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.