Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Азотна кислота


Азотна кислота: вид молекули

План:


Введення

Ця стаття включає опис терміну "Меланж";.

Азотна кислота (HNO 3), - сильна одноосновна кислота. Тверда азотна кислота утворює дві кристалічні модифікації з моноклінної і ромбічної гратами.

Азотна кислота змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. У водних розчинах вона практично повністю дисоціює на іони. Утворює з водою азеотропну суміш з концентрацією 68,4% і t кип 120 C при атмосферному тиску. Відомі два твердих гідрату : моногідрат (HNO 3 H 2 O) і тригідрат (HNO 3 3H 2 O).


1. Фізичні та фізико-хімічні властивості

Щільність азотної кислоти в залежності від концентрації.
Фазова діаграма водного розчину азотної кислоти.

Азот в азотній кислоті чотиривалентний [2], ступінь окислення +5. Азотна кислота - безбарвна, димить на повітрі рідина, температура плавлення -41,59 C, кипіння +82,6 C з частковим розкладанням. Розчинність азотної кислоти у воді не обмежена. Водні розчини HNO 3 з масовою часткою 0,95-0,98 називають "димить азотною кислотою", з масовою часткою 0,6-0,7 - концентрованої азотної кислотою. З водою утворює азеотропну суміш (масова частка 68,4%, d 20 = 1,41 г / см, T кип = 120,7 C)

При кристалізації з водних розчинів азотна кислота утворює кристалогідрати:

  • моногідрат HNO 3 H 2 O, T пл = -37,62 C
  • тригідрат HNO 3 3H 2 O, T пл = -18,47 C

Тверда азотна кислота утворює дві кристалічні модифікації:

Моногідрат утворює кристали ромбічної сингонії, просторова група P na2, a = 0,631 нм, b = 0,869 нм, c = 0,544, Z = 4;

Щільність водних розчинів азотної кислоти як функція її концентрації описується рівнянням

d (c) = 0,9952 + 0,564 c + 0,3005 c 2 - 0,359 c 3

де d - щільність в г / см , с - масова частка кислоти. Дана формула погано описує поведінку щільності при концентрації понад 97%.



2. Хімічні властивості

Висококонцентрована HNO 3 має звичайно бурого забарвлення внаслідок того, що відбувається на світлі процесу розкладання:

\ Mathrm {4HNO_3 \ longrightarrow 4 \ NO_2 \ uparrow + 2 \ H_2O + \ O_2 \ uparrow}

При нагріванні азотна кислота розпадається з тієї ж реакції. Азотну кислоту можна переганяти (без розкладання) тільки при зниженому тиску (зазначена 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 з нею, хід реакції при цьому визначається її концентрацією.

HNO 3 як сильна одноосновна кислота взаємодіє:

а) з основними і амфотерними оксидами :

~ \ Mathrm {CuO + 2HNO_3 = Cu (NO_3) _2 + H_2O}
~ \ Mathrm {ZnO + 2HNO_3 = Zn (NO_3) _2 + H_2O}

б) з підставами :

~ \ Mathrm {KOH + HNO_3 = KNO_3 + H_2O}

в) витісняє слабкі кислоти з їх солей:

\ Mathrm {CaCO_3 + 2HNO_3 = Ca (NO_3) _2 + H_2O + CO_2 \ uparrow}

При кипінні або під дією світла азотна кислота частково розкладається:

\ Mathrm {4HNO_3 = 4NO_2 \ uparrow + O_2 \ uparrow + 2H_2O}

Азотна кислота в будь-якої концентрації проявляє властивості кислоти-окислювача, при цьому азот відновлюється до ступеня окислення від +4 до -3. Глибина відновлення залежить в першу чергу від природи відновлення і від концентрації азотної кислоти. Як кислота-окислювач, HNO 3 взаємодіє:

а) з металами, що стоять в ряду напруг правіше водню:

Концентрована HNO 3

\ Mathrm {Cu + 4HNO_3 (60%) = Cu (NO_3) _2 + 2NO_2 \ uparrow + 2H_2O}

Розбавлена ​​HNO 3

\ Mathrm {3Cu + 8HNO_3 (30%) = 3Cu (NO_3) _2 + 2NO \ uparrow + 4H_2O}

б) з металами, що стоять в ряду напруг лівіше водню:

\ Mathrm {Zn + 4HNO_3 (60%) = Zn (NO_3) _2 + 2NO_2 \ uparrow + 2H_2O}
\ Mathrm {3Zn + 8HNO_3 (30%) = 3Zn (NO_3) _2 + 2NO \ uparrow + 4H_2O}
\ Mathrm {4Zn + 10HNO_3 (20%) = 4Zn (NO_3) _2 + N_2O \ uparrow + 5H_2O}
\ Mathrm {5Zn + 12HNO_3 (10%) = 5Zn (NO_3) _2 + N_2 \ uparrow + 6H_2O}
~ \ Mathrm {4Zn + 10HNO_3 (3%) = 4Zn (NO_3) _2 + NH_4NO_3 + 3H_2O}

Всі наведені вище рівняння відображають тільки домінуючий хід реакції. Це означає, що в даних умовах продуктів даної реакції більше, ніж продуктів інших реакцій, наприклад, при взаємодії цинку з азотною кислотою (масова частка азотної кислоти в розчині 0,3) в продуктах буде міститися найбільше NO, але також будуть міститися (тільки в менших кількостях) і NO 2, N 2 O, N 2 і NH 4 NO 3.

Єдина загальна закономірність при взаємодії азотної кислоти з металами: чим більше розбавлена ​​кислота і чим активніше метал, тим глибше відновлюється азот:

збільшення концентрації кислоти \ Mathrm {\ Leftarrow NO_2, NO, N_2O, N_2, NH_4NO_3 \ Rightarrow} збільшення активності металу
Продукти взаємодії заліза з HNO 3 різної концентрації

Із золотом і платиною азотна кислота, навіть концентрована не взаємодіє. Залізо, алюміній, хром холодної концентрованої азотної кислотою пасивуються. З розведеною азотною кислотою залізо взаємодіє, причому в залежності від концентрації кислоти утворюються не тільки різні продукти відновлення азоту, але й різні продукти окислення заліза:

\ Mathrm {Fe + 4HNO_3 (25%) = Fe (NO_3) _3 + NO \ uparrow + 2H_2O}
~ \ Mathrm {4Fe + 10HNO_3 (2%) = 4Fe (NO_3) _2 + NH_4NO_3 + 3H_2O}

Азотна кислота окисляє неметали, при цьому азот звичайно відновлюється до NO або NO 2:

\ Mathrm {S + 6HNO_3 (60%) = H_2SO_4 + 6NO_2 \ uparrow + 2H_2O}
\ Mathrm {S + 2HNO_3 (40%) = H_2SO_4 + 2NO \ uparrow}
\ Mathrm {P + 5HNO_3 (60%) = H_3PO_4 + 5NO_2 \ uparrow + H_2O}
\ Mathrm {3P + 5HNO_3 (30%) + 2H_2O = 3H_3PO_4 + 5NO \ uparrow}

і складні речовини, наприклад:

~ \ Mathrm {3FeS + 14HNO_3 (30%) = 3Fe (NO_3) _3 + 6S + 5NO + 7H_2O}

Деякі органічні сполуки (наприклад аміни і гідразин, скипидар) самозаймаються при контакті з концентрованою азотною кислотою.

Азотна кислота

Деякі метали ( залізо, хром, алюміній, кобальт, нікель, марганець, берилій), що реагують з розведеною азотною кислотою, пасивуються концентрованої азотної кислотою і стійкі до її впливу.

Суміш азотної та сірчаної кислот носить назву "меланж". Завдяки наявності аміла досягається концентрація в 104% (Тобто при додаванні до 100 частин меланжу 4 частин дистиляту концентрація залишається на рівні 100%, внаслідок поглинання води аміл [джерело не вказано 150 днів]).

Азотна кислота широко використовується для отримання нітросполук.

Суміш трьох обсягів соляної кислоти і одного обсягу азотної називається "Царською горілкою". Царська горілка розчиняє більшість металів, у тому числі золото і платину. Її сильні окисні здатності обумовлені утворюється атомарним хлором і хлоридом нитрозила :

\ Mathrm {3HCl + \ HNO_3 \ longrightarrow \ NOCl + 2 [Cl] \ uparrow + 2 \ H_2O}
\ Mathrm {Au + HNO_3 + 4HCl = HAuCl_4 + NO \ uparrow + 2H_2O}
\ Mathrm {3Pt + 4HNO_3 + 18HCl = 3H_2PtCl_6 + 4NO \ uparrow + 8H_2O}



2.1. Нітрати

HNO 3 - сильна кислота. Її солі - нітрати - отримують 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 в ряду напруг лівіше магнію:

2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

б) нітрати металів, розташованих в ряді напруг між магнієм і міддю :

4Al (NO 3) 3 = 2Al 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2

в) нітрати металів, розташованих в ряду 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 при високій температурі у твердому стані нітрати - сильні окислювачі, наприклад:

Fe + 3KNO 3 + 2KOH = K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + H 2 O - при сплаві твердих речовин.

Цинк і алюміній в лужному розчині відновлюють нітрати до NH 3:

\ Mathrm {3KNO_3 + 8 \ Al + 5 \ KOH + 18 \ H_2O \ longrightarrow 3 \ NH_3 \ uparrow + 8 \ K [Al (OH) _4]}

Солі азотної кислоти - нітрати - широко використовуються як добрива. При цьому практично всі нітрати добре розчиняються у воді, тому у вигляді мінералів їх в природі надзвичайно мало; виняток становлять чилійська (натрієва) селітра і індійська селітра ( нітрат калію). Більшість нітратів отримують штучно.

З азотною кислотою не реагують скло, фторопласт-4.


3. Історичні відомості

Методика отримання розведеної азотної кислоти шляхом сухої перегонки селітри з галуном і мідним купоросом була, по видимому, вперше описана трактатах Джабіра (Гебера в латинізовані перекладах) в VIII столітті. Цей метод з тими чи іншими модифікаціями, найбільш істотною з яких була заміна мідного купоросу залізним, застосовувався в європейській і арабської алхімії аж до XVII століття.

В XVII столітті Глаубер запропонував метод отримання летючих кислот реакцією їх солей з концентрованою сірчаною кислотою, в тому числі і азотної кислоти з калійної селітри, що дозволило ввести в хімічну практику концентровану азотну кислоту і вивчити її властивості. Метод Глаубер застосовувався до початку XX століття, причому єдиною істотною модифікацією його виявилася заміна калійної селітри на дешевшу натрієву (чилійську) селітру.

За часів М. В. Ломоносова, азотну кислоту називали міцною горілкою.


4. Промислове виробництво, застосування та дію на організм

Азотна кислота є одним із самих великотоннажних продуктів хімічної промисловості.

4.1. Виробництво азотної кислоти

Сучасний спосіб її виробництва заснований на каталітичному окисленні синтетичного аміаку на платино - родієвим каталізаторах (процес Оствальда) до суміші оксидів азоту (нітрозних газів), з подальшим поглинанням їх водою

4 NH 3 + 5 O 2 (Pt) → 4 NO + 6 H 2 O
2 NO + O 2 → 2 NO 2
4 NO 2 + O 2 + 2 H 2 O → 4HNO 3.

Концентрація отриманої таким методом азотної кислоти коливається в залежності від технологічного оформлення процесу від 45 до 58%. Вперше азотну кислоту отримали алхіміки, нагріваючи суміш селітри і залізного купоросу:

4 KNO 3 + 2 (FeSO 4 7H 2 O) (t ) → Fe 2 O 3 + 2 K 2 SO 4 + 2HNO 3 ↑ + NO 2 ↑ + 13 H 2 O

Чисту азотну кислоту отримав вперше Йоганн Рудольф Глаубер, діючи на селітру концентрованої сірчаної кислотою:

KNO 3 + H 2 SO 4 (конц.) (t ) → KHSO 4 + HNO 3

Подальшої дистиляцією може бути отримана т. н. "Димляча азотна кислота", практично не містить води.


4.2. Застосування

  • в ювелірній справі - основний спосіб визначення золота в золотому сплаві;
  • у виробництві мінеральних добрив;
  • у військовій промисловості (димляча - у виробництві вибухових речовин, як окислювач ракетного палива, розбавлена ​​- в синтезі різних речовин, у тому числі отруйних);
  • вкрай рідко в фотографії - розбавлена ​​- підкислення деяких тонуючих розчинів [3];
  • в станкового графіку - для травлення друкованих форм ( офортних дощок, цінкографіческіх друкарських форм і магнієвих кліше).
  • у виробництві барвників та ліків (нітрогліцерин)

4.3. Дія на організм

Азотна кислота і її пари дуже шкідливі: пари викликають подразнення дихальних шляхів, а сама кислота залишає на шкірі долгозажівающіе виразки. При дії на шкіру виникає характерне жовте забарвлення шкіри, обумовлене ксантопротеиновой реакцією. При нагріванні або під дією світла кислота розкладається з утворенням високотоксичного діоксиду азоту NO 2 (газу бурого кольору).

Література

  • Енциклопедичний словник юного хіміка, Сост. В. А. Кріцман, В. В. Станції. - 2-е видання, М., 1990.
  • Ахметов Н. С. "Загальна та неорганічна хімія" М.: Вища школа, 2001

Примітки

  1. Довідник хіміка / Редкол.: Нікольський Б.П. та ін - 2-е изд., испр. - М., Л.: Хімія, 1965. - Т. 3. - 1008 с.
  2. Азотна кислота: властивості і реакції, що лежать в основі виробництва - him.1september.ru/2008/01/31.htm
  3. Азотна кислота / / Фотокінотехніка: Енциклопедія / Головний редактор Е. А. Иофис - М .: Радянська енциклопедія, 1981.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Азотна установка
Антранілова кислота
Синильна кислота
Рибонуклеїнова кислота
Креатінфосфорная кислота
Оцтова кислота
Метафосфорная кислота
Дезоксирибонуклеїнова кислота
Піровиноградна кислота
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru