Азотна кислота

1. Фізичні і фізико-хімічні властивості [ правити | правити код ]
2. нітрати [ правити | правити код ]
3. Промислове виробництво, застосування та дію на організм [ правити | правити код ]
4. Виробництво азотної кислоти [ правити | правити код ]
5. застосування [ правити | правити код ]

Азотна кислота систематичне
найменування азотна кислота Хім. формула HNO3 стан рідина молярна маса 63,012 г / моль щільність 1,513 г / см³ енергія іонізації 11,95 ± 0,01 еВ [2] Т. плав. -41,59 ° C Т. кип. 82,6 ° C Мовляв. теплоємність. 109,9 Дж / (моль · К) ентальпія освіти -174,1 кДж / моль ентальпія плавлення 10,47 кДж / моль ентальпія кипіння 39,1 кДж / моль ентальпія розчинення -33,68 кДж / моль Тиск пара 56 ГПА pKa -1,64 [1] розчинність в воді змішується Показник заломлення 1,397 дипольний момент 2,17 ± 0,02 Д Реєстр. номер CAS 7697-37-2 PubChem 944 Реєстр. номер EINECS 231-714-2 SMILES InChI Реєстр. номер EC 231-714-2 RTECS QU5775000 ChEBI 48107 номер ООН 2031 ChemSpider 919 ЛД50 430 мг / кг токсичність

Наводяться дані для стандартних умов (25 ° C, 100 кПа) , Якщо не вказано іншого.

Азотна кислота (HNO3) - сильна одноосновная 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 азеотропную суміш з концентрацією 68,4% і t кип 120 ° C при нормальному атмосферному тиску . Відомі два твердих гідрату : Моногідрат (HNO3 · H2O) і тригідрат (HNO3 · 3H2O). Кислота отруйна.

Фізичні і фізико-хімічні властивості [ правити | правити код ]

Азот в азотній кислоті четирехвалентен [3] , Ступінь окислення +5. Азотна кислота - безбарвна, димить на повітрі рідина, температура плавлення -41,59 ° C, кипіння +82,6 ° C (при нормальному атмосферному тиску) з частковим розкладанням. Азотна кислота змішується з водою у всіх співвідношеннях. Водні розчини HNO3 з масовою часткою 0,95-0,98 називають «димить азотною кислотою», з масовою часткою 0,6-0,7 - концентрованою азотною кислотою.

З водою утворює азеотропную суміш (масова частка 68,4%, d 20 = 1,41 г / см3, T кип = 120,7 ° C)

При кристалізації з водних розчинів азотна кислота утворює кристалогідрати:

• моногідрат HNO3 · H2O, T пл = -37,62 ° C;
• тригідрат HNO3 · 3H2O, T пл = -18,47 ° C.

Тверда азотна кислота утворює дві кристалічні модифікації:

Моногидрат утворює кристали ромбічної сингонії , просторова група P na 2, параметри комірки a = 0,631 нм, b = 0,869 нм, c = 0,544 нм, Z = 4.

Щільність водних розчинів азотної кислоти як функція її концентрації описується рівнянням

d (c) = 0,995 2 + 0,564 c + 0,300 5 c 2 - 0,359 c 3, {\ displaystyle d (c) = 0 {,} 9952 + 0 {,} 564c + 0 {,} 3005c ^ {2} - 0 {,} 359c ^ {3},}

де d - щільність в г / см³, c - масова частка кислоти. Дана формула погано описує поведінку щільності при концентрації більше 97%.

Висококонцентрована HNO3 має зазвичай бурого забарвлення внаслідок того, що відбувається на світлі процесу розкладання:

4 HNO 3 ⟶ 4 NO 2 ↑ + 2 H 2 O + O 2 ↑ {\ displaystyle {\ mathsf {4HNO_ {3} \ longrightarrow 4NO_ {2} \ uparrow + 2H_ {2} O + O_ {2} \ uparrow} }}

При нагріванні азотна кислота розпадається по тій же 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.

HNO3 як сильна одноосновная кислота взаємодіє:

а) з основними і амфотерними оксидами :

C u O + 2 HNO 3 ⟶ C u (NO 3) 2 + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {CuO + 2HNO_ {3} \ longrightarrow Cu (NO_ {3}) _ {2} + H_ {2} O}}} Z n O + 2 HNO 3 ⟶ Z n (NO 3) 2 + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {ZnO + 2HNO_ {3} \ longrightarrow Zn (NO_ {3}) _ {2} + H_ {2} O}}}

б) з підставами :

K O H + H N O 3 ⟶ K N O 3 + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {KOH + HNO_ {3} \ longrightarrow KNO_ {3} + H_ {2} O}}}

в) витісняє слабкі кислоти з їх солей:

C a CO 3 + 2 HNO 3 ⟶ C a (NO 3) 2 + H 2 O + CO 2 ↑ {\ displaystyle {\ mathsf {CaCO_ {3} + 2HNO_ {3} \ longrightarrow Ca (NO_ {3}) _ {2} + H_ {2} O + CO_ {2} \ uparrow}}}

При кипінні або під дією світла азотна кислота частково розкладається:

4 HNO 3 ⟶ 4 NO 2 ↑ + O 2 ↑ + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {4HNO_ {3} \ longrightarrow 4NO_ {2} \ uparrow + O_ {2} \ uparrow + 2H_ {2} O} }}

Азотна кислота в будь-якої концентрації проявляє властивості кислоти-окислювача, при цьому азот відновлюється до ступеня окислення від +5 до -3. Глибина відновлення залежить в першу чергу від природи відновлювача і від концентрації азотної кислоти. Як кислота-окислювач, HNO3 взаємодіє:

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

концентрована HNO3

C u + 4 HNO 3 (60%) ⟶ C u (NO 3) 2 + 2 NO 2 ↑ + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {Cu + 4HNO_ {3} (60 \%) \ longrightarrow Cu ( NO_ {3}) _ {2} + 2NO_ {2} \ uparrow + 2H_ {2} O}}}

розбавлена ​​HNO3

3 C u + 8 HNO 3 (30%) ⟶ 3 C u (NO 3) 2 + 2 NO ↑ + 4 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {3Cu + 8HNO_ {3} (30 \%) \ longrightarrow 3Cu (NO_ {3}) _ {2} + 2NO \ uparrow + 4H_ {2} O}}}

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

Z n + 4 HNO 3 (60%) ⟶ Z n (NO 3) 2 + 2 NO 2 ↑ + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {Zn + 4HNO_ {3} (60 \%) \ longrightarrow Zn ( NO_ {3}) _ {2} + 2NO_ {2} \ uparrow + 2H_ {2} O}}} 3 Z n + 8 HNO 3 (30%) ⟶ 3 Z n (NO 3) 2 + 2 NO ↑ + 4 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {3Zn + 8HNO_ {3} (30 \%) \ longrightarrow 3Zn (NO_ {3}) _ {2} + 2NO \ uparrow + 4H_ {2} O}}} 4 Z n + 10 HNO 3 (20%) ⟶ 4 Z n (NO 3) 2 + N 2 O ↑ + 5 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {4Zn + 10HNO_ {3} (20 \%) \ longrightarrow 4Zn (NO_ {3}) _ {2} + N_ {2} O \ uparrow + 5H_ {2} O}}} 5 Z n + 12 HNO 3 (10%) ⟶ 5 Z n (NO 3) 2 + N 2 ↑ + 6 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {5Zn + 12HNO_ {3} (10 \%) \ longrightarrow 5Zn (NO_ {3}) _ {2} + N_ {2} \ uparrow + 6H_ {2} O}}} 4 Z n + 10 HNO 3 (3%) ⟶ 4 Z n (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {4Zn + 10HNO_ {3} (3 \%) \ longrightarrow 4Zn (NO_ {3}) _ {2} + NH_ {4} NO_ {3} + 3H_ {2} O}}}

Всі наведені вище рівняння відображають лише домінуючий хід реакції. Це означає, що в даних умовах товарів цієї 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 NO2, N2O, N2 і NH4NO3.

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

збільшення концентрації кислоти ⇐ NO 2, NO, N 2 O, N 2, NH 4 NO 3 ⇒ {\ displaystyle {\ mathsf {\ Leftarrow NO_ {2}, NO, N_ {2} O, N_ {2}, NH_ { 4} NO_ {3} \ Rightarrow}}} збільшення активності металу

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

F e + 4 HNO 3 (25%) ⟶ F e (NO 3) 3 + NO ↑ + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {Fe + 4HNO_ {3} (25 \%) \ longrightarrow Fe (NO_ { 3}) _ {3} + NO \ uparrow + 2H_ {2} O}}} 4 F e + 10 HNO 3 (2%) ⟶ 4 F e (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {4Fe + 10HNO_ {3} (2 \%) \ longrightarrow 4Fe (NO_ {3}) _ {2} + NH_ {4} NO_ {3} + 3H_ {2} O}}}

Азотна кислота окисляє неметали, при цьому азот звичайно відновлюється до NO або NO2:

S + 6 HNO 3 (60%) ⟶ H 2 SO 4 + 6 NO 2 ↑ + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {S + 6HNO_ {3} (60 \%) \ longrightarrow H_ {2} SO_ { 4} + 6NO_ {2} \ uparrow + 2H_ {2} O}}} S + 2 HNO 3 (40%) ⟶ H 2 SO 4 + 2 NO ↑ {\ displaystyle {\ mathsf {S + 2HNO_ {3} (40 \%) \ longrightarrow H_ {2} SO_ {4} + 2NO \ uparrow }}} P + 5 HNO 3 (60%) ⟶ H 3 PO 4 + 5 NO 2 ↑ + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {P + 5HNO_ {3} (60 \%) \ longrightarrow H_ {3} PO_ {4 } + 5NO_ {2} \ uparrow + H_ {2} O}}} 3 P + 5 HNO 3 (30%) + 2 H 2 O ⟶ 3 H 3 PO 4 + 5 NO ↑ {\ displaystyle {\ mathsf {3P + 5HNO_ {3} (30 \%) + 2H_ {2} O \ longrightarrow 3H_ {3} PO_ {4} + 5NO \ uparrow}}}

і складні речовини, наприклад:

F e S + 4 HNO 3 (30%) ⟶ F e (NO 3) 3 + S + NO + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {FeS + 4HNO_ {3} (30 \%) \ longrightarrow Fe ( NO_ {3}) _ {3} + S + NO + 2H_ {2} O}}}

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

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

Суміш азотної та сірчаної кислот носить назву «меланж».

Азотна кислота широко використовується для отримання нітросполук.

Суміш трьох обсягів соляної кислоти і одного обсягу азотної називається «Царської горілкою» . Царська горілка розчиняє більшість металів, в тому числі золото і платину . Її сильні окислювальні здібності обумовлені утворюється атомарним хлором і хлоридом нитрозила :

3 HC l + HNO 3 ⟶ NOC l + 2 [C l] ↑ + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {3HCl + HNO_ {3} \ longrightarrow NOCl + 2 [Cl] \ uparrow + 2H_ {2} O }}} A u + HNO 3 + 4 HC l ⟶ H [A u C l 4] + NO ↑ + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {Au + HNO_ {3} + 4HCl \ longrightarrow H [AuCl_ {4}] + NO \ uparrow + 2H_ {2} O}}} 3 P t + 4 HNO 3 + 18 HC l ⟶ 3 H 2 [P t C l 6] + 4 NO ↑ + 8 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {3Pt + 4HNO_ {3} + 18HCl \ longrightarrow 3H_ { 2} [PtCl_ {6}] + 4NO \ uparrow + 8H_ {2} O}}}

нітрати [ правити | правити код ]

Азотна кислота є сильною кислотою. Її солі - нітрати - отримують дією HNO3 на метали і деякі сполуки неметалів, оксиди , гідроксиди або карбонати . Всі нітрати добре розчиняються у воді. Нітрат-іон у воді не гідролізується.

Солі азотної кислоти при нагріванні необоротно розкладаються, причому склад продуктів розкладання визначається катіоном:

а) нітрати металів, що стоять у ряді напруг лівіше магнію (виключаючи літій ):

2 K N O 3 → 2 K N O 2 + O 2 {\ displaystyle {\ mathsf {2KNO_ {3} \ rightarrow 2KNO_ {2} + O_ {2}}}}

б) нітрати металів, розташованих в ряді напруг між магнієм і міддю (а також літій ):

4 A l (NO 3) 3 → 2 A l 2 O 3 + 12 NO 2 + 3 O 2 {\ displaystyle {\ mathsf {4Al (NO_ {3}) _ {3} \ rightarrow 2Al_ {2} O_ {3 } + 12NO_ {2} + 3O_ {2}}}}

в) нітрати металів, розташованих в ряду напруг правіше ртуті :

2 A g N O 3 → 2 A g + 2 N O 2 + O 2 {\ displaystyle {\ mathsf {2AgNO_ {3} \ rightarrow 2Ag + 2NO_ {2} + O_ {2}}}}

г) нітрат амонію :

N H 4 N O 3 → N 2 O + 2 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {NH_ {4} NO_ {3} \ rightarrow N_ {2} O + 2H_ {2} O}}}

Нітрати в водних розчинах практично не виявляють окисних властивостей, але при високій температурі в твердому стані є сильними окислювачами, наприклад, при сплаві твердих речовин:

F e + 3 KNO 3 + 2 KOH → K 2 F e O 4 + 3 KNO 2 + H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {Fe + 3KNO_ {3} + 2KOH \ rightarrow K_ {2} FeO_ {4} + 3KNO_ {2} + H_ {2} O}}}

цинк і алюміній в лужному розчині відновлюють нітрати до NH3:

3 KNO 3 + 8 A l + 5 KOH + 18 H 2 O → 3 NH 3 ↑ + 8 K [A l (OH) 4] {\ displaystyle {\ mathsf {3KNO_ {3} + 8Al + 5KOH + 18H_ {2 } O \ rightarrow 3NH_ {3} \ uparrow + 8K [Al (OH) _ {4}]}}}

Солі азотної кислоти - нітрати - широко використовуються як добрива . При цьому практично всі нітрати добре розчиняються у воді, тому в 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 .

Методика отримання розведеної азотної кислоти шляхом сухої перегонки селітри з квасцами і мідним купоросом була, по видимому, вперше описана в трактатах Джабіра (Гебера в латинізованих 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 суттєвою модифікацією його виявилася заміна калійної селітри на більш дешеву натрієву (чилійську) селітру .

В часи М. В. Ломоносова і аж до середини XX століття азотна кислота в побуті іменувалася міцною горілкою [4] .

Промислове виробництво, застосування та дію на організм [ правити | правити код ]

Азотна кислота є одним з найбільш великотоннажних продуктів хімічної промисловості.

Виробництво азотної кислоти [ правити | правити код ]

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

4 NH 3 + 5 O 2 → P t 4 NO + 6 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {4NH_ {3} + 5O_ {2} {\ xrightarrow [{}] {Pt}} 4NO + 6H_ {2} O}}} 2 N O + O 2 → 2 N O 2 {\ displaystyle {\ mathsf {2NO + O_ {2} \ rightarrow 2NO_ {2}}}} 4 N O 2 + O 2 + 2 H 2 O → 4 H N O 3 {\ displaystyle {\ mathsf {4NO_ {2} + O_ {2} + 2H_ {2} O \ rightarrow 4HNO_ {3}}}}

Всі три реакції - екзотермічні , Перша - необоротна , Інші - оборотні [5] . концентрація отриманої таким методом азотної кислоти коливається в залежності від технологічного оформлення процесу від 45 до 58%. Для отримання концентрованої азотної кислоти або зміщують рівновагу в третій реакції шляхом підвищення тиску до 50 атмосфер , Або в розбавлену азотну кислоту додають сірчану кислоту і нагрівають, при цьому азотна кислота, на відміну від води і сірчаної кислоти, випаровується [6] .

Вперше азотну кислоту отримали алхіміки, нагріваючи суміш селітри і залізного купоросу:

4 KNO 3 + 2 F e SO 4 ⋅ 7 H 2 O → ot F e 2 O 3 + 2 K 2 SO 4 + 2 HNO 3 ↑ + 2 NO 2 ↑ + 6 H 2 O {\ displaystyle {\ mathsf {4KNO_ {3} + 2FeSO_ {4} \ cdot 7H_ {2} O {\ xrightarrow [{}] {^ {o} t}} Fe_ {2} O_ {3} + 2K_ {2} SO_ {4} + 2HNO_ { 3} \ uparrow + 2NO_ {2} \ uparrow + 6H_ {2} O}}}

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

KNO 3 + H 2 SO 4 → ot KHSO 4 + HNO 3 ↑ {\ displaystyle {\ mathsf {KNO_ {3} + H_ {2} SO_ {4} {\ xrightarrow [{}] {^ {o} t}} KHSO_ {4} + HNO_ {3} \ uparrow}}}

Подальшої дистиляцією може бути отримана т. Н. «Димить азотна кислота», практично не містить води.

застосування [ правити | правити код ]

Дія на організм [ правити | правити код ]

Азотна кислота отруйна . За ступенем впливу на організм відноситься до речовин 3-го класу небезпеки . 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 NO2 (газу бурого кольору). ГДК для азотної кислоти в повітрі робочої зони по NO2 2 мг / м3 [8] . Рейтинг NFPA 704 для концентрованої азотної кислоти: небезпека для здоров'я: 4, огнеопасность: 0, нестабільність: 0, спеціальне: Ox [9]

У Юникоде є алхимический символ азотної кислоти ( лат. Aqua fortis).

Кодування по Unicode і HTML Графема Unicode HTML Код Назва Шістнадцяткове Десяткове Мнемоніка 🜅 U + 1F705 ALCHEMICAL SYMBOL FOR AQUAFORTIS & # x1F705; & # 128773; -

1. ↑ Довідник хіміка / Редкол .: Нікольський Б.П. та ін .. - 2-е изд., испр. - М., Л .: Хімія, 1965. - Т. 3. - 1008 с.
2. ↑ http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0447.html
3. ↑ Азотна кислота: властивості і реакції, що лежать в основі виробництва Читальний зал 27 жовтня 2011 року.
4. ↑ міцна горілка // Енциклопедичний словник Брокгауза і Ефрона : В 86 т. (82 т. І 4 доп.). - СПб. , 1890-1907. ;
   Міцна горілка // Кошик - Кукунор. - М.: Радянська енциклопедія, 1953. - С. 337. - ( Велика Радянська Енциклопедія : [В 51 т.] / Гл. ред. Б. А. Введенський ; 1949-1958, т. 23).
5. ↑ Ходаков, 1976 , Pp. 43,60-61.
6. ↑ Ходаков, 1976 , P. 61.
7. ↑ Азотна кислота // Фотокинотехника: Енциклопедія / Гол. ред. Е. А. Іофіс . - М.: Радянська енциклопедія , 1981. - 447 с.
8. ↑ Міждержавний стандарт ГОСТ 12.1.005-88, Додаток 2, стор. 1
9. ↑ Fisher Scientific .

• Ходаков Ю. В., Епштейн Д. А., глоріоза П. А. Неорганическая хімія. Підручник для 9 класу. - 7-е вид. - М.: Просвітництво , 1976. - 2 350 000 прим.
• Енциклопедичний словник юного хіміка, Упоряд. В. А. Крицман, В. В. станції. - 2-е видання, М., 1990..
• Ахметов Н. С. Загальна та неорганічна хімія. М .: Вища школа, 2001..