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—бесцветная жидкость плотностью 1,51 г/см 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:
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 и- NO.
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, 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 пассивирует
некоторые металлы. Еще Ломоносов открыл, что
железо, легко растворяющееся в разбавленной азотной
кислоте, не растворяется в холодной концентрированной
HNO. 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 может восстанавливаться
до различных продуктов:
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, тем менее
глубоко она восстанавливается. При реакциях с концентрированной
кислотой чаще всего выделяется . При взаимодействии
разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами, например, с медью,
выделяется NO. В случае более активных металлов
— железа, цинка, — образуется. 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;
При окислении неметаллов
концентрированная азотная кислота, как и в случае металлов, восстанавливается
до , например
Более
разбавленная кислота обычно восстанавливается до NO, например:
Приведенные
схемы иллюстрируют наиболее типичные случаи взаимодействия азотной кислоты с
металлами и неметаллами. Вообще же, окислительно-восстановительные реакции,
идущие с участием , 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, :
Хлорид
нитрозила является промежуточным продуктом реакции и разлагается:
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.
С избытком соляной
кислоты хлорид золота(III) и хлорид платины (IV) образуют комплексные соединения
На многие органические вещества
азотная кислота действует так, что один или несколько атомов водорода в молекуле органического
соединения замещаются нитрогруппами . 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:
Нитраты
большинства остальных металлов при нагревании распадаются
на оксид металла, кислород и диоксид азота. Например:
Наконец,
нитраты наименее активных металлов (например, серебра,
золота) разлагаются при нагревании до свободного металла:
Наиболее важное значение
имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые на практике называются
селитрами.
Нитрат натрия или натриевая
селитра, иногда называемая также чилийской селитрой, встречается в
большом количестве в природе только в Чили.
Нитрат
калия, 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 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
Образовавшийся
легко переходит
в, 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, образует нитраты:
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.