Азотная кислота

1. Азотная кислота. Чистая азотная кислота HNO—бесцвет-ная жидкость плотностью 1,51 г/см при - 42 °С застывающая в прозрачную кристаллическую массу. На воздухе она, подобно кон-центрированной соляной кислоте, «дымит», так как пары ее обра-зуют 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 кис-лот; 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 ме-таллов — железа, цинка, — образуется . Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами—--цинком, магнием, алюминием -— с образованием иона аммония, даю-щего с кислотой нитрат аммония. Обычно одновременно образуют-ся несколько продуктов.
Для иллюстрации приведем схемы реакций окисления некото-рых металлов азотной кислотой;


При действии азотной кислоты на металлы водород, как пра-вило, не выделяется.
При окислении неметаллов концентрированная азотная кисло-та, 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 концен-трированной соляной кислоты, называется царской водкой. Царская водка растворяет некоторые металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой, в том числе и «царя металлов»—золото. Дей-ствие 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 обусловли-вает высокую окислительную способность царской водки. Реакции окисления золота и платины протекают в основном согласно сле-дующим уравнениям.


С избытком соляной кислоты хлорид золота(III) и хлорид пла-тины (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 про-цесс 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, слу-жит 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 хо-рошо растворяются в воде, а при нагревании разлагаются с выде-лением 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, се-ребра, золота) разлагаются при нагревании до свободного ме-талла:

Легко отщепляя кислород, нитраты при высокой температуре являются энергичными окислителями. Их водные растворы, напро-тив, почти не проявляют окислительных свойств.
Наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, ам-мония и кальция, которые на практике называются селитрами.
Нитрат натрия или натриевая селитра, иногда назы-ваемая также чилийской селитрой, встречается в большом количе-стве в природе только в Чили.
Нитрат калия , или калийная селитра, в небольших ко-личествах также встречается в природе, но главным образом полу-чается искусственно при взаимодействии нитрата натрия с хлори-дом калия.
Обе эти соли используются в качестве удобрений, причем нит-рат калия содержит два необходимых растениям элемента: азот и калий. Нитраты натрия и калия применяются также при стекло-варении и в пищевой промышленности для консервирования про-дуктов.
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 определен-ном 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 концен-трируют,
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 превра-щается в аммиак, который под влиянием живущих в почве ни-трифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кис-лоту. 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 недо-статочном 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) пере-ходит 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, возмещаю-щие потери азота. К таким процессам относятся прежде всего про-исходящие в атмосфере электрические разряды, при которых все-гда 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, спо-собных 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 ат-мосферный 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 кругово-рот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наибо-лее 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.

Другие записи

10.06.2016. Атомное ядро
1 История открытий в области строения атомного ядраИзучение атомного ядра вынуждает заниматься элементарными частицами. Причина этого ясна: в ядрах атомов частиц так мало, что свойства каждой из них в…
10.06.2016. Алюминий и его сплавы
Алюминий (Aluminium) - химический элемент третьей группы периодической системы. Атомный номер 13, атомная масса 26,9815. Обозначается латинскими буквами Al . Это серебристо-белый металл, легкий (r = 2,7…
10.06.2016. Алюминий
Алюминий - самый распостраненный в земной коре металл. На его долю приходится 5,5-6,6 мол. доли % или 8 масс. %. Главная масса его сосредоточена в алюмосиликатах. Чрезвычайно распространенным продуктом…
10.06.2016. Алюминий
Алюминий - самый распостраненный в земной коре металл. На его долю приходится 5,5-6,6 мол. доли % или 8 масс. %. Главная масса его сосредоточена в алюмосиликатах. Чрезвычайно распространенным продуктом…
10.06.2016. Алмаз
      Алмаз! Это название известно каждому. С ним ассоциируется представление о несравненном блеске и непревзайденной твердости. Со вторым свойством связано и название минерала, которое происходит или…