Азотная кислота

Материал из testwiki
Перейти к навигации Перейти к поиску

Шаблон:Другой термин Шаблон:Карточка{{#invoke:check for unknown parameters|check |unknown= |ignoreblank= |preview=Неизвестный параметр «_VALUE_» шаблона Вещество |showblankpositional= |CAS|ChEBI|ChemSpiderID|ECB|EINECS|H-фразы|InChI|InChIKey|NFPA 704|P-фразы|PubChem|R-фразы|RTECS|S-фразы|SMILES|nocat|Кодекс Алиментариус|ЛД50|ООН|ПДК|СГС|большие схемы|вещество1|вещество2|вещество3|вещество4|внешний вид|вращение|гибридизация|давление пара|диапазон прозрачности|динамическая вязкость|дипольный момент|заголовок|изображение|изображение слева|изображение справа|изображение2|изоэлектрическая точка|интервал трансформации|картинка|картинка малая|картинка2|картинка3D|картинка 3D|картинка3D2|кинематическая вязкость|конст. диссоц. кислоты|константа В. дер В.|координационная геометрия|коэфф. электр. сопротив.|кристаллическая структура|критическая плотность|критическая темп.|критическая точка|критическое давление|молярная концентрация|молярная масса|наименование|описание изображений слева и справа|описание изображения|описание изображения слева|описание изображения справа|описание изображения2|описание картинки|описание картинки2|описание картинки3D|описание картинки3D2|описание малой картинки|от. диэлектр. прониц.|плотность|поверхностное натяжение|показатель преломления|предел прочности|пределы взрываемости|примеси|проводимость|растворимость|растворимость1|растворимость2|растворимость3|растворимость4|рац. формула|сигнальное слово|скорость звука|сокращения|состояние|твёрдость|темп. воспламенения|темп. вспышки|темп. кипения|темп. кипения пр.|темп. плавления|темп. разложения|темп. самовоспламенения|темп. стеклования|темп. сублимации|температура размягчения|тепловое расширение|теплопроводность|теплоёмкость|теплоёмкость2|токсичность|традиционные названия|тройная точка|угол Брюстера|уд. электр. сопротивление|удельная теплота парообразования|удельная теплота плавления|фазовые переходы|хим. имя|хим. формула|ширина изображения|ширина изображения2|энергия ионизации|энтальпия кипения|энтальпия образования|энтальпия плавления|энтальпия растворения|энтальпия сгорания|энтальпия сублимации|ЕС|удельная теплота парообразования2|удельная теплота плавления2|Номер UN|эмпирическая формула|теплота парообразования|энтальпия раствородия|тепловое расширодие}}

Азо́тная кислота́ (химическая формула — HNOШаблон:Sub; Шаблон:Lang-la) — сильная химическая неорганическая кислота, отвечающая высшей степени окисления азота (+5).

При стандартных условиях азотная кислота — это одноосновная кислота, в чистом виде — бесцветная жидкость с резким удушливым запахом. Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации с моноклинной и ромбической решётками.

Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. В водных растворах она практически полностью диссоциирует на ионы. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 68,4 % и Шаблон:Nobr при нормальном атмосферном давлении. Известны два твёрдых гидрата: моногидрат (HNO3·H2O) и тригидрат (HNO3·3H2O). Азотная кислота не является канцерогеном, однако пары сильных неорганических кислот, к которым относится азотная, могут провоцировать рак.[1] Она, а также её соли — нитраты являются сильными окислителями.

Исторические сведения

Методика получения разбавленной азотной кислоты путём сухой перегонки селитры с квасцами и медным купоросом была, по-видимому, впервые описана в трактатах Джабира (Гебера в латинизированных переводах) в VIII веке. Этот метод с теми или иными модификациями, наиболее существенной из которых была замена медного купороса железным, применялся в европейской и арабской алхимии вплоть до XVII века.

В XVII веке Глаубер предложил метод получения летучих кислот реакцией их солей с концентрированной серной кислотой, в том числе и азотной кислоты из калийной селитры, что позволило ввести в химическую практику концентрированную азотную кислоту и изучить её свойства. Метод Глаубера применялся до начала XX века, причём единственной существенной модификацией его оказалась замена калийной селитры на более дешёвую натриевую (чилийскую) селитру.

Во времена М. В. Ломоносова и вплоть до середины XX века азотная кислота в обиходе именовалась крепкой водкой[2].

Физические и физико-химические свойства

Файл:HNO3 плотность от концентрации.svg
Плотность раствора азотной кислоты в зависимости от концентрации
Файл:Phase diagram HNO3.png
Фазовая диаграмма водного раствора азотной кислоты

Азот в азотной кислоте имеет степень окисления +5. Азотная кислота — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C (при нормальном атмосферном давлении) с частичным разложением. Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях. Водные растворы HNO3 с массовой долей 0,95—0,98 называют «дымящей азотной кислотой», с массовой долей 0,6—0,7 — концентрированной азотной кислотой.

С водой образует азеотропную смесь (массовая доля 68,4 %, Шаблон:Nobr, Шаблон:Nobr)

При кристаллизации из водных растворов азотная кислота образует кристаллогидраты:

Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации:

Моногидрат образует кристаллы Шаблон:Крист.

Плотность водных растворов азотной кислоты как функция её концентрации описывается уравнением

d(c)=0,9952+0,564c+0,3005c20,359c3,

где Шаблон:Math — плотность в г/см3, Шаблон:Math — массовая доля кислоты. Данная формула плохо описывает поведение плотности при концентрации более 97 %.


Химические свойства

1. Высококонцентрированная HNO3 имеет бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения (фотолиз), в ходе которого она распадается на воду, оксид азота(IV) и кислород:

4HNOA3hv4NOA2+2HA2O+OA2

2. При нагревании азотная кислота частично распадается по той же реакции, однако вполне может быть доведена до ~100% концентрации (соломенного цвета, практически без примесей) простой дистилляцией при атмосферном давлении смеси серной и азотной кислот. В совершенно чистом виде она представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Без разложения азотная кислота перегоняется при пониженном давлении (указанная температура кипения при атмосферном давлении найдена экстраполяцией).

3. Золото, платина, иридий, родий и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции при этом определяется её концентрацией. Так, холодная концентрированная азотная кислота не реагирует с алюминием, хромом, железом, свинцом, бериллием, никелем и др. (см. пассивация). При нагревании или добавлении воды реакция идёт (см. ниже).

4. HNO3 как сильная одноосновная кислота протонирует воду:

HNOA3+HA2OHA3OA++NOA3A

Также, взаимодействует:

а) с основными и амфотерными оксидами:

CuO+2HNOA3Cu(NOA3)A2+HA2O
ZnO+2HNOA3Zn(NOA3)A2+HA2O

б) с основаниями:

KOH+HNOA3KNOA3+HA2O
NHA3+HNOA3NHA4NOA3

в) вытесняет слабые кислоты из их солей:

CaCOA3+2HNOA3Ca(NOA3)A2+HA2COA3
HA2COA3HA2O+COA2
NaNOA2+HNOA3NaNOA3+HNOA2
2HNOA2NA2OA3+HA2O
NA2OA3NOA2+NO

5. Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом азот восстанавливается до различных степеней окисления от +5 до −3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты. Как кислота-окислитель, HNO3 взаимодействует:

а) с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода:

Концентрированная HNO3 (60%):

Cu+4HNOA3Cu(NOA3)A2+2NOA2+2HA2O

Разбавленная HNO3 (30%):

3Cu+8HNOA33Cu(NOA3)A2+2NO+4HA2O

б) с металлами, стоящими в электрохимическом ряду напряжений левее водорода:

Zn+4HNOA3(60%)Zn(NOA3)A2+2NOA2+2HA2O
3Zn+8HNOA3(30%)3Zn(NOA3)A2+2NO+4HA2O
4Zn+10HNOA3(20%)4Zn(NOA3)A2+NA2O+5HA2O
5Zn+12HNOA3(10%)5Zn(NOA3)A2+NA2+6HA2O
4Zn+10HNOA3(3%)4Zn(NOA3)A2+NHA4NOA3+3HA2O

Все приведённые выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции. Это означает, что в данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, например, при взаимодействии цинка с азотной кислотой (массовая доля азотной кислоты в растворе 0,3) в продуктах будет содержаться больше всего NO, но также будут содержаться (только в меньших количествах) и NO2, N2O, N2 и NH4NO3. Также механизм реакций значительно сложнее. На практике в растворе происходят множественные восстановления нитрат иона и водорода. Подобно реакциям с иными кислотами, атомарный водород также выделяется, и он частично ответственен за восстановление азотной кислоты. Например:

Zn+2HNOA3Zn(NOA3)A2+2HA0
2HNOA3+8HA0NA2O+5HA2O

Сложив реакции и уравняв их, мы получим вышеупомянутое уравнение:

4Zn+10HNOA34Zn(NOA3)A2+NA2O+5HA2O

Такого рода восстановления можно описать для всех степеней окисления азота, до которых склонна восстанавливаться азотная кислота:

HNOA3+HA0NOA2+HA2O
2HNOA3+4HA0NA2OA3+3HA2O
HNOA3+3HA0NO+2HA2O
2HNOA3+8HA0NA2O+5HA2O
2HNOA3+10HA0NA2+6HA2O
HNOA3+8HA0NHA3+3HA2O

Помимо этого, в некоторых случаях, реакция с разбавленной азотной кислотой проходит с выделением водорода, однако вместе с ним азот также восстанавливает в параллельных реакциях. Это может происходить при её взаимодействии, например, с магнием при концентрации кислоты около 5%:

Mg+2HNOA3Mg(NOA3)A2+2HA0Mg(NOA3)A2+HA2

6. Единственная общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:

увеличение концентрации кислоты 𝖭𝖮𝟤,𝖭𝖮,𝖭𝟤𝖮,𝖭𝟤,𝖭𝖧𝟦𝖭𝖮𝟥 увеличение активности металла
Файл:HNO3-gas2.png
Продукты, полученные при взаимодействии железа с HNO3, разной концентрации

7. С золотом и платиной азотная кислота, даже концентрированная, не взаимодействует. Железо, алюминий, хром холодной концентрированной азотной кислотой пассивируются. С разбавленной азотной кислотой железо взаимодействует, причём в зависимости от концентрации кислоты образуются не только различные продукты восстановления азота, но и различные продукты окисления железа:

Fe+4HNOA3(25%)Fe(NOA3)A3+NO+2HA2O
4Fe+10HNOA3(2%)4Fe(NOA3)A2+NHA4NOA3+3HA2O

8. Азотная кислота окисляет неметаллы, при этом азот обычно восстанавливается до NO или NO2:

S+6HNOA3(60%)HA2SOA4+6NOA2+2HA2O
S+2HNOA3(40%)HA2SOA4+2NO
P+5HNOA3(60%)HA3POA4+5NOA2+HA2O
3P+5HNOA3(30%)+2HA2O3HA3POA4+5NO
IA2+10HNOA3(70%)t2HIOA3+10NOA2+4HA2O

и сложные вещества, например:

FeS+4HNOA3(30%)Fe(NOA3)A3+S+NO+2HA2O
HI+6HNOA3(60%)tHIOA3+6NOA2+3HA2O
SOA2+2HNOA3(60%)tHA2SOA4+2NOA2

Чаще всего, эти реакции требуют начального нагревания


9. Некоторые органические соединения (например амины, скипидар) самовоспламеняются при контакте с концентрированной азотной кислотой.

10. Смесь трёх объёмов концентрированной соляной кислоты и одного объёма концентрированной азотной называется «царской водкой». При комнатной температуре в реакции устанавливается равновесие. Оно смещается вправо при нагревании. Царская водка растворяет большинство металлов, в том числе золото и платину. Её сильные окислительные способности обусловлены образующимся атомарным хлором и хлоридом нитрозила, который тоже разлагается и выделяет хлор:

3HCl+HNOA3ClA2+NOCl+2HA2O
2NOCl2NO+ClA2

Итого:

6HCl+2HNOA33ClA2+2NO+4HA2O

Эта же реакция также идёт с бромоводородной кислотой:

6HBr+2HNOA33BrA2+2NO+4HA2O

На практике в данных реакциях визуально заметно выделение рыжего оксида азота(IV) NO2, поэтому часто его записывают в продуктах реакций вместо NO.

11. Взаимодействие концентрированных азотной и соляной кислот с благородными металлами:

Au+HNOA3+4HClH[AuClA4]+NO+2HA2O
3Pt+4HNOA3+18HCl3HA2[PtClA6]+4NO+8HA2O

12. Азотная кислота, растворяясь в воде, частично и обратимо с ней реагирует с образованием ортоазотной кислоты, которая не существует в свободном виде:

HNOA3+HA2OHA3NOA4

Шаблон:ЯкорьСмесь азотной и серной кислот носит название «меланж».

Азотная кислота широко используется для получения нитросоединений.

13. В концентрированной азотной кислоте происходит самоионизация:

2HNOA3NO2A++NO3A+HA2O

В большинстве окислительно-восстановительных реакциях ион нитрония восстанавливается до бурого газа.

14. Смесь фтористоводородной и азотной кислот может растворять некоторые металлы, нерастворимые в чистой кислоте и царской водке. Например, вольфрам:

2W+4HNOA3+10HFWFA6+WOFA4+4NO+7HA2O

15. Используется при проведении качественной реакции на белки, так называемой ксантопротеиновой реакции. В её ходе на исследуемый образец действуют азотной кислотой, что окрашивает его в желтый цвет. Подщелачивание образца даёт оранжевое окрашивание.

16. Важно отметить, что разбавленная водная азотная кислота (HNO3) не выделяет элементарный иод при смешении с иодидами (например, иодидом калия). Напротив, азотистая кислота HNO2 реагирует с иодидами даже при сильном разбавлении, что с успехом используется для её обнаружения на практике, например в реакциях диазотирования (иодкрахмальная индикаторная бумага синеет в присутствии избытка реагента). Однако концентрированная азотная кислота легко окисляет I- до I20, I+3 и I+5.

Нитраты

Шаблон:Основная статья Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли — нитраты — получают действием HNO3 на металлы и некоторые соединения неметаллов, оксиды, гидроксиды или карбонаты. Все нитраты хорошо растворимы в воде. Нитрат-ион в воде не гидролизуется.

1. Соли азотной кислоты при нагревании необратимо разлагаются, причём состав продуктов разложения определяется катионом:

а) нитраты металлов, стоящих в ряду напряжений левее магния (исключая литий):

2KNOA3450AoC2KNOA2+OA2

б) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений между магнием и медью (а также литий):

4Al(NOA3)A3180AoC2AlA2OA3+12NOA2+3OA2

в) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений правее ртути:

2AgNOA3400AoC2Ag+2NOA2+OA2

г) нитрат аммония:

NHA4NOA3240AoCNA2O+2HA2O

2. Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой температуре в твёрдом состоянии являются сильными окислителями, например, при сплавлении твёрдых веществ:

Fe+3KNOA3+2KOH420AoCKA2FeOA4+3KNOA2+HA2O

3. Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают нитраты до NH3:

3KNOA3+8Al+5KOH+18HA2O3NHA3+8K[Al(OH)A4]

Соли азотной кислоты — нитраты — широко используются как удобрения. При этом практически все нитраты хорошо растворимы в воде, поэтому в виде минералов их в природе чрезвычайно мало; исключение составляют чилийская (натриевая) селитра и индийская селитра (нитрат калия). Большинство нитратов получают искусственно.

4. С азотной кислотой не реагируют стекло, фторопласт-4.

5. Нитраты металлов при спекании с оксидами металлов образуют соли ортоазотной кислоты — ортонитраты:

NaA2O+NaNOA3310320AoCNaA3NOA4

Промышленное производство и применение

Перевозка азотной кислоты железнодорожным транспортом осуществляется в специализированных вагонах-цистернах

Азотная кислота является одним из самых крупнотоннажных продуктов химической промышленности.

Производство азотной кислоты

Современный способ её производства основан на каталитическом окислении синтетического аммиака на платино-родиевых катализаторах (процесс Оствальда) до смеси оксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой:

4NHA3+5OA2Pt/Rh4NO+6HA2O
2NO+OA22NOA2
4NOA2+OA2+2HA2O4HNOA3

Все три реакции — экзотермические, первая — необратимая, остальные — обратимыеШаблон:Sfn. Концентрация полученной таким методом азотной кислоты колеблется в зависимости от технологического оформления процесса от 45 до 58 %. Для получения концентрированной азотной кислоты либо смещают равновесие в третьей реакции путём повышения давления до 50 атмосфер, либо в разбавленную азотную кислоту добавляют серную кислоту и нагревают, при этом азотная кислота, в отличие от воды и серной кислоты, испаряетсяШаблон:Sfn.

В России масштабное производство азотной кислоты (10000 тонн в год) по этому методу началось в 1917 г. в Юзовке, сырьём служил аммиак из коксового газа по способу И. И. Андреева.Шаблон:Нет АИ

Впервые азотную кислоту получили алхимики, нагревая смесь селитры и железного купороса:

4KNOA3+2FeSOA47HA2OAoA22otFeA2OA3+2KA2SOA4+2HNOA3+2NOA2+6HA2O

Дымящую кислоту высокой концентрации можно получить действием концентрированной хлорной кислоты на аммиак:

NHA3+HClOA4HCl+HNOA3+HA2O

Чистую азотную кислоту получил впервые Иоганн Рудольф Глаубер, действуя на селитру концентрированной серной кислотой:

KNOA3+HA2SOA4AoA22otKHSOA4+HNOA3

Дальнейшей дистилляцией может быть получена т. н. «дымящая азотная кислота», практически не содержащая воды.

Применение

Помимо этого, в ювелирном деле азотная кислота используется для быстрого определения концентрации золота в сплаве. Она будет реагировать со сплавами золота до 583 пробы, что позволяет определять содержание золота. Подбирая различные концентрации кислоты, можно более точно определять пробу. Помимо этого, особенности азотной кислоты возможно применить в очистке внешнего слоя ювелирных изделий. Так, при кипячении золотого украшения некоторой пробы (например, 585) в концентрированной азотной кислоте, она будет растворять металлы, находящиеся во внешнем слое (медь, никель, серебро, и иные), кроме золота, оставляя на поверхности слой более чистого золотого сплава (содержание золота может превышать 90%).[4][5]

Действие на организм

Шаблон:ECB Азотная кислота ядовита. По степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. Её пары очень вредны. Они вызывают раздражение дыхательных путей, а сама кислота оставляет на коже долгозаживающие ожоги. Даже при кратковременном воздействии концентрированной кислоты (или более длительном воздействии относительно разбавленной) возникает характерное жёлтое окрашивание кожи, обусловленное ксантопротеиновой реакцией. Данные ожоги, при действии на них даже слабощелочных растворов (например, раствора гидрокарбоната натрия), становятся оранжевыми.

При попадании азотной кислоты на кожу, необходимо соблюдать общие рекомендации: промыть место попадания большим количеством чистой воды, после чего промыть содовым раствором. При попадании кислоты в глаза, необходимо срочно промыть глаза большим количеством проточной воды и обратиться за медицинской помощью.

ПДК для азотной кислоты в воздухе рабочей зоны по NO2 2 мг/м3[6].

Рейтинг NFPA 704 для концентрированной азотной кислоты:

  • Опасность для здоровья: 3
  • Огнеопасность: 0
  • Нестабильность: 2
  • Специальное: СOR, OX[7]

Юникод

В Юникоде есть алхимический символ азотной кислоты (Шаблон:Lang-la).

Кодировка по Unicode и HTML
Графема Unicode HTML
Код Название Шестнадцатеричное Десятичное Мнемоника
🜅 U+1F705 ALCHEMICAL SYMBOL FOR AQUAFORTIS 🜅 🜅

См. также

Примечания

Шаблон:Примечания

Литература

Шаблон:Родственные проекты

  • Шаблон:Книга
  • Энциклопедический словарь юного химика, Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. — 2-е издание, М., 1990.
  • Ахметов Н. С. Общая и неорганическая химия. М.: Высшая школа, 2001.
  • Шаблон:Книга

Ссылки

Шаблон:Производные буквы F

Шаблон:Фотографические реактивы Шаблон:Внешние ссылки

  1. Шаблон:Cite web
  2. Шаблон:ВТ-ЭСБЕ;
    Шаблон:БСЭ2
  3. Шаблон:Книга:ФКТЭ
  4. Шаблон:Cite web
  5. Шаблон:Cite web
  6. Межгосударственный стандарт ГОСТ 12.1.005-88, Приложение 2, стр. 1
  7. Шаблон:Cite web