Азотная кислота

Азотная кислота

Содержание

1. Азотная кислота стр. 3

2. Окислительные свойства азотной кислоты стр. 3

3. Нитраты стр. 6

4. Промышленное получение азотной кислоты стр. 7

5. Круговорот азоты в природе стр. 8

6. Библиография стр. 10

1. Азотная кислота. Чистая азотная кислота HNO[pic]—бесцветная жидкость

плотностью 1,51 г/см[pic] при - 42 °С застывающая в прозрачную

кристаллическую массу. На воздухе она, подобно концентрированной соляной

кислоте, «дымит», так как пары ее образуют с 'влагой воздуха мелкие

капельки тумана,

Азотная кислота не отличается прочностью, Уже под влиянием света она

постепенно разлагается:

[pic]

Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее идет

разложение. Выделяющийся диоксид азота растворяется в кислоте и придает ей

бурую окраску.

Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот; в разбавленных

растворах она полностью распадается на ионы Н[pic] и- NO[pic].

2. Окислительные свойства азотной кислоты. Характерным свойством азотной

кислоты является ее ярко выраженная окислительная способность. Азотная

кислота—один из энергичнейших окислителей. Многие неметаллы легко

окисляются ею, превращаясь в соответствующие кислоты. Так, сера при

кипячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор

— в фосфорную. Тлеющий уголек, погруженный в концентрированную HNO[pic],

ярко разгорается.

Азотная кислота действует почти на все металлы (за исключением золота,

платины, тантала, родия, иридия), превращая их в нитраты, а некоторые

металлы—в оксиды.

Концентрированная HNO[pic] пассивирует некоторые металлы. Еще Ломоносов

открыл, что железо, легко растворяющееся в разбавленной азотной кислоте, не

растворяется в холодной концентрированной HNO[pic]. Позже было установлено,

что аналогичное действие азотная кислота оказывает на хром и алюминий. Эти

металлы переходят под действием концентрированной азотной кислоты в

пассивное состояние.

Степень окисленности азота в азотной кислоте равна 4-5. Выступая в

качестве окислителя, НNО[pic] может восстанавливаться до различных

продуктов:

[pic]

Какое из этих веществ образуется, т. е. насколько глубоко

восстанавливается азотная кислота в том или ином случае, зависит от природы

восстановителя и от условий реакции, прежде всего от концентрации кислоты.

Чем выше концентрации HNO[pic], тем менее глубоко она восстанавливается.

При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется [pic]. При

взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами,

например, с медью, выделяется NO. В случае более активных металлов —

железа, цинка, — образуется[pic]. Сильно разбавленная азотная кислота

взаимодействует с активными металлами—--цинком, магнием, алюминием -— с

образованием иона аммония, дающего с кислотой нитрат аммония. Обычно

одновременно образуются несколько продуктов.

Для иллюстрации приведем схемы реакций окисления некоторых металлов

азотной кислотой;

[pic]

При действии азотной кислоты на металлы водород, как правило, не

выделяется.

При окислении неметаллов концентрированная азотная кислота, как и в

случае металлов, восстанавливается до [pic], например

[pic]

Более разбавленная кислота обычно восстанавливается до NO, например:

[pic]

Приведенные схемы иллюстрируют наиболее типичные случаи взаимодействия

азотной кислоты с металлами и неметаллами. Вообще же, окислительно-

восстановительные реакции, идущие с участием [pic], протекают сложно.

Смесь, состоящая из 1 объема азотной и 3—4 объемов концентрированной

соляной кислоты, называется царской водкой. Царская водка растворяет

некоторые металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой, в том числе и

«царя металлов»—золото. Действие ее объясняется тем, что азотная кислота

окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида

азота(III), или хлорида нитрозила, [pic]:

[pic]

Хлорид нитрозила является промежуточным продуктом реакции и разлагается:

[pic]

Хлор в момент выделения состоит из атомов, что и обусловливает высокую

окислительную способность царской водки. Реакции окисления золота и платины

протекают в основном согласно следующим уравнениям.

[pic]

С избытком соляной кислоты хлорид золота(III) и хлорид платины (IV)

образуют комплексные соединения [pic]

На многие органические вещества азотная кислота действует так, что один

или несколько атомов водорода в молекуле органического соединения

замещаются нитрогруппами [pic]. Этот процесс называется нитрованием и имеет

большое значение в органической химии.

Азотная кислота — одно из важнейших соединений азота: в больших

количествах она расходуется в производстве, азотных удобрений, взрывчатых

веществ и органических красителей, служит окислителем во многих химических

процессах, используется в производстве серной кислоты по нитрозному

способу, применяется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки.

3. Нитраты. Соли азотной кислоты называются нитратами. Все они хорошо

растворяются в воде, а при нагревании разлагаются с выделением кислорода.

При этом нитраты наиболее активных металлов переходят в нитриты:

[pic]

Нитраты большинства остальных металлов при нагревании распадаются на

оксид металла, кислород и диоксид азота. Например:

[pic]

Наконец, нитраты наименее активных металлов (например, серебра, золота)

разлагаются при нагревании до свободного металла:

[pic]

Легко отщепляя кислород, нитраты при высокой температуре являются

энергичными окислителями. Их водные растворы, напротив, почти не проявляют

окислительных свойств.

Наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция,

которые на практике называются селитрами.

Нитрат натрия [pic]или натриевая селитра, иногда называемая также

чилийской селитрой, встречается в большом количестве в природе только в

Чили.

Нитрат калия[pic], или калийная селитра, в небольших количествах также

встречается в природе, но главным образом получается искусственно при

взаимодействии нитрата натрия с хлоридом калия.

Обе эти соли используются в качестве удобрений, причем нитрат калия

содержит два необходимых растениям элемента: азот и калий. Нитраты натрия и

калия применяются также при стекловарении и в пищевой промышленности для

консервирования продуктов.

Нитрат кальция [pic]или кальциевая селитра, получается в больших

количествах нейтрализацией азотной кислоты известью; применяется как

удобрение.

4. Промышленное получение азотной кислоты. Современные промышленные

способы получения азотной кислоты основаны на каталитическом окислении

аммиака кислородом воздуха. При« описании свойств аммиака было указано, что

он горит в кислороде, причём продуктами реакции являются вода и свободный

азот. Но в присутствии катализаторов - окисление аммиака кислородом может

протекать иначе. Если пропускать смесь аммиака с воздухом над

катализатором, то при 750 °С и определенном составе смеси происходит почти

полное превращение

[pic]

Образовавшийся [pic] легко переходит в[pic], который с водой в

присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту.

В качестве катализаторов при окислении аммиака используют сплавы на

основе платины.

Получаемая окислением аммиака азотная кислота имеет концентрацию, не

превышающую 60%. При необходимости ее концентрируют,

Промышленностью выпускается разбавленная азотная кислота концентрацией

55, 47 и 45%, а концентрированная—98 и 97%, Концентрированную кислоту

перевозят в алюминиевых цистернах, разбавленную — в цистернах из

кислотоупорной стали.

5. Круговорот азота в природе. При гниении органических веществ

значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который

под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий окисляется затем в

азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве

карбонатами, например с карбонатом кальция[pic], образует нитраты:

[pic]

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в

атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических

веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа. Кроме того, существуют

бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород

от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих

денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной

для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный

азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших

растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в

свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы

привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не

существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам

относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при

которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с

водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. 'Другим

источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность

так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот.

Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства

бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они

и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот,

клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения,

в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.

Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако

ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части

растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения,

возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.

Изучение вопросов питания растений и повышения урожайности последних

путем применения удобрений является предметом специальной отрасли химия,

получившей название агрохимии.