Нітратна кислота - малюнок

Нітратна кислота — будова, характеристика, властивості



Кислоти не дарма називаються саме так: вони дійсно мають кислуватий смак. Деякі з них мають природне походження, інші можна отримати тільки в лабораторії.

Перевіряти їх смак на власному досвіді небезпечно, оскільки ці хімічні сполуки бувають надзвичайно їдкими і отруйними. Одним з таких речовин, що мають велике значення для хімічної промисловості, є нітратна (азотна) кислота.

Історія нітратної кислоти

Загальні відомості

У структурний склад будь-якої кислоти обов’язково входить один або кілька атомів водню і кислотний залишок. Це відноситься і до речовини HNO3, назва якої — азотна (нітратна) кислота (АК).

Таке неорганічне (мінеральне) з’єднання у вільному вигляді не існує в природі, але може утворюватися в атмосфері під час грози.

Під дією енергії, що виділяється при спалаху блискавок, атмосферний азот спочатку вступає в реакцію з киснем і окислюється до діоксиду азоту, або так званого бурого газу — NO2. Азотна (нітратна) кислота утворюється в результаті хімічної взаємодії атмосферної вологи і бурого газу.

Кислотний дощ при цьому на землю не проллється, оскільки утвореної HNO3 виходить така мала кількість, яка не може завдати шкоди ні екології, ні живим організмам.

Ця речовина була отримана досить давно, одна з перших згадок про неї — це записи VIII століття арабського алхіміка Гебера. З XVII століття її почали синтезувати у великих кількостях і до недавнього часу (середина XX століття) називали міцною горілкою.

HNO3 являє собою безбарвну рідину з різким запахом, але в такому стані її практично неможливо побачити — це дуже летюче з’єднання.

Інші фізичні властивості нітратної (азотної) кислоти:

  • температура кипіння 83 °C і збільшується зі збільшенням тиску;
  • густина 1,513 г/см3;
  • температура плавлення -41,59 °C;
  • молярна маса 63 г/моль і дорівнює молекулярній масі;
  • у твердому стані знаходиться у вигляді кристалів білого кольору.

Над поверхнею АК навіть при кімнатній температурі постійно утворюється спочатку оксид, потім він окислюється до діоксиду азоту. Візуально ці реакції помітні у вигляді кучерявого серпанок над кислотою. Це явище характерне для концентрованої кислоти, що отримала назву димної. Коли масова частка HNO3 0,85-0,95, колір серпанок білий, а коли вище 0,96 — червоний.

Фізичні властивості нітратної кислоти

Характерні хімічні властивості

Азотна кислота є сильною кислотою з високими окислювальними і електролітичними властивостями. За своїм складом вона відноситься до кисневмісних, а за кількістю атомів водню, які можуть бути заміщені на метал — до одноосновних кислот.

Атом азоту в її складі має ступінь окислення +5 і проявляє валентність IV. Ця речовина дуже добре взаємодіє з водою, АК можна розчинитися в ній до будь-якої концентрації, при цьому відбувається дисоціація молекул HNO3 на аніони H і катіони NO3.

При нагріванні АК швидко розпадається на діоксид азоту, воду і вільний кисень. Через це властивості з’єднання неможливо довести до кипіння при звичайному тиску — перегонка можлива тільки при зниженому.

При попаданні сонячного світла відбувається розкладання АК на H2O і NO2, який забарвлює речовину в жовтуватий, іноді червоний колір. Розчини АК можна нейтралізувати лугами або гідратом аміаку. Сильну кислотність підтверджує реакція індикаторів – вони змінюють свій колір на червоний.

HNO3 відповідає типовим для сильних кислот хімічним властивостям:

  • Вступає в реакції з оксидами – основними і амфотерними, при цьому утворюється нітрат і вода. Наприклад, при взаємодії з оксидом міді CuO виходить нітрат міді Cu(NO3)2.
  • Взаємодіє з основами і амфотерними гідроксидами, вступаючи в реакцію нейтралізації, при цьому утворюється нітрат і вода. Наприклад, продуктом реакції АК і гашеного вапна Ca(OH)2 є нітрат кальцію Ca(NO3)2 і вода.
  • Нітратна (азотна) кислота реагує з солями, заміщаючи кислотні залишки слабких солей. При цьому завжди утворюється нітрат, а друга речовина залежить від складу солі.

При взаємодії АК з солями вугільної кислоти виходять нітрат, вода і оксид вуглецю (IV), а при її реакції з солями кремнієвої кислоти виходить нітрат і кремнієва кислота.

Фізичні властивості нітратної кислоти2

Специфічні реакції

Поява особливих властивостей азотної (нітратної) кислоти обумовлено тим, що результат хімічних взаємодій з нею може бути різним, навіть якщо вона вступає в реакцію з однією і тією ж речовиною, тобто її окислювальні властивості залежать від концентрації.

Окислювачем в хімічних процесах з АК ніколи не буває водень, тільки азот.

Нітратна кислота будь-якої концентрації є відновником, при цьому азот відновлюється до глибини, яка залежить від концентрації азотної кислоти і природи речовини-відновника.

Якщо на метал, що стоїть в ряду напруг правіше водню, впливати концентрованою нітратною кисслотою, азот відновиться до діоксиду NO2, а в реакції з розведеною — до оксиду NO.

У реакціях з металами з тієї частини ряду напруг, що знаходиться лівіше водню, концентрація АК дуже сильно впливає на ступінь відновлення азоту і переважанні в продуктах реакції тих чи інших його сполук.

Наприклад:

  • результатом реакції Zn з HNO3, розведеної до 3%, крім нітрату цинку і води, буде нітрат амонію (аміачна селітра) NH4NO3;
  • для 10% — азот в газоподібному стані;
  • для 20% — закис азоту N2O;
  • для 30% — оксид, а для 60% — діоксид.

Тому можна зробити наступний висновок: чим сильніше розбавлена кислота, а метал активніше, тим глибше відновлюється азот, але не до оксиду з кислотними властивостями.

Формула ангідриду нітратної (азотної) кислоти – N2O5.

АК будь-якої концентрації не взаємодіє з платиною, золотом і деякими іншими металами, розташованими в тому ж ряду таблиці Менделєєва, що і золото. Однак суміш трьох частин хлориду водню (соляної кислоти) і однієї частини АК, так звана царська горілка, розчиняє більшість металів, в тому числі і благородні.

При виробництві сірчаної кислоти H2SO4 використовується суміш H2SO4 з HNO3: вона називається меланж.

Холодна нітратна кислота високої концентрації пасує алюміній, залізо і хром, тобто окисляє поверхневий шар металу, утворюючи на ньому захисну плівку, тому концентровану АК можна транспортувати в залізних або алюмінієвих ємностях.

Реакції Fe з розведеною HNO3 відбуваються так само, як з іншими металами, а їх продуктами можуть бути як різні варіанти відновлення N, так і різноманітні продукти окислення Fe. Взаємодія Al з розведеною HNO3 відбувається аналогічно.

Взаємодія азотної кислоти з міддю

Взаємодія з органічними речовинами

З АК вступають в реакцію тільки при нагріванні такі класи вуглеводнів, як парафіни (алкани) і ароматичні вуглеводні (арени), причому азотна (нітратна) кислота для них виступає не тільки як окислювач, але і як нітрируючий елемент.

Дуже добре така реакція протікає з розведеною азотною кислотою при підвищеній температурі і тиску. Її називають реакцією гідрування. В результаті такої взаємодії, наприклад, з етаном, утворюється тільки нітроетан, а при нітруванні пропану — суміш декількох нітропарафінів.

З білками АК вступає в ксантопротїнову реакцію. Саме через неї на шкірі при зіткненні з нітратною (азотною) кислотою з’являються жовті плями.

Так відбувається тому, що ця кислота має властивість фарбувати білки, в складі яких є ароматичні амінокислоти, в жовто-оранжевий колір. Появою фарбування можна визначати наявність амінокислот в білку, провівши спеціальний дослід.

Солі нітратної кислоти

Солі АК називаються нітратами і найчастіше являють собою кристалічні речовини білого кольору. Якщо взяти і розчинити в азотній кислоті деякі метали, наприклад, лужні або лужно-земельні, то вийде нітрат цього металу.

Також нітрати можна отримати з оксидів (Cu2O, K2O) або солей слабких кислот, наприклад, вугільної H2CO3. Нітрати калію, натрію, кальцію і амонію називають селітрами:

  • KNO3 – індійська селітра;
  • NаNО3 – чилійська селітра;
  • Са(NО3)2 – норвезька селітра;
  • NH4NO3 – аміачна селітра, її родовищ в природі немає.

Нітрати лужних і лужно-земельних металів, крім літію, розкладаються до нітритів, наприклад:

2NaNO3 = 2NaNO2 + О2

де

  • NaNO2 — нітрит натрію або сіль нітратної кислоти.

У твердому вигляді всі нітрати входять до складу піротехнічних сумішей, наприклад, чорний порох: 2KNO3 + S + 3C = 3CO2 + N2 + K2S.

Нітрати - визначення

Отримання та застосування

Азотна (нітратна) кислота є одним з найважливіших сполук для хімічної промисловості. Обсяги її виробництва поступається тільки сірчаній кислоті. Велика її частина, близько 40%, використовується у виробництві мінеральних добрив. Решта запасів знаходять застосування в найрізноманітніших галузях:

  • у харчовій промисловості;
  • при виробництві синтетичних барвників і нітролаків;
  • вибухова речовина;
  • лікарських речовин;
  • пластмаса;
  • антикорозійних покриттів.

Виробляють АК на спеціалізованих хімічних підприємствах. В основу технологічного процесу покладено метод отримання суміші оксидів азоту при каталітичному окисленні аміаку і подальшому поглинанні водою. На виробництві застосовуються платино-родієві каталізатори.

При роботі з нітратною кислотою потрібно проявляти велику обережність і користуватися захисними засобами, оскільки вона отруйна і становить небезпеку для здоров’я людини при попаданні на шкіру або слизові оболонки.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *