Нітратна кислота

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти к навигации Перейти к поиску

Шаблон:Речовина Азотна кислота, нітратна кислота (HNO3) — сильна одноосновна кислота. Висококорозійна кислота, реагує з більшістю металів, сильний окисник. Має тенденцію набувати жовтого відтінку через накопичення оксидів азоту, при довгому зберіганні. Зазвичай азотна кислота має концентрацію 68%, оскільки саме таким є склад її азеотропної суміші з водою (tШаблон:Su = 120,7 °C). Якщо ж концентрація перевищує 86%, то вона називається димною кислотою. В залежності від кольору "диму" концентрована кислота поділяється на білу та червону в концентраціїї, більшій за 95%.

Історія

Р. Дж. Глаубер отримав в середині 17-го сторіччя чисту нітратну кислоту перегонкою селітри з сірчаною кислотою, зараз цей процес застосовується при лабораторному отриманні кислоти. Якісний склад кислоти вперше визначив А.Лавуазьє в 18 сторіччі, який знайшов, що речовина має в своєму складі нітроген та оксиген. Кількісний склад був визначений Генрі Кавендішем.

Промислове виробництво почалося лише на початку 19 століття, коли сірчана кислота та нітрат натрію стали доступними в великих кількостях. Сучасний спосіб добування кислоти, каталітичне окиснення аміаку на платині, було відкрито Ч.Ф. Кульманом (1838). До винаходу синтетичного аміаку, названого на честь його першовідкривачів "Аміак Габер і Бош", такий спосіб отримання залишався дуже дорогим у порівнянні з добуванням із натрієвої селітри. На початку 20-го століття Вільгельм Оствальд започаткував виробництво азотної кислоти з аміаку у промислових масштабах. Дешевий спосіб окиснення аміаку в даний час замінив всі інші промислові способи добування нітратної кислоти.

Промислове виробництво

Азотну кислоту отримують шляхом реакції діоксиду азоту (NO2) з водою.

  • 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO

Як правило, монооксид азоту, який утворюється в результаті реакції, знову окиснюється киснем повітря та може бути використаний для отримання додаткового діоксиду азоту. Майже чиста азотна кислота може бути отримана шляхом реакції сірчаної кислоти з натрієвою селітрою.

Промислова нітратна кислота містить як правило 52% - 68% азотної кислоти. У сучасній хімічній промисловості нітратну кислоту добувають шляхом каталітичного окиснення аміаку до монооксиду азоту з наступним окисненням NO киснем [повітря] при 700—900 °C до діоксиду (гемітетраоксиду) азоту і поглинанням останнього водою. Каталізаторплатинова сітка.

Хімічні процеси, що відбуваються при виробництві нітратної кислоти, можна представити рядом реакцій: Суміш аміаку з повітрям у певному співвідношенні спалюють у спеціальному приладі на платиновій сітці, яка служить каталізатором (без каталізатора аміак окиснюється до вільного азоту):

  • 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

Одержуваний монооксид азоту охолоджують і окиснюють киснем повітря до діоксиду (гемітетраоксиду) азоту:

  • 2NO + O2 = 2NO2

Суміш діоксиду і гемітетраоксиду поглинають водою і одержують розчин суміші нітратної і нітритної кислот:

  • N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2

Нітритна кислота нестійка, особливо при деякому нагріванні, і легко розкладається на монооксид і діоксид азоту і воду:

  • 2HNO2 = NO + NO2 + H2O

Процес поглинання оксидів азоту водою проводять при надлишку кисню. Тому утворюваний за останньою реакцією монооксид азоту відразу перетворюється в діоксид азоту і знову вступає в процес утворення нітратної кислоти. В результаті утворюється лише нітратна кислота.

Фізичні властивості

Нітратна кислота є безбарвною димучою рідиною з їдким запахом, легко розкладається, забарвлюючись у жовтий колір. Густина 1,53 г/см³. Кипить при 86°С, замерзає при -41°С. На повітрі HNO3 «димить» внаслідок притягання її парами вологого повітря і утворення дрібненьких крапельок туману.

Нітратна кислота нестійка і вже під впливом сонячного світла поступово розкладається:

  • 4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O

При нагріванні розклад її значно прискорюється. Утворюваний діоксид азоту розчиняється в HNO3 і надає їй жовтуватого кольору. У водних розчинах нітратна кислота значно стійкіша. З водою HNO3 змішується в будь-яких співвідношеннях.

Нітратна кислота належить до сильних кислот, у водних розчинах вона практично повністю дисоціює:

У продаж нітратна кислота звичайно поступає у вигляді 68%-ного розчину з густиною 1,4 г/см³.

Хімічні властивості

Нітратна кислота — дуже сильний окисник. В концентрованому вигляді окиснює сірку (до H2SO4), фосфор (до H3PO4), руйнує органічні речовини. Глибина відновлення HNO3 залежить від її концентрації і активності відновника. Концентрована HNO3 відновлюється до NO2, а розведена — звичайно до NO. Нітратна кислота взаємодіє майже з усіма металами, за винятком золота, платини і деяких інших, утворюючи солі — нітрати. Так, при дії концентрованої нітратної кислоти на мідь утворюється нітрат міді, діоксид азоту і вода:

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

При дії ж розведеної нітратної кислоти на мідь утворюється нітрат міді, монооксид азоту (а не діоксид, як при дії концентрованої HNO3) і вода:

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

При взаємодії нітратної кислоти з металами водень не виділяється, як, наприклад, при взаємодії з металами хлоридної і розведеної сульфатної кислот. Водень не виділяється з HNO3 навіть активними металами. Так, при дії розведеної HNO3 на магній вона відновлюється до геміоксиду азоту:

  • 4Mg + 2HNO3 + 8HNO3 = 4Mg(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

При взаємодії нітратної кислоти з іще активнішими металами вона може відновлюватися навіть до аміаку, з утворенням амоній нітрату.

Розбавлена нітратна кислота легко реагує з алюмінієм і залізом, а концентрована без нагрівання з ними не реагує (пасивує їх). Це пояснюється тим, що під дією концентрованої HNO3 на поверхні цих металів утворюється міцний, нерозчинний в HNO3 шар оксиду, який ізолює метал від кислоти і тим запобігає його руйнуванню. Завдяки цьому концентровану нітратну кислоту можна зберігати і транспортувати в алюмінієвій і залізній тарі. Нітратна кислота реагує з їдкими лугами з утворенням відповідних нітратів:

  • HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
  • HNO3 + KOH = KNO3 + H2O

Завдяки цьому можна отримати в чистому вигляді деякі селітри.

Нітратна кислота також легко окиснює не тільки метали, а й неметали. Наприклад, вона легко при нагріванні окиснює сірку і фосфор до сульфатної і фосфатної кислот:

  • S + 2HNO3 = H2SO4 + 2NO
  • 3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO

Деякі речовини можуть запалюватись нітратною кислотою і горіти в ній. Так, коли шматочок розжареного вугілля вкинути в концентровану HNO3, він буде горіти у ній яскравим полум'ям, а скипидар спалахує при дотику з нею. Тому концентрована кислота в пожежному відношенні дуже небезпечна.

Азотна кислота, часто в суміші з сульфатною, взаємодіє з багатьма органічними сполуками, утворюючи нітросполуки (реакція нітрування).

Одержання

У сучасній хімічній промисловості нітратну кислоту добувають шляхом каталітичного окиснення аміаку до монооксиду азоту з наступним окисненням NO киснем повітря (метод І. І. Андрєєва) при 700—900 °C до діоксиду (гемітетраоксиду) азоту і поглинанням останнього водою. Каталізаторплатинова сітка.

Хімічні процеси, що відбуваються при виробництві нітратної кислоти, можна представити рядом реакцій: Суміш аміаку з повітрям у певному співвідношенні спалюють у спеціальному приладі на платиновій сітці, яка служить каталізатором (без каталізатора аміак окиснюється до вільного азоту):

  • 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

Одержуваний монооксид азоту охолоджують і окиснюють киснем повітря до діоксиду (гемітетраоксиду) азоту:

  • 2NO + O2 = 2NO2 ( ⇄ N2O4)

Суміш діоксиду і гемітетраоксиду поглинають водою і одержують розчин суміші нітратної і нітритної кислот:

  • N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2

Нітритна кислота нестійка, особливо при деякому нагріванні, і легко розкладається на монооксид і діоксид азоту і воду:

  • 2HNO2 = NO + NO2 + H2O

Процес поглинання оксидів азоту водою проводять при надлишку кисню. Тому утворюваний за останньою реакцією монооксид азоту відразу перетворюється в діоксид азоту і знову вступає в процес утворення нітратної кислоти. В результаті утворюється лише нітратна кислота.

У лабораторних умовах нітратну кислоту можна одержати взаємодією нітратів з концентрованою сульфатною кислотою при легкому нагріванні, наприклад:

  • NaNO3 + H2SO4 = HNO3↑ +NaHSO4

Застосування

Нітратна кислота є одним з найважливіших продуктів хімічної промисловості. Вона виробляється у дуже великих кількостях, використовується для виробництва азотних добрив, у кольоровій металургії для розділення металів, а також хімічній промисловості для виробництва пластмас, вибухових речовин, целулоїду і фотокіноплівки, штучного волокна, органічних барвників, лікувальних речовин тощо.

Див. також

Примітки

Література

  • Деркач Ф. А. Хімія. Л., 1968.
  • Шаблон:Глінка Загальна хімія
  • Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ. М.: «Химия», 2000, с. 480. Обнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  • Химическая энциклопедия : в 5 т. / гл. ред. И. Л. Кнунянц. — Т. 1 : Абляционные материалы — Дарзана реакция. — М.: Сов. энцикл., 1988. — 623 с. : ил., табл. — Библиогр. в конце ст. — ISBN 5-85270-008-8. Обнаружена петля в шаблонах: Шаблон:Ref-info
  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М.Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. — ISBN 978-966-335-206-0

Посилання

Категорія:Сполуки азоту Категорія:Окисники Категорія:Неорганічні кислоти Категорія:Фотографічні хімікати Категорія:Високонебезпечні речовини