БудинкиХіміяАЗОТНА КИСЛОТА (HNO3): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, СИНТЕЗ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025
АЗОТНА КИСЛОТА (HNO3): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, СИНТЕЗ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025
Хімія

АЗОТНА КИСЛОТА (HNO3): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, СИНТЕЗ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Anonim

Азотна кислота являє собою неорганічну сполуку , що складається з оксокислоти азоту. Вважається сильною кислотою, хоча її рКа (-1,4) схожа на рКа іона гідронію (-1,74). З цього моменту вона, мабуть, "найслабша" з багатьох відомих сильних кислот.

Його фізичний вигляд складається з безбарвної рідини, яка при зберіганні змінюється на жовтуватий колір, завдяки утворенню азотних газів. Його хімічна формула HNO 3 .

Джерело: Олександр Соболевський через Wikimedia Commons

Він дещо нестійкий, зазнає незначного розкладання від впливу сонячних променів. Крім того, він може повністю розкладатися, нагріваючись, утворюючи діоксид азоту, воду та кисень.

На зображенні вище зображено деяку кількість азотної кислоти, що міститься в мірній колбі. Можливо помітити його жовте забарвлення, що свідчить про часткове розкладання.

Його використовують у виробництві неорганічних та органічних нітратів, а також у сполуках нітрозо, які застосовуються при виробництві добрив, вибухових речовин, проміжних агентів для барвників та різних органічних хімічних сполук.

Ця кислота була вже відома алхімікам 8 століття, яку вони назвали «agua fortis». Німецький хімік Йохан Рудольф Глаубер (1648 р.) Розробив спосіб його приготування, який полягав у нагріванні нітрату калію сірчаною кислотою.

Він готується промислово за методом, розробленим Вільгельмом Освальдом (1901). Спосіб, загалом, складається з каталітичного окислення амонію з послідовним генеруванням оксиду азоту та діоксиду азоту з утворенням азотної кислоти.

В атмосфері NO 2, що утворюється в результаті діяльності людини, реагує з водою в хмарах, утворюючи HNO 3 . Потім під час кислотних дощів він осідає разом з краплями води, поїдаючи, наприклад, статуї на громадських площах.

Азотна кислота є дуже токсичною сполукою, і постійне потрапляння її парів може викликати хронічний бронхіт та хімічну пневмонію.

Будова азотної кислоти

Джерело: Бен Міллз, із Вікімедіа

На верхньому зображенні показана структура молекули HNO 3 з моделлю сфер та брусків. Атом азоту, синя сфера, розташований у центрі, оточений тригональною площиною геометрії; однак трикутник спотворений однією з найдовших вершин.

Молекули азотної кислоти потім плоскі. Зв’язки N = O, NO і N-OH складають вершини плоского трикутника. Якщо придивитися уважніше, зв’язок N-OH є більш витягнутим, ніж інші два (де зустрічається біла сфера, що представляє атом Н).

Резонансні структури

Є дві ланки однакової довжини: N = 0 і NO. Цей факт суперечить теорії валентних зв'язків, де, як передбачається, подвійні зв'язки будуть коротшими, ніж одиничні. Пояснення цього полягає у явищі резонансу, як видно із зображення нижче.

Джерело: Бен Міллз, із Вікімедіа

Отже, обидва зв’язки, N = O і NO, є еквівалентними за резонансом. Це зображено графічно в моделі структури за допомогою пунктирної лінії між двома атомами O (див. Структуру).

Коли HNO 3 депротонований , утворюється стабільний аніон нітратів NO 3 - . У ній у резонансі зараз задіяні всі три атоми О. Це причина, чому HNO 3 має високу кислоту Бронстеда-Лоурі (види донорів іонів H + ).

Фізичні та хімічні властивості

Хімічні назви

-Азотна кислота

-Азотна кислота

-Нідрат нітрогену

-Agua fortis.

Молекулярна маса

63,012 г / моль.

Зовнішність

Безбарвна або блідо-жовта рідина, яка може стати червонувато-коричневою.

Запах

Гостра, задушлива характеристика.

Точка кипіння

Від 181 ° F до 760 мм рт.ст. (83 ° C).

Точка плавлення

-41,6 ° С.

Розчинність у воді

Дуже розчинний і змішується з водою.

Щільність

1,513 г / см 3 при 20 ° С.

Відносна щільність

1,50 (по відношенню до води = 1).

Відносна щільність пари

2 або 3 рази оцінюється (по відношенню до повітря = 1).

Тиск пари

63,1 мм рт.ст. при 25 ° С.

Розкладання

При впливі атмосферної вологості або тепла він може розкладатися, утворюючи перекис азоту. Нагріваючись до розкладання, він виділяє високотоксичний дим оксиду азоту та нітрату водню.

Азотна кислота не є стійкою і може розкладатися при контакті з теплом та впливом сонячних променів, і виділяє діоксид азоту, кисень та воду.

В'язкість

1,092 мПа при 0 ° С і 0,617 мПа при 40 ° С.

Корозія

Він здатний атакувати всі основні метали, крім алюмінію та хромованої сталі. Нападає на деякі різновиди пластмас, каучуків та покриттів. Це їдке та агресивне речовина, тому з ним потрібно вживати вкрай обережно.

Молярна ентальпія випаровування

39,1 кДж / моль при 25 ° С.

Стандартна молярна ентальпія

-207 кДж / моль (298 ° F).

Стандартна молярна ентропія

146 кДж / моль (298 ° F).

Поверхневе натягнення

-0,04356 Н / м при 0 ºC

-0,04115 Н / м при 20 ° С

-0,0376 Н / м при 40 ºC

Поріг запаху

-Невеликий запах: 0,75 мг / м 3

-Високий запах: 250 мг / м 3

-Критуюча концентрація: 155 мг / м 3 .

Константа дисоціації

pKa = -1,38.

Показник заломлення (η / D)

1,339 (16,5 ° С).

Хімічні реакції

Гідратація

-У ньому можуть утворюватися тверді гідрати, такі як HNO 3 ∙ H 2 O і HNO 3 ∙ 3H 2 O: „азотний лід“.

Дисоціація у воді

Азотна кислота - це сильна кислота, яка швидко іонізується у воді наступними способами:

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

Солеутворення

Реагує з основними оксидами, утворюючи нітратну сіль і воду.

CaO (s) + 2 HNO 3 (l) => Ca (NO 3 ) 2 (aq) + H 2 O (l)

Так само він реагує з основами (гідроксидами), утворюючи сіль нітратів та води.

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

А також з карбонатами та карбонатами кислоти (бікарбонати), також утворюючи вуглекислий газ.

Na 2 CO 3 (aq) + HNO 3 (l) => NaNO 3 (aq) + H 2 O (l) + CO 2 (г)

Протонація

Азотна кислота також може поводитися як основа. З цієї причини він може вступати в реакцію з сірчаною кислотою.

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

Автопротоліз

Азотна кислота піддається автопротолізу.

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

Окислення металу

В реакції з металами азотна кислота не поводиться як сильні кислоти, які реагують з металами, утворюючи відповідну сіль і виділяючи водень у газоподібному вигляді.

Однак магній та марганець гаряче реагують з азотною кислотою, як і інші сильні кислоти.

Mg (s) + 2 HNO 3 (l) => Mg (NO 3 ) 2 (aq) + H 2 (g)

Інший

Азотна кислота реагує з сульфітами металів, утворюючи нітратну сіль, діоксид сірки та воду.

Na 2 SO 3 (s) + 2 HNO 3 (l) => 2 NaNO 3 (aq) + SO 2 (g) + H 2 O (l)

А також він реагує з органічними сполуками, заміщуючи водень для нітрогрупи; таким чином, є основою для синтезу вибухонебезпечних сполук, таких як нітрогліцерин та тринітротолуол (ТНТ).

Синтез

Промислові

Він виробляється на промисловому рівні каталітичним окисленням амонію за методом, описаним Освальдом у 1901 р. Процес складається з трьох стадій або етапів.

Стадія 1: Окислення амонію до оксиду азоту

Амоній окислюється киснем у повітрі. Реакцію проводять при 800 ° С та тиску 6-7 атм із застосуванням платини в якості каталізатора. Аміак змішують з повітрям у такому співвідношенні: 1 об’єм аміаку до 8 об’ємів повітря.

4NH 3 (g) + 5O 2 (g) => 4NO (g) + 6H 2 O (l)

В реакції утворюється оксид азоту, який подається в камеру окислення для наступної стадії.

Етап 2. Окислення оксиду азоту до діоксиду азоту

Окислення здійснюється киснем, присутнім у повітрі, при температурі нижче 100ºС.

2NO (g) + O 2 (g) => 2NO 2 (g)

Етап 3. Розчинення діоксиду азоту у воді

На цій стадії відбувається утворення азотної кислоти.

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

Існує кілька методів поглинання діоксиду азоту (NO 2 ) у воді.

Серед інших методів: NO 2 димеризується до N 2 O 4 при низьких температурах і високому тиску, щоб збільшити його розчинність у воді і отримати азотну кислоту.

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

Азотна кислота, що утворюється при окисленні аміаку, має концентрацію між 50-70%, яку можна довести до 98%, використовуючи концентровану сірчану кислоту в якості дегідратаційного агента, що дозволяє збільшувати концентрацію азотної кислоти.

У лабораторії

Термічне розкладання нітрату міді (II), утворюючи діоксид азоту та кисень, які пропускаються через воду з утворенням азотної кислоти; як у описаному раніше методі Освальда.

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

Реакція нітратної солі з концентрованою H 2 SO 4 . Утворена азотна кислота відокремлюється від H 2 SO 4 дистиляцією при 83 ° C (температура кипіння азотної кислоти).

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

Програми

Виробництво добрив

60% виробництва азотної кислоти використовується у виробництві добрив, особливо аміачної селітри.

Для цього характерна висока концентрація азоту, одного з трьох основних поживних речовин рослини, який нітрати використовуються рослинами негайно. Тим часом аміак окислюється мікроорганізмами, присутніми в ґрунті, і використовується як довготривале добриво.

Промислові

-15% виробництва азотної кислоти використовується у виробництві синтетичних волокон.

-Використовується при виробництві ефірів азотної кислоти та похідних нітро; такі як нітроцелюлоза, акрилові фарби, нітробензол, нітротолуол, акрилонітрили тощо.

-Ви можете додати нітрогрупи до органічних сполук, і ця властивість може бути використана для отримання вибухових речовин, таких як нітрогліцерин та тринітротолуол (ТНТ).

-Адипінова кислота, попередник нейлону, утворюється у великих масштабах шляхом окислення циклогексанону та циклогексанолу азотною кислотою.

Металевий очищувач

Азотна кислота завдяки своїй окислювальній здатності дуже корисна при очищенні металів, присутніх у мінералах. Так само його використовують для отримання таких елементів, як уран, марганець, ніобій і цирконій, а підкислення фосфорних порід для отримання фосфорної кислоти.

Королівська вода

Він змішується з концентрованою соляною кислотою, утворюючи «акварегію». Цей розчин здатний розчиняти золото і платину, що дозволяє використовувати його в очищенні цих металів.

Меблі

Азотна кислота використовується для отримання античного ефекту в меблях, виготовлених із соснової деревини. Обробка 10% розчином азотної кислоти утворює сіро-золоте забарвлення в деревині меблів.

Прибирання

-Сміш водних розчинів азотної кислоти 5-30% і фосфорної кислоти 15-40% застосовують при очищенні обладнання, що використовується в доїльних роботах, з метою усунення залишків осадів сполук магнію та кальцій.

-Це корисно при чищенні скляного посуду, що використовується в лабораторії.

Фотографія

-Азотна кислота була використана у фотографії, зокрема як добавка для розробників сульфату заліза в процесі мокрої пластини, з метою сприяння білішому забарвленню в амбротипах і відтінках.

-Використовували його для зниження рН срібної ванни пластин колодіоду, що дозволило отримати зменшення зовнішнього вигляду туману, який заважав зображенням.

Інші

-Зважаючи на свою ємність розчинника, він використовується в аналізі різних металів методами полум'яної атомно-абсорбційної спектрофотометрії та індуктивно пов'язаної спектрофотометрією плазмової маси.

-Компанія азотної кислоти та сірчаної кислоти була використана для перетворення бавовни звичайної в нітрат целюлози (азотна бавовна).

-Засіб Салькодерм для зовнішнього застосування застосовується при лікуванні доброякісних новоутворень шкіри (бородавки, мозолі, кондиломи та папіломи). Володіє властивостями припікання, полегшення болю, подразнення і свербіння. Азотна кислота є основним компонентом лікарської формули.

-Рідні випаровування азотної кислоти та біла димчаста азотна кислота використовуються як окислювачі для рідкого ракетного палива, особливо в ракеті BOMARC.

Токсичність

-При контакті зі шкірою це може спричинити опіки шкіри, сильний біль та дерматит.

-При контакті з очима може викликати сильний біль, сльозотечу і у важких випадках пошкодження рогівки та сліпоту.

-Вдихання парів може викликати кашель, дихальний дистрес, спричиняючи кровотечі з носа, ларингіт, хронічний бронхіт, пневмонію та набряк легенів при інтенсивних або хронічних опроміненнях.

-Зважаючи на прийом всередину, є ураження в роті, слиновиділення, сильна спрага, біль при ковтанні, сильний біль у всьому травному тракті та загроза перфорації стінки тієї ж.

Список літератури

  1. Вікіпедія. (2018). Азотна кислота. Відновлено з: en.wikipedia.org
  2. PubChem. (2018). Азотна кислота. Відновлено з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Редактори Encyclopeedia Britannica. (23 листопада 2018 р.). Азотна кислота. Encyclopædia Britannica. Відновлено: britannica.com
  4. Шреща Б. (другий). Властивості азотної кислоти та використання. Посібник з хімії: навчальні посібники з вивчення хімії. Відновлено з: chem-guide.blogspot.com
  5. Хімічна книга. (2017). Азотна кислота. Відновлено з: chemicalbook.com
  6. Іманол. (10 вересня 2013 р.). Виробництво азотної кислоти Відновлено з: ingenieriaquimica.net
Хімія

Вибір редактора

Спокійної ночі: +100 фраз та образів закохатися

Якісна оцінка: характеристики, переваги, приклади

З днем ​​лікаря: 65 красивих фраз, які потрібно присвятити

Щасливий вівторок: 100 фраз + зображення

Щасливий початок тижня: 95 фраз + зображення

Щасливий день друга: 85 красивих фраз, які потрібно присвятити