Ryż. 97. Zapłon terpentyny w kwasie azotowym
Czyste - bezbarwne bity w płynie. waga 1,53, wrze w 86 ° iw temperaturze -41 ° zestala się w przezroczystą krystaliczną masę. W powietrzu, podobnie jak stężony kwas solny, „dymi”, ponieważ jego opary tworzą małe kropelki mgły z wilgocią powietrza.
Miesza się z wodą w dowolnym stosunku, a 68% roztwór wrze w temperaturze 120,5 ° i destyluje bez zmian. Ta kompozycja ma zwykły rytm sprzedażowy. waga 1,4. Stężony kwas zawierający 96-98% HNO 3 i zabarwiony na czerwono-brązowy z rozpuszczonym w nim dwutlenkiem azotu jest znany jako dymiący kwas azotowy.
Kwas azotowy nie różni się szczególną siłą chemiczną. Już pod wpływem światła stopniowo rozkłada się nawoda i dwutlenek azotu:
4HNO3 \u003d 2H2O + 4NO2 + O2
Im wyższa temperatura i im bardziej stężony kwas, tym idzie szybciej rozkład. Dlatego kwas azotowy otrzymany z saletry jest zawsze zabarwiony na żółtawo przez dwutlenek azotu. Aby uniknąć rozkładu, destylację przeprowadza się pod zmniejszonym ciśnieniem, pod którym kwas azotowy wrze w temperaturze zbliżonej do 20 °.
Kwas azotowy jest jednym z najsilniejszych kwasów; w roztworach rozcieńczonych rozkłada się całkowicie na jony H i NO3'.
Najbardziej charakterystyczną właściwością kwasu azotowego jest jego wyraźna siła utleniająca. Kwas azotowy jest jednym z najbardziej energetycznych utleniaczy. Wiele metaloidów jest łatwo utlenianych przez nie, zamieniając się w odpowiednie kwasy. Na przykład podczas gotowania z kwas azotowy stopniowo utlenia się do kwasu siarkowego, do kwasu fosforowego itp. Tlący się żar zanurzony w stężonym kwasie azotowym nie tylko nie gaśnie, alewybucha jasno, rozkładając kwas z utworzeniem czerwono-brązowego dwutlenku azotu.
Czasami podczas utleniania uwalnia się tyle ciepła, że substancja utleniająca samoistnie zapala się bez podgrzewania.
Wlejmy na przykład trochę dymiącego kwasu azotowego do porcelanowej filiżanki, postawmy filiżankę na dnie szerokiej szklanki i po zebraniu terpentyny w pipetę, wkraplamy ją po kropli do filiżanki z kwasem. Każda kropla wpadająca do kwasu zapala się i wypala, tworząc duży płomień i chmurę sadzy (ryc. 97). Ogrzewany trociny również zapalić się od kropli dymiącego kwasu azotowego. Kwas azotowy działa na prawie wszystko, z wyjątkiem złota, platyny i niektórych rzadkich metali, zamieniając je w sole azotanowe. Ponieważ te ostatnie są rozpuszczalne w wodzie, kwas azotowy jest stale używany w praktyce do rozpuszczania metali, zwłaszcza takich, na które inne kwasy nie działają lub działają bardzo wolno.
Godne uwagi jest to, że, jak również stwierdził MV, niektóre (itp.), które są łatwo rozpuszczalne w rozcieńczonym kwasie azotowym, nie rozpuszczają się w zimnym stężonym kwasie azotowym. Najwyraźniej jest to spowodowane tworzeniem się na ich powierzchni cienkiej, bardzo gęstej warstwy tlenku, która chroni metal przed dalszym działaniem kwasu. Takie po potraktowaniu stężonym kwasem azotowym stają się „pasywne”, to znaczy tracą zdolność rozpuszczania się również w rozcieńczonych kwasach.
Utleniające właściwości kwasu azotowego wynikają z niestabilności jego cząsteczek i obecności w nich azotu na najwyższym stopniu utlenienia, odpowiadającym dodatniej wartościowości równej 5. Podczas utleniania kwas azotowy jest sukcesywnie redukowany do następujących związków:
HNO 3 →NO 2 →HNO 2 →NO→N 2 O→N 2 →NH 3
Stopień redukcji kwasu azotowego zależy zarówno od jego stężenia, jak i od procentowej aktywności środka redukującego. Im bardziej rozcieńczony kwas, tym bardziej jest zredukowany. Stężony kwas azotowy jest zawsze redukowany do NO 2 . Rozcieńczony kwas azotowy jest zwykle redukowany do NO lub, pod działaniem bardziej aktywnych metali, takich jak Fe, Zn, Mg, do N 2 O. Jeśli kwas jest bardzo rozcieńczony, głównym produktem redukcji jest NH 3, który tworzy sól amonową NH 4 NO 3 z nadmiarem kwasu.
Dla ilustracji przedstawiamy schematy kilku reakcji utleniania z kwasem azotowym;
1) Pb + HNO 3 → Pb (NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O
2) Cu + HNO 3 → Cu (NO 3) 2 + NO + H2O
rozcieńczony,
3) Mg + HNO 3 → Mg(NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O
rozcieńczony,
4) Zn + HNO 3 → Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O
bardzo rozcieńczony.
Należy zauważyć że pod działaniem rozcieńczonego kwasu azotowego na metale z reguły nie jest uwalniany.
Kiedy metaloidy są utleniane, kwas azotowy jest zwykle redukowany do NO. Na przykład:
S + 2HNO3 \u003d H2SO4 + 2NO
Powyższe diagramy ilustrują najbardziej typowe przypadki. działanie oksydacyjne kwas azotowy. Ogólnie
należy zauważyć, że wszystkie reakcje utleniania z udziałem kwasu azotowego są bardzo złożone ze względu na jednoczesne powstawanie różnych produktów redukcji i nadal nie można ich uznać za w pełni wyjaśnione.
Mieszanina składająca się z 1 objętości azotu i 3 objętości kwasu solnego, nazywa się aqua regia. Wódka królewska rozpuszcza niektóre metale, które nie rozpuszczają się w kwasie azotowym, w tym „króla metali” -. Jego działanie tłumaczy się tym, że kwas azotowy utlenia kwas solny z uwolnieniem wolnego chloru i powstawaniem chlorek nitrozylu NOCl:
HNO3 + 3HCl \u003d Cl2 + 2H2O + NOCl
Chlorek nitrozylu jest produktem pośrednim reakcji i rozkłada się na tlenek azotu oraz:
2NOCl \u003d 2NO + Cl2
Uwolniony łączy się z metalami, tworząc metale, dlatego po rozpuszczeniu metali w wodzie królewskiej otrzymuje się sole kwasu solnego, a nie kwasu azotowego:
Au + 3HCl + HNO3 \u003d AuCl3 + NO + 2H2O
Na wiele organicznych kwasów azotowych działa w taki sposób, że jeden lub więcej atomów wodoru w cząsteczce związek organiczny są zastąpione grupami nitrowymi - NO 2 . Proces ten, zwany nitrowaniem, odgrywa niezwykle ważną rolę w chemii organicznej.
Gdy bezwodnik fosforowy działa na kwas azotowy, ten ostatni usuwa elementy wody z kwasu azotowego, w wyniku czego powstaje bezwodnik azotowy i kwas metafosforowy.
2HNO 3 + P 2 O 5 \u003d N 2 O 5 + 2HPO 3
Kwas azotowy jest najważniejszym związkiem azotu ze względu na różne aplikacje które znajduje w gospodarce narodowej.
Kwas azotowy jest wykorzystywany w produkcji w dużych ilościach nawozy azotowe i barwników organicznych. Stosowany jest jako utleniacz w wielu procesach chemicznych, do produkcji kwasu siarkowego metodą podazotową, służy do rozpuszczania metali, otrzymywania azotanów, służy do otrzymywania lakiery celulozowe, folii i wielu innych gałęziach przemysłu chemicznego. Kwas azotowy jest również używany do produkcji prochu bezdymnego i materiałów wybuchowych, które są niezbędne do obrony kraju i są szeroko stosowane w górnictwie i różnych roboty ziemne(budowa kanałów, tam itp.).
Kwasy azotawy i azotowy oraz ich sole
Kwas azotawy występuje w roztworze lub w fazie gazowej. Jest niestabilny i rozkłada się w oparach po podgrzaniu:
2HNO 2 "NO + NO 2 + H 2 O
Wodne roztwory tego kwasu rozkładają się po podgrzaniu:
3HNO 2 "HNO 3 + H2O + 2NO
Dlatego ta reakcja jest odwracalna, chociaż rozpuszczaniu NO 2 towarzyszy tworzenie dwóch kwasów: 2NO 2 + H 2 O \u003d HNO 2 + HNO 3
praktycznie w wyniku interakcji NO 2 z wodą otrzymuje się HNO 3:
3NO 2 + H 2 O \u003d 2HNO 3 + NR
Pod względem właściwości kwasowych kwas azotawy jest tylko nieznacznie silniejszy niż kwas octowy. Jego sole nazywane są azotynami iw przeciwieństwie do samego kwasu są stabilne. Z roztworów jego soli, dodając kwas siarkowy, można otrzymać roztwór HNO 2:
Ba(NO 2) 2 + H 2 SO 4 \u003d 2HNO 2 + BaSO 4 ¯
Na podstawie danych dotyczących jego związków sugeruje się dwa typy budowy kwasu azotawego:
które odpowiadają azotynom i nitrozwiązkom. Azotyny metali aktywnych mają budowę typu I, a metali mało aktywnych - typu II. Prawie wszystkie sole tego kwasu są dobrze rozpuszczalne, ale azotyn srebra jest najtrudniejszy ze wszystkich. Wszystkie sole kwasu azotawego są trujące. Dla technologii chemicznej ważne są KNO 2 i NaNO 2, które są niezbędne do produkcji barwników organicznych. Obie sole otrzymuje się z tlenków azotu:
NO + NO 2 + NaOH \u003d 2NaNO 2 + H 2 O lub po podgrzaniu ich azotanów:
KNO 3 + Pb \u003d KNO 2 + PbO
Pb jest potrzebny do związania uwolnionego tlenu.
Z właściwości chemiczne HNO 2 jest bardziej oksydacyjny, podczas gdy sam jest redukowany do NO:
Można jednak podać wiele przykładów takich reakcji, w których występuje kwas azotawy właściwości regenerujące:
Obecność kwasu azotawego i jego soli w roztworze można określić dodając roztwór jodku potasu i skrobi. Jon azotynowy utlenia anion jodu. Ta reakcja wymaga obecności H + , tj. działa w środowisku kwaśnym.
Kwas azotowy
W warunkach laboratoryjnych kwas azotowy można otrzymać poprzez działanie stężonego kwasu siarkowego na azotany:
NaNO 3 + H 2 SO 4 (c) \u003d NaHSO 4 + HNO 3 Reakcja przebiega z lekkim ogrzewaniem.
Otrzymywanie kwasu azotowego w skala przemysłowa przeprowadzane przez katalityczne utlenianie amoniaku tlenem atmosferycznym:
1. Najpierw mieszaninę amoniaku i powietrza przepuszcza się przez katalizator platynowy w temperaturze 800°C. Amoniak utlenia się do tlenku azotu (II):
4NH3 + 5O2 \u003d 4NO + 6H2O
2. Po schłodzeniu NO jest dalej utleniany do NO 2: 2NO + O 2 \u003d 2NO 2
3. Powstały tlenek azotu (IV) rozpuszcza się w wodzie w obecności nadmiaru O2, tworząc HNO 3: 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4HNO 3
Produkty wyjściowe - amoniak i powietrze - są dokładnie oczyszczane ze szkodliwych zanieczyszczeń zatruwających katalizator (siarkowodór, pył, oleje itp.).
Otrzymany kwas jest rozcieńczony (40-60%). Stężony kwas azotowy (96-98%) otrzymuje się przez destylację rozcieńczonego kwasu zmieszanego ze stężonym kwasem siarkowym. W tym przypadku odparowuje tylko kwas azotowy.
Właściwości fizyczne
Kwas azotowy jest bezbarwną cieczą o ostrym zapachu. Bardzo higroskopijny, "dym" w powietrzu, bo. jego opary z wilgocią z powietrza tworzą krople mgły. Mieszalny z wodą w każdym stosunku. W temperaturze -41,6°C przechodzi w stan krystaliczny. Wrze w 82,6°C.
W HNO 3 wartościowość azotu wynosi 4, stopień utlenienia wynosi +5. Wzór strukturalny kwasu azotowego jest przedstawiony w następujący sposób:
Oba atomy tlenu, związane tylko z azotem, są równoważne: znajdują się w tej samej odległości od atomu azotu i każdy ma ładunek połowy elektronu, tj. jedna czwarta azotu jest równo podzielona między dwa atomy tlenu.
Strukturę elektronową kwasu azotowego można wyprowadzić w następujący sposób:
1. Atom wodoru jest związany z atomem tlenu wiązaniem kowalencyjnym:
2. Ze względu na niesparowany elektron atom tlenu tworzy wiązanie kowalencyjne z atomem azotu:
3. Powstają dwa niesparowane elektrony atomu azotu wiązanie kowalencyjne z drugim atomem tlenu:
4. Trzeci atom tlenu, będąc wzbudzony, tworzy wolny 2p- orbitalny przez parowanie elektronów. Oddziaływanie samotnej pary azotu z wolnym orbitalem trzeciego atomu tlenu prowadzi do powstania cząsteczki kwasu azotowego:
Właściwości chemiczne
1. Rozcieńczony kwas azotowy wykazuje wszystkie właściwości kwasów. Należy do mocnych kwasów. Dysocjuje w roztworach wodnych:
HNO 3 "H + + NO - 3 Pod wpływem ciepła i światła częściowo rozkłada się:
4HNO 3 \u003d 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 Dlatego przechowuj go w chłodnym i ciemnym miejscu.
2. Kwas azotowy charakteryzuje się wyłącznie właściwościami utleniającymi. Najważniejszą właściwością chemiczną jest oddziaływanie z prawie wszystkimi metalami. Wodór nigdy nie jest uwalniany. Odzysk kwasu azotowego zależy od jego stężenia i rodzaju środka redukującego. Stopień utlenienia azotu w produktach redukcji mieści się w przedziale od +4 do -3:
HN +5 O 3 ®N +4 O 2 ®HN +3 O 2 ®N +2 O®N +1 2 O®N 0 2 ®N -3 H 4 NO 3
Poniżej na schemacie przedstawiono produkty redukcji w oddziaływaniu kwasu azotowego o różnych stężeniach z metalami o różnej aktywności.
Stężony kwas azotowy w normalnej temperaturze nie wchodzi w interakcje z aluminium, chromem, żelazem. Wprowadza je w stan bierny. Na powierzchni tworzy się warstewka tlenków, która jest nieprzepuszczalna dla stężonego kwasu.
3. Kwas azotowy nie reaguje z Pt, Rh, Ir, Ta, Au. Platynę i złoto rozpuszcza się w „wodie królewskiej” - mieszaninie 3 objętości stężonego kwasu solnego i 1 objętości stężonego kwasu azotowego:
Au + HNO3 + 3HCl \u003d AuCl3 + NO + 2H2O HCl + AuCl3 \u003d H.
3Pt + 4HNO3 + 12HCl \u003d 3PtCl4 + 4NO + 8H2O2HCl + PtCl4 \u003d H2
Działanie „królewskiej wódki” polega na tym, że kwas azotowy utlenia kwas solny do wolnego chloru:
HNO 3 + HCl \u003d Cl 2 + 2H 2 O + NOCl 2NOCl \u003d 2NO + Cl 2 Uwolniony chlor łączy się z metalami.
4. Niemetale są utleniane przez kwas azotowy do odpowiednich kwasów iw zależności od stężenia są redukowane do NO lub NO 2:
S + bHNO 3 (stęż.) \u003d H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 LUB + 5HNO 3 (stęż.) \u003d H 3 RO 4 + 5NO 2 + H 2 O I 2 + 10HNO 3 (stęż.) \u003d 2HIO 3 + 10NO 2 + 4H 2 O 3P + 5HNO 3 (p asb) + 2H 2 O \u003d 3H 3 RO 4 + 5NO
5. Oddziałuje również ze związkami organicznymi.
Sole kwasu azotowego nazywane są azotanami substancje krystaliczne, dobrze rozpuszczalny w wodzie. Otrzymuje się je przez działanie HNO 3 na metale, ich tlenki i wodorotlenki. Azotany potasu, sodu, amonu i wapnia nazywane są saletrami. Saletra stosowana jest głównie jako mineralny nawóz azotowy. Dodatkowo KNO 3 służy do przygotowania czarnego proszku (mieszanina 75% KNO 3 , 15% C i 10% S). Amonalny materiał wybuchowy składa się z NH 4 NO 3, proszku aluminiowego i trinitrotoluenu.
Sole kwasu azotowego rozkładają się po podgrzaniu, a produkty rozkładu zależą od położenia metalu tworzącego sól w szeregu standardowych potencjałów elektrod:
Rozkład podczas ogrzewania (termoliza) - ważna właściwość sole kwasu azotowego.
2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2
2Cu(NO 3) 2 \u003d 2CuO + NO 2 + O 2
Sole metali znajdujące się w rzędzie na lewo od Mg tworzą azotyny i tlen, od Mg do Cu - tlenek metalu, NO 2 i tlen, po Cu - metal wolny, NO 2 i tlen.
Aplikacja
Kwas azotowy jest najważniejszym produktem przemysłu chemicznego. Duże ilości wydaje się na przygotowanie nawozów azotowych, materiałów wybuchowych, barwników, tworzyw sztucznych, włókien sztucznych i innych materiałów. dymiący
kwas azotowy jest stosowany w technologii rakietowej jako utleniacz paliwa rakietowego.
Kwas azotowy(HNO 3) - jeden z mocnych kwasów jednozasadowych o ostrym, duszącym zapachu, wrażliwy na światło iw jasnym świetle rozkłada się na jeden z tlenków azotu (zwany także gazem brunatnym - NO 2) i wodę. Dlatego pożądane jest przechowywanie go w ciemnych pojemnikach. W stanie skoncentrowanym nie rozpuszcza aluminium i żelaza, dzięki czemu można go przechowywać w odpowiednich metalowych pojemnikach.
Kwas azotowy jest silnym elektrolitem (podobnie jak wiele kwasów) i bardzo silnym utleniaczem. Jest często stosowany w reakcjach z substancjami organicznymi.
Bezwodny kwas azotowy- bezbarwna lotna ciecz (wrz. = 83°C; ze względu na lotność bezwodny kwas azotowy nazywany jest „dymiącym”) o ostrym zapachu.
Kwas azotowy, podobnie jak ozon, może powstawać w atmosferze podczas wyładowań atmosferycznych. Azot, który stanowi 78% powietrza atmosferycznego, reaguje z tlenem atmosferycznym, tworząc tlenek azotu NO. Po dalszym utlenieniu w powietrzu tlenek ten zamienia się w dwutlenek azotu (brunatny gaz NO2), który reaguje z wilgocią atmosferyczną (chmury i mgła), tworząc kwas azotowy. Ale tak niewielka ilość jest całkowicie nieszkodliwa dla ekologii ziemi i żywych organizmów.
Jedna objętość kwasu azotowego i trzy objętości kwasu solnego tworzą związek o nazwie „królewska wódka”. Jest w stanie rozpuszczać metale (platynę i złoto), które są nierozpuszczalne w zwykłych kwasach. Gdy do tej mieszanki zostanie wprowadzony papier, słoma, bawełna, nastąpi gwałtowne utlenianie, a nawet zapłon.
Po ugotowaniu rozkłada się na składniki składowe (reakcja rozkładu chemicznego):
HNO 3 \u003d 2NO 2 + O 2 + 2H 2 O - uwalniany jest brązowy gaz (NO 2), tlen i woda.
Kwas azotowy
(po podgrzaniu wydziela się brązowy gaz)
Właściwości kwasu azotowego
Właściwości kwasu azotowego mogą być różne nawet w reakcjach z tą samą substancją. Są one bezpośrednio związane z koncentracją kwas azotowy. Rozważ opcje reakcji chemicznych.
- skoncentrowany kwas azotowy:
Z metalami żelazo (Fe), chrom (Cr), aluminium (Al), złoto (Au), platyna (Pt), iryd (Ir), sód (Na) - nie wchodzi w interakcje ze względu na tworzenie się na ich powierzchni folia ochronna, co nie pozwala na dalsze utlenianie metalu.
Ze wszystkimi innymi metale podczas reakcji chemicznej wydziela się brązowy gaz (NO 2). Na przykład w reakcji chemicznej z miedzią (Cu):
4HNO 3 stęż. + Cu \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + H2O
Z niemetalami, takimi jak fosfor:
5HNO 3 stęż. + P \u003d H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
- rozkład soli kwasu azotowego
W zależności od rozpuszczonego metalu następuje rozkład soli w temperaturze następująco:
Dowolny metal (oznaczony jako Me) do magnezu (Mg):
MeNO 3 \u003d MeNO 2 + O 2
Dowolny metal od magnezu (Mg) do miedzi (Cu):
MeNO 3 \u003d MeO + NO 2 + O 2
Dowolny metal po miedzi (Cu):
MeNO 3 \u003d ja + NO 2 + O 2
- rozcieńczony kwas azotowy:
Podczas interakcji z metalami ziem alkalicznych, a także cynkiem (Zn), żelazem (Fe), utlenia się do amoniaku (NH 3) lub do azotan amonowy(NH4NO3). Na przykład podczas reakcji z magnezem (Mg):
10HNO3 rozcieńczony + 4Zn = 4Zn(NO3) 2 + NH4NO3 + 3H2O
Ale podtlenek azotu (N 2 O) może również powstać, na przykład podczas reakcji z magnezem (Mg):
10HNO3 rozcieńczony + 4Mg \u003d 4Mg (NO3) 2 + N2O + 5H2O
Reaguje z innymi metalami tworząc tlenek azotu (NO), np. rozpuszcza srebro (Ag):
2HNO3 rozcieńczony + Ag \u003d AgNO3 + NO + H2O
Podobnie reaguje z niemetalami, takimi jak siarka:
2HNO3 rozcieńczony + S \u003d H 2 SO 4 + 2NO - utlenianie siarki do tworzenia kwasu siarkowego i uwalnianie gazowego tlenku azotu.
Reakcja chemiczna z tlenkami metali, np. tlenkiem wapnia:
2HNO 3 + CaO = Ca(NO 3) 2 + H 2 O - powstaje sól (azotan wapnia) i woda
Reakcja chemiczna z wodorotlenkami (lub zasadami), takimi jak wapno gaszone
2HNO 3 + Ca(OH) 2 = Ca(NO 3) 2 + H 2 O - powstaje sól (azotan wapnia) i woda - reakcja zobojętniania
Reakcja chemiczna z solami, takimi jak kreda:
2HNO 3 + CaCO 3 \u003d Ca (NO 3) 2 + H 2 O + CO 2 - powstaje sól (azotan wapnia) i inny kwas (w tym przypadku powstaje kwas węglowy, który rozkłada się na wodę i dwutlenek węgla).
Kwas azotowy(HNO 3), -- mocny kwas jednozasadowy. Stały kwas azotowy tworzy dwie krystaliczne modyfikacje z sieciami jednoskośnymi i rombowymi. Kwas azotowy miesza się z wodą w każdym stosunku. W roztworach wodnych prawie całkowicie dysocjuje na jony. Tworzy mieszaninę azeotropową z wodą o stężeniu 68,4% i temp. wrzenia t 120 °C w ciśnienie atmosferyczne. Znane są dwa stałe hydraty: monohydrat (HNO 3·H 2O) i trihydrat (HNO 3·3H 2O).
Azot w kwasie azotowym jest czterowartościowy, stopień utlenienia +5. Kwas azotowy to bezbarwny gaz, bezwonny, dymiący płyn w powietrzu, temperatura topnienia? 41,59 °C, wrzenie + 82,6 °C z częściowym rozkładem. Rozpuszczalność kwasu azotowego w wodzie nie jest ograniczona. Wodne roztwory HNO 3 o ułamku masowym 0,95-0,98 nazywane są „dymiącym kwasem azotowym”, o ułamku masowym 0,6-0,7 - stężonego kwasu azotowego. Tworzy z wodą mieszaninę azeotropową (ułamek masowy 68,4%, D 20 = 1,41 g/cm3, Tbp = 120,7°C). Po krystalizacji z roztworów wodnych kwas azotowy tworzy krystaliczne hydraty:
- HNO 3 monohydrat H2O, T pl \u003d 37,62 ° C
- trihydrat HNO 3 · 3H 2 O, Tpl \u003d 18,47 ° C
Stały kwas azotowy tworzy dwie krystaliczne modyfikacje:
- jednoskośna, grupa przestrzenna P 2 1/a, A= 1,623 nm, B= 0,857 nm, C= 0,631, v = 90°, Z = 16;
- rombowy
Monohydrat tworzy rombowe kryształy, grupa przestrzenna P na2, A= 0,631 nm, B= 0,869 nm, C= 0,544, Z = 4;
Gęstość wodnych roztworów kwasu azotowego w funkcji jego stężenia opisuje równanie
gdzie d jest gęstością w g/cm³, c jest ułamkiem masowym kwasu. Ta formuła słabo opisuje zachowanie gęstości przy stężeniu większym niż 97%.
Pod wpływem światła kwas azotowy częściowo rozkłada się z uwolnieniem NO 2 i dzięki temu nabiera jasnobrązowego koloru:
N 2 + O 2 piorunowe wyładowania elektryczne > 2NO
- 2NO + O 2 > 2NO 2
- 4HNO 3 światło > 4NO 2 ^ (brązowy gaz)+ 2H 2 O + O 2
Kwas azotowy o wysokim stężeniu uwalnia do powietrza gazy, które w zamkniętej butelce występują w postaci brązowych oparów (tlenków azotu). Te gazy są bardzo toksyczne, więc należy uważać, aby ich nie wdychać. Kwas azotowy utlenia wiele materia organiczna. Papier i tkaniny ulegają zniszczeniu w wyniku utleniania substancji tworzących te materiały. Stężony kwas azotowy powoduje poważne oparzenia przy dłuższym kontakcie i zażółcenie skóry przez kilka dni przy krótkim kontakcie. Zażółcenie skóry wskazuje na zniszczenie białka i uwolnienie siarki (reakcja jakościowa na stężony kwas azotowy - żółte zabarwienie spowodowane uwolnieniem siarki elementarnej, gdy kwas działa na białko - reakcja ksantoproteinowa). Oznacza to, że jest to oparzenie skóry. Podczas pracy ze stężonym kwasem azotowym należy nosić gumowe rękawice, aby zapobiec oparzeniom.
Jednym z najważniejszych produktów wykorzystywanych przez człowieka jest kwas azotowy. Formuła substancji to HNO 3, ma również różnorodne właściwości fizyczne i właściwości chemiczne odróżniając go od innych kwasów nieorganicznych. W naszym artykule zbadamy właściwości kwasu azotowego, zapoznamy się z metodami jego produkcji, a także rozważymy zakres substancji w różnych gałęziach przemysłu, medycynie i Rolnictwo.
Cechy właściwości fizycznych
Otrzymany w laboratorium kwas azotowy, którego wzór strukturalny podano poniżej, jest bezbarwną cieczą nieprzyjemny zapach cięższy od wody. Szybko odparowuje i ma niską temperaturę wrzenia +83°C. Związek łatwo miesza się z wodą w dowolnych proporcjach, tworząc roztwory o różnych stężeniach. Ponadto kwas azotanowy może wchłaniać wilgoć z powietrza, czyli jest substancją higroskopijną. Wzór strukturalny kwasu azotowego jest niejednoznaczny i może mieć dwie formy.
W postaci cząsteczkowej kwas azotanowy nie istnieje. W roztworach wodnych o różnych stężeniach substancja ma postać następujących cząstek: H 3 O + - jony hydroniowe i aniony reszty kwasowej - NO 3 -.
Oddziaływanie kwas-zasada
Kwas azotowy, który jest jednym z najsilniejszych kwasów, wchodzi w wymianę, neutralizację. Tak, z tlenki zasadowe związek bierze udział w procesach metabolicznych, w wyniku których otrzymuje się sól i wodę. Reakcja zobojętniania jest podstawową właściwością chemiczną wszystkich kwasów. Produktami interakcji zasad i kwasów będą zawsze odpowiednie sole i woda:
NaOH + HNO3 → NaNO3 + H2O
Reakcje z metalami
W cząsteczce kwasu azotowego, której wzór to HNO 3, najwięcej wykazuje azot wysoki stopień utlenianie równe +5, więc substancja ma wyraźne właściwości utleniające. Jako mocny kwas jest w stanie oddziaływać z metalami w szeregu aktywności metali aż do wodoru. Jednak w przeciwieństwie do innych kwasów może również reagować z pasywnymi pierwiastkami metalowymi, takimi jak miedź czy srebro. Odczynniki i produkty interakcji są określane zarówno przez stężenie samego kwasu, jak i aktywność metalu.
Rozcieńczony kwas azotowy i jego właściwości
Jeśli ułamek masowy HNO 3 wynosi 0,4-0,6, to związek wykazuje wszystkie właściwości mocnego kwasu. Na przykład dysocjuje na kationy wodoru i aniony reszt kwasowych. Wskaźniki w kwaśnym środowisku, na przykład fioletowy lakmus, w obecności nadmiaru jonów H +, zmieniają kolor na czerwony. Najważniejsza cecha Reakcje kwasu azotanowego z metalami to niezdolność do wydzielania wodoru, który utlenia się do wody. Zamiast tego powstają różne związki - tlenki azotu. Na przykład w procesie interakcji srebra z cząsteczkami kwasu azotowego, którego wzór to HNO 3, znajduje się tlenek azotu, woda i sól - azotan srebra. Stopień utlenienia azotu w złożonym anionie zmniejsza się, ponieważ dodawane są trzy elektrony.
Z aktywnymi pierwiastkami metali, takimi jak magnez, cynk, wapń, kwas azotanowy reaguje tworząc tlenek azotu, którego wartościowość jest najmniejsza, wynosi 1. Powstają również sól i woda:
4Mg + 10HNO3 \u003d NH4NO3 + 4Mg (NO3) 2 + 3H2O
Jeśli kwas azotowy wzór chemiczny który HNO 3 jest bardzo rozcieńczony, w tym przypadku produkty jego interakcji z aktywnymi metalami będą różne. Może to być amoniak, wolny azot lub tlenek azotu (I). Wszystko zależy od czynniki zewnętrzne, które obejmują stopień zmielenia metalu i temperaturę mieszanina reakcyjna. Na przykład równanie jego interakcji z cynkiem będzie wyglądać następująco:
Zn + 4HNO 3 \u003d Zn (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
Stężony kwas HNO 3 (96-98%) w reakcjach z metalami jest redukowany do dwutlenku azotu i zwykle nie zależy to od pozycji metalu w szeregu N. Beketowa. Dzieje się tak w większości podczas interakcji ze srebrem.
Pamiętajmy o wyjątku od reguły: w normalnych warunkach stężony kwas azotowy nie reaguje z żelazem, aluminium i chromem, tylko je pasywuje. Oznacza to, że na powierzchni metalu tworzy się ochronny film tlenkowy, który zapobiega dalszemu kontaktowi z cząsteczkami kwasu. Mieszanina substancji ze stężonym kwasem solnym w stosunku 3:1 nazywana jest wodą królewską. Ma zdolność rozpuszczania złota.
Jak kwas azotanowy reaguje z niemetalami
Silne właściwości utleniające substancji prowadzą do tego, że w jej reakcjach z pierwiastkami niemetalicznymi te ostatnie przechodzą w postać odpowiednich kwasów. Na przykład siarka jest utleniana do siarczanów, bor do kwasów borowych, a fosfor do kwasów fosforanowych. Potwierdzają to poniższe równania reakcji:
S 0 + 2HN V O 3 → H 2 S VI O 4 + 2N II O
Otrzymywanie kwasu azotowego
Najwygodniejszą laboratoryjną metodą otrzymywania substancji jest interakcja azotanów ze stężonym Odbywa się to przy niskim ogrzewaniu, unikając wzrostu temperatury, ponieważ w tym przypadku powstały produkt rozkłada się.
W przemyśle kwas azotowy można otrzymać na kilka sposobów. Na przykład otrzymywany z azotu i wodoru z powietrza. Produkcja kwasu odbywa się w kilku etapach. Tlenki azotu będą produktami pośrednimi. Najpierw powstaje tlenek azotu NO, który następnie jest utleniany tlenem atmosferycznym do dwutlenku azotu. Ostatecznie, w reakcji z wodą i nadmiarem tlenu, z NO 2 powstaje rozcieńczony (40-60%) kwas azotanowy. Jeśli jest destylowany ze stężonym kwasem siarczanowym, ułamek masowy HNO 3 w roztworze można zwiększyć do 98.
Powyższą metodę produkcji kwasu azotowego po raz pierwszy zaproponował twórca przemysłu azotowego w Rosji I. Andriejew na początku XX wieku.
Aplikacja
Jak pamiętamy, wzór chemiczny kwasu azotowego to HNO 3. Jaka cecha właściwości chemicznych decyduje o jego zastosowaniu, jeśli kwas azotanowy jest wielkotonażowym produktem produkcji chemicznej? Jest to wysoka zdolność utleniająca substancji. Jest używany w przemyśle farmaceutycznym do pozyskiwania leki. Substancja służy surowiec do syntezy związków wybuchowych, tworzyw sztucznych, barwników. Kwas azotanowy jest używany m.in wyposażenie wojskowe jako utleniacz paliwa rakietowego. Jego duża objętość wykorzystywana jest do produkcji najważniejszego rodzaju nawozów azotowych - saletry. Przyczyniają się do zwiększenia plonowania najważniejszych upraw oraz zwiększenia zawartości białka w owocach i zielonej masie.
Zastosowania azotanów
Po rozważeniu głównych właściwości, produkcji i zastosowania kwasu azotowego skupimy się na wykorzystaniu jego najważniejszych związków – soli. Są nie tylko nawozy mineralne, niektórzy z nich mają bardzo ważne w przemyśle militarnym. Na przykład mieszanina 75% azotanu potasu, 15% miału węglowego i 5% siarki nazywana jest czarnym prochem. Amonal, materiał wybuchowy, otrzymuje się z azotanu amonu, a także proszku węglowego i aluminiowego. Ciekawa nieruchomość sole kwasu azotanowego to ich zdolność do rozkładu po podgrzaniu.
Ponadto produkty reakcji będą zależeć od tego, który jon metalu jest częścią soli. Jeśli pierwiastek metalowy znajduje się w szeregu aktywności na lewo od magnezu, w produktach znajdują się azotyny i wolny tlen. Jeśli metal, który jest częścią azotanu, znajduje się od magnezu do miedzi włącznie, to po podgrzaniu soli powstaje dwutlenek azotu, tlen i tlenek. element metalowy. Sole srebra, złota lub platyny wysoka temperatura tworzą wolny metal, tlen i dwutlenek azotu.
W naszym artykule dowiedzieliśmy się, jaki jest wzór chemiczny kwasu azotowego w chemii i jakie cechy jego właściwości utleniających są najważniejsze.