NO₂↑ + AgNO₃ + H₂O

4HNO3 (Разб.) + 3Ag = NO↑ + 3AgNO3+ 2Н2O

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

8HNO₃ (Разб.) + 3Cu = 2NO↑ + 3Cu(NO₃)₂ + 4H₂O

10HNO₃ (Конц.) + 4Ca = N₂O↑ + 4Ca(NO₃)₂ + 5H₂O

10HNO₃ (Разб.) + 4Ca = NH₄NO₃ + 4Ca(NO₃)₂ + 3H₂O

1. Достаточно активный металл цинк в зависимости от концентрации азотной кислоты может восстанавливать ее до оксида азота (I) N₂O, свободного азота N.
2. Даже до аммиака NH₃, который с избытком азотной кислоты дает нитрат аммония NH₄NO₃. Как правило, при взаимодействии азотной кислоты с металлами не происходит выделения водорода.
3. Концентрированная азотная кислота не действует на железо, хром и алюминий (без нагревания). Более того, она «пассивирует» эти металлы.

Царская водка

Но наиболее сильным окислительным действием отличается смесь одного объема концентрированной азотной с тремя объемами концентрированной соляной кислоты, называемая «царской водкой».

Она растворяет «царя металлов» — золото и другие металлы, окислительное действие ее обусловлено выделением при взаимодействии кислот атомарного хлора:

НNO₃ + 3HCl = 2Сl + NOCl + 2Н₂O

NOCl = NO + Cl

HNO₃ + 3HCl = 3Cl + NO + 2H₂O

Золото растворяется с образованием золотохлористоводородной кислоты:

Au + 3Cl + HCl = H[AuCl₄]

Суммарное уравнение окисления золота царской водкой имеет вид:

Au + 4HCl + HNO₃ = Н[AuCl₄] + NO↑ + 2H₂O

Некоторые неметаллы (сера, фосфор, уголь) также окисляются азотной кислотой. При этом концентрированная азотная кислота восстанавливается до оксида (IV), а разбавленная — до оксида азота (II):

6HNO₃ (Конц.) + S = 6NO₂↑ + H₂SO₄ + 2H₂O

5HNO₃ (Разб.) + 3P = 5NO↑ + 3H₃PO₄

4HNO₃ (Разб.) + 3C = 4NO↑ + 3CO₂↑ + 2H₂O

Азотная кислота окисляет многие органические вещества, обесцвечивает красители. Часто при этом выделяется много теплоты и вещество воспламеняется.

Например, если прилить каплю скипидар к азотной кислоте, происходит яркая вспышка.

Подобно этому нагретые древесные опилки, вата или бумага воспламеняются от действии дымящей азотной кислоты.

Лабораторная работа с концентрированной азотной кислотой требует особой осторожности.
Азотную кислоту производит основная химическая промышленность.

Применение

Эта кислота необходима для:

1. Получения азотных удобрений.
2. Пластических масс.
3. Искусственного волокна.
4. Органических красителей и лаков.
5. Лекарственных веществ.
6. Взрывчатых веществ.
7. Серной кислоты по нитрозному способу.

Статья на тему азотная кислота