ДомХимияАЗОТНАЯ КИСЛОТА (HNO3): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, СИНТЕЗ И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025
АЗОТНАЯ КИСЛОТА (HNO3): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, СИНТЕЗ И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025
Химия

АЗОТНАЯ КИСЛОТА (HNO3): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, СИНТЕЗ И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Anonim

Азотная кислота представляет собой неорганическое соединение , состоящее из оксокислоты азота. Он считается сильной кислотой, хотя его pKa (-1,4) аналогичен pKa иона гидроксония (-1,74). С этого момента это, пожалуй, самая «слабая» из многих известных сильных кислот.

Его внешний вид представляет собой бесцветную жидкость, которая при хранении меняет цвет на желтоватый из-за образования газов азота. Его химическая формула - HNO 3 .

Источник: Александр Соболевский через Wikimedia Commons

Он несколько нестабилен, подвергаясь небольшому разложению под воздействием солнечного света. Кроме того, его можно полностью разложить при нагревании с образованием диоксида азота, воды и кислорода.

На изображении выше показано немного азотной кислоты, содержащейся в мерной колбе. Можно заметить его желтую окраску, указывающую на частичное разложение.

Он используется в производстве неорганических и органических нитратов, а также в нитрозосоединениях, которые используются при производстве удобрений, взрывчатых веществ, промежуточных веществ для красителей и различных органических химических соединений.

Эта кислота была известна алхимикам еще в 8 веке, и они называли ее «agua fortis». Немецкий химик Йохан Рудольф Глаубер (1648) разработал метод его приготовления, который заключался в нагревании нитрата калия с серной кислотой.

Его готовят промышленным способом по методу, разработанному Вильгельмом Освальдом (1901). Метод, в общих чертах, состоит из каталитического окисления аммония с последовательным образованием оксида азота и диоксида азота с образованием азотной кислоты.

В атмосфере NO 2, образующийся в результате деятельности человека, вступает в реакцию с водой в облаках, образуя HNO 3 . Затем, во время кислотных дождей, он выпадает вместе с каплями воды, разъедая, например, статуи на площадях.

Азотная кислота - очень токсичное соединение, и постоянное воздействие ее паров может вызвать хронический бронхит и химическую пневмонию.

Состав азотной кислоты

Источник: Бен Миллс, из Wikimedia Commons.

На верхнем изображении показана структура молекулы HNO 3 в виде сфер и стержней. Атом азота, синяя сфера, расположен в центре, окруженный геометрией тригональной плоскости; однако треугольник искажен одной из самых длинных вершин.

Молекулы азотной кислоты тогда плоские. Связи N = O, NO и N-OH составляют вершины плоского треугольника. Если вы присмотритесь, связь N-OH более удлиненная, чем две другие (где находится белая сфера, представляющая атом H).

Резонансные структуры

Есть две ссылки одинаковой длины: N = 0 и NO. Этот факт противоречит теории валентных связей, согласно которой двойные связи, по прогнозам, короче одинарных. Объяснение этому кроется в явлении резонанса, как показано на изображении ниже.

Источник: Бен Миллс, из Wikimedia Commons.

Обе связи, N = O и NO, поэтому эквивалентны с точки зрения резонанса. Это представлено графически в модели структуры с помощью пунктирной линии между двумя атомами O (см. Структуру).

Когда HNO 3 депротонируется , образуется стабильный нитрат-анион NO 3 - . В нем резонанс теперь включает все три атома О. Это причина того, что HNO 3 имеет высокую кислотность по Бренстеду-Лоури (разновидности донора ионов H + ).

Физические и химические свойства

Химические названия

-Азотная кислота

-Азотовая кислота

-Нитрат водорода

-Agua fortis.

Молекулярный вес

63,012 г / моль.

Внешность

Бесцветная или бледно-желтая жидкость, которая может стать красновато-коричневой.

запах

Едкий, удушающий характер.

Точка кипения

От 181 ° F до 760 мм рт. Ст. (83 ° C).

Температура плавления

-41,6 ° С.

Растворимость воды

Очень растворим и смешивается с водой.

плотность

1,513 г / см 3 при 20 ° С.

Относительная плотность

1,50 (по отношению к воде = 1).

Относительная плотность пара

2 или 3 раза оценено (по отношению к воздуху = 1).

Давление газа

63,1 мм рт. Ст. При 25 ° C.

декомпозиция

Под воздействием атмосферной влажности или тепла он может разлагаться с образованием пероксида азота. При нагревании до разложения выделяет высокотоксичный дым оксида азота и нитрата водорода.

Азотная кислота нестабильна, она может разлагаться под воздействием тепла и солнечного света, выделяя диоксид азота, кислород и воду.

вязкость

1092 МПа при 0 ° C и 0,617 МПа при 40 ° C.

коррозия

Он способен разрушать все неблагородные металлы, кроме алюминия и хромистой стали. Агрессивно в отношении некоторых видов пластмасс, каучуков и покрытий. Это едкое и едкое вещество, поэтому с ним нужно обращаться с особой осторожностью.

Молярная энтальпия испарения

39,1 кДж / моль при 25 ° C.

Стандартная молярная энтальпия

-207 кДж / моль (298 ° F).

Стандартная молярная энтропия

146 кДж / моль (298 ° F).

Поверхностное натяжение

-0,04356 Н / м при 0 ºC

-0,04115 Н / м при 20 ºC

-0,0376 Н / м при 40 ºC

Порог запаха

-Слабый запах: 0,75 мг / м 3

-Сильный запах: 250 мг / м 3

-Раздражающая концентрация: 155 мг / м 3 .

Константа диссоциации

рКа = -1,38.

Показатель преломления (η / D)

1,393 (16,5 ° С).

Химические реакции

гидратация

-Он может образовывать твердые гидраты, такие как HNO 3 ∙ H 2 O и HNO 3 ∙ 3H 2 O: «азотный лед».

Диссоциация в воде

Азотная кислота - это сильная кислота, которая быстро ионизируется в воде следующими способами:

HNO 3 (l) + H 2 O (l) => H 3 O + (водн.) + NO 3 -

Образование соли

Реагирует с основными оксидами с образованием нитратной соли и воды.

CaO (т) + 2 HNO 3 (л) => Ca (NO 3 ) 2 (водн.) + H 2 O (л)

Точно так же он реагирует с основаниями (гидроксидами), образуя соль нитрата и воды.

NaOH (водн.) + HNO 3 (l) => NaNO 3 (водн.) + H 2 O (l)

А также с карбонатами и кислыми карбонатами (бикарбонатами), также образующими диоксид углерода.

Na 2 CO 3 (водн.) + HNO 3 (l) => NaNO 3 (водн.) + H 2 O (l) + CO 2 (g)

протонирования

Азотная кислота также может выступать в качестве основания. По этой причине он может реагировать с серной кислотой.

HNO 3 + 2H 2 SO 4 <=> NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 -

автопротолиза

Азотная кислота подвергается автопротолизу.

2HNO 3 <=> NO 2 + + NO 3 - + H 2 O

Окисление металлов

В реакции с металлами азотная кислота не ведет себя как сильные кислоты, которые реагируют с металлами, образуя соответствующую соль и выделяя водород в газообразной форме.

Однако магний и марганец горячо реагируют с азотной кислотой, как и другие сильные кислоты.

Mg (s) + 2 HNO 3 (l) => Mg (NO 3 ) 2 (водн.) + H 2 (г)

Другой

Азотная кислота реагирует с сульфитами металлов с образованием нитратной соли, диоксида серы и воды.

Na 2 SO 3 (т.) + 2 HNO 3 (л) => 2 NaNO 3 (водн.) + SO 2 (г) + H 2 O (л)

И он также реагирует с органическими соединениями, заменяя нитрогруппу водородом; таким образом составляя основу для синтеза взрывоопасных соединений, таких как нитроглицерин и тринитротолуол (TNT).

Синтез

промышленные

Его производят на промышленном уровне путем каталитического окисления аммония по методу, описанному Освальдом в 1901 году. Процесс состоит из трех стадий или стадий.

Этап 1: Окисление аммония до оксида азота

Аммоний окисляется кислородом воздуха. Реакцию проводят при 800ºC и давлении 6-7 атм с использованием платины в качестве катализатора. Аммиак смешивается с воздухом в следующем соотношении: 1 объем аммиака на 8 объемов воздуха.

4NH 3 (г) + 5O 2 (г) => 4NO (г) + 6H 2 O (л)

В результате реакции образуется оксид азота, который направляется в камеру окисления для следующей стадии.

Этап 2. Окисление оксида азота до диоксида азота.

Окисление осуществляется кислородом воздуха при температуре ниже 100ºC.

2НО (г) + O 2 (г) => 2НО 2 (г)

Этап 3. Растворение диоксида азота в воде.

На этом этапе происходит образование азотной кислоты.

4NO 2 + 2H 2 O + O 2 => 4HNO 3

Существует несколько методов абсорбции диоксида азота (NO 2 ) в воде.

Среди других методов: NO 2 димеризуется до N 2 O 4 при низких температурах и высоком давлении, чтобы увеличить его растворимость в воде и получить азотную кислоту.

3N 2 O 4 + 2H 2 O => 4HNO 3 + 2NO

Азотная кислота, получаемая при окислении аммония, имеет концентрацию от 50 до 70%, которую можно довести до 98%, используя концентрированную серную кислоту в качестве дегидратирующего агента, что позволяет повысить концентрацию азотной кислоты.

В лаборатории

Термическое разложение нитрата меди (II) с образованием диоксида азота и кислорода, которые пропускаются через воду с образованием азотной кислоты; как в методе Освальда, описанном ранее.

2Cu (NO 3 ) 2 => 2CuO + 4NO 2 + O 2

Реакция нитратной соли с концентрированной H 2 SO 4 . Образовавшуюся азотную кислоту отделяют от H 2 SO 4 перегонкой при 83 ° C (точка кипения азотной кислоты).

KNO 3 + H 2 SO 4 => HNO 3 + KHSO 4

Приложения

Производство удобрений

60% производимой азотной кислоты используется в производстве удобрений, особенно нитрата аммония.

Он характеризуется высокой концентрацией азота, одного из трех основных питательных веществ для растений, нитрат немедленно используется растениями. Между тем, аммиак окисляется микроорганизмами, присутствующими в почве, и используется как долгосрочное удобрение.

промышленные

-15% производимой азотной кислоты используется в производстве синтетических волокон.

-Используется в производстве сложных эфиров азотной кислоты и нитропроизводных; такие как нитроцеллюлоза, акриловые краски, нитробензол, нитротолуол, акрилонитрилы и т. д.

-Вы можете добавлять нитрогруппы к органическим соединениям, и это свойство можно использовать для изготовления взрывчатых веществ, таких как нитроглицерин и тринитротолуол (TNT).

-Адипиновая кислота, предшественник нейлона, производится в больших масштабах путем окисления циклогексанона и циклогексанола азотной кислотой.

Очиститель металла

Азотная кислота благодаря своей окислительной способности очень полезна для очистки металлов, присутствующих в минералах. Точно так же он используется для получения таких элементов, как уран, марганец, ниобий и цирконий, а также при подкислении фосфорных горных пород для получения фосфорной кислоты.

Королевская вода

Его смешивают с концентрированной соляной кислотой с образованием «царской водки». Этот раствор способен растворять золото и платину, что позволяет использовать его для очистки этих металлов.

Мебель

Азотная кислота используется для придания антикварного эффекта мебели из древесины сосны. Обработка 10% -ным раствором азотной кислоты приводит к окрашиванию древесины мебели в серо-золотой цвет.

очищающий

-Смесь водных растворов азотной кислоты 5-30% и фосфорной кислоты 15-40% используется для очистки оборудования, используемого в доильных работах, с целью удаления остатков осадков соединений магния и кальций.

-Это полезно для очистки стеклянной посуды, используемой в лаборатории.

фотография

-Азотная кислота использовалась в фотографии, в частности, как добавка для проявителей сульфата железа в процессе мокрой пластины, с целью обеспечения более белого цвета в амбротипах и оттенках.

-Он использовался для снижения pH серебряной ванны коллодиевых пластин, что позволило уменьшить появление тумана, мешающего изображениям.

другие

-Благодаря своей способности к растворителям, он используется для анализа различных металлов методами пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии и масс-спектрофотометрии с индуктивно связанной плазмой.

- Комбинация азотной кислоты и серной кислоты использовалась для переработки обычного хлопка в нитрат целлюлозы (азотный хлопок).

-Препарат Салкодерм для наружного применения применяется при лечении доброкачественных новообразований кожи (бородавок, мозолей, кондилом и папиллом). Обладает свойствами прижигания, снятия боли, раздражения и зуда. Азотная кислота - основной компонент формулы препарата.

-Красная дымящая азотная кислота и белая дымящая азотная кислота используются в качестве окислителей для жидкого ракетного топлива, особенно в ракете BOMARC.

токсичность

-При попадании на кожу может вызвать ожоги кожи, сильную боль и дерматит.

-При попадании в глаза может вызвать сильную боль, слезотечение, а в тяжелых случаях - повреждение роговицы и слепоту.

- Вдыхание паров может вызвать кашель, респираторный дистресс, кровотечение из носа, ларингит, хронический бронхит, пневмонию и отек легких при интенсивном или хроническом воздействии.

-Из-за проглатывания появляются поражения во рту, слюноотделение, сильная жажда, боль при глотании, сильная боль во всем пищеварительном тракте и риск перфорации стенки желудка.

Ссылки

  1. Wikipedia. (2018). Азотная кислота. Получено с: en.wikipedia.org
  2. PubChem. (2018). Азотная кислота. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Редакторы энциклопедии Британника. (23 ноября 2018 г.). Азотная кислота. Encyclopdia Britannica. Получено с: britannica.com
  4. Шреста Б. (nd). Свойства азотной кислоты и использование. Chem Guide: учебные пособия для изучения химии. Получено с: chem-guide.blogspot.com
  5. Химическая книга. (2017). Азотная кислота. Получено с: chemicalbook.com
  6. Imanol. (10 сентября 2013 г.). Производство азотной кислоты. Получено с: ingenieriaquimica.net
Химия

Выбор редактора

101 лучшая фраза для видеоигр

100 лучших коррупционных фраз

80 лучших фраз Альбуса Дамблдора

75 лучших фраз Сор Хуаны Инес де ла Крус

100 коротких милых мыслей для размышления

131 Короткие философские мысли [с иллюстрациями]