Азотная кислота – важный, но опасный химический реактив

Химические реактивы , лабораторное оборудование и приборы , а также лабораторная посуда из стекла или из других материалов являются составляющими любой современной промышленной или научно-исследовательской лаборатории. В этом перечне, как и много веков назад, особое место занимают вещества и соединения, так как они представляют собой основную химическую базу, без которой невозможно проведение любого, даже самого простого эксперимента или анализа.

Современная химия насчитывает огромное количество химических реактивов: щелочи, кислоты, реагенты, соли и другие. Среди них кислоты – самая распространенная группа. Кислоты – это сложные водородосодержащие соединения, атомы которых могут замещаться атомами металла. Сфера их применения обширна. Она охватывает многие отрасли производства: химическую, машиностроительную, нефтеперерабатывающую, пищевую, а также медицину, фармакологию, косметологию; широко используется в быту.

Азотная кислота и ее определение

относится к с одноосновным кислотам и является сильным реактивом. Она представляет собой прозрачную жидкость, которая может иметь желтоватый оттенок при долгом хранении ее в теплом помещении, так как при плюсовой (комнатной) температуре в ней накапливаются оксиды азота. При нагревании или взаимодействии с прямыми солнечными лучами приобретает бурый цвет из-за процесса выделения диоксида азота. При контакте с воздухом дымится. Данная кислота – это сильный окислитель с резким неприятным запахом, который вступает в реакцию с большинством металлов (за исключением платины, родия, золота, тантала, иридия и некоторых других), превращая их в оксиды или нитраты. Данная кислота хорошо растворяется в воде, причем в любых соотношениях, ограниченно – в эфире.

Форма выпуска азотной кислоты зависит от ее концентрации:

- обычная – 65 % , 68 %;
- дымная – 86 % и более. Цвет «дыма» может быть белым, если концентрация составляет от 86 % до 95 %, или красным – свыше 95 %.

Получение

В настоящее время производство сильно- или слабоконцентрированной азотной кислоты проходит следующие этапы:
1. процесс каталитического окисления синтетического аммиака;
2. как результат – получение смеси нитрозных газов;
3. впитывания воды;
4. процесс концентрирования азотной кислоты.

Хранение и транспортировка

Данный реактив является самой агрессивной кислотой, поэтому для ее транспортировки и хранения выдвигаются следующие требования:
- хранить и перевозить в специальных герметически закрытых резервуарах из хромистой стали или алюминия, а также в бутылях из лабораторного стекла .

Каждая тара помечается надписью «Опасно».

Где применяется химический реактив?

Сфера применения азотной кислоты в настоящее время огромна. Она охватывает многие отрасли промышленности, такие как:
- химическую (изготовление взрывчатых веществ, органических красителей, пластмасс, натрия, калия, пластмасс, некоторых видов кислот, искусственного волокна);
- сельскохозяйственную (производство азотных минеральных удобрений или селитры);
- металлургическую (растворение и травление металлов);
- фармакологическую (входит в состав препаратов по удалению кожных образований);
- ювелирное производство (определение чистоты драгоценных металлов и сплавов);
- военную (входит в состав взрывчатых веществ как нитрующий реагент);
- ракетно-космическую (одна из составляющих ракетного топлива);
- медицину (для прижигания бородавок и других кожных образований).

Меры предосторожности

При работе с азотной кислотой нужно учесть, что данный химический реактив является сильной кислотой, которая относиться к веществам 3 класса опасности. Для сотрудников лабораторий, а также лиц, допущенных к работе с подобными веществами, существуют особые правила. Во избежание прямого контакта с реактивом все работы проводить строго в специальной одежде, которая включает: кислотозащитные рукавицы и обувь, комбинезон, перчатки нитриловые , а также очки и респираторы, как средства защиты органов дыхания и зрения. Несоблюдение данных требований может привести к самым серьезным последствиям: при попадании на кожу – ожогам, язвам, а при попадании в вдыхательные пути – отравлениям, вплоть до отека легких.

Современная химия — это наука, которая оперирует большим числом реагентов. Это могут быть соли, реагенты, щелочи. Но самая многочисленная группа — кислоты. Это сложные соединения, основанные на водороде. При этом, сторонние атомы здесь могут заменяться атомами металла. Используются кислоты в самых разных отраслях человеческой жизнедеятельности. К примеру, в медицине, пищевой промышленности, при производстве товаров бытового назначения. Именно поэтому следует особенно тщательно изучать данную группу реагентов.

Основные сведения об азотной кислоте

Это сильный реактив, который относится к разряду односоставных кислот. С виду это обычная прозрачная жидкость. Порой отмечается наличие желтоватого оттенка. Связано это с тем, что при теплой температуре на поверхности скапливается оксид азота. Диоксид азота также может проявиться в виде бурого осадка. Но происходит это под солнечными лучами. При любых контактах с воздухом кислота начинает сильно дымиться. Кроме того, нормально вступает в реакции с металлами. Отлично растворяется в воде, а вот в случае с эфиром есть ряд ограничений.

Какие формы выпуска существуют? Всего разделяют две — обычная (концентрация 65-68%) и дымная (не менее 85%). При этом, цвет дыма может сильно различаться. Если концентрация составляет 86-95%, то он белый. Процентовка выше? Тогда вы увидите красный цвет.

Процесс получения

Сегодня он не различается как в случае с сильной, так и слабой концентрацией. Его можно разделить на несколько этапов.

Происходит кристаллическое окисление синтетика аммиака.
Необходимо дождаться, когда образуются нитрозные газы.
Вся вода, имевшаяся в составе, впитывается.
На завершающем этапе необходимо дождаться, пока кислота достигнет необходимой концентрации.

Как происходит хранение и транспортировка?

Данный реагент не относится к разряду особо агрессивных. Поэтому и требований к хранению и транспортировке не так уж и много. Держать кислоту требуется в герметичных емкостях, выполненных из алюминия или же хромистой стали. Также подойдет лабораторное стекло. Что касается резервуаров, то на них должна быть пометка «Опасно». Это же касается и маленьких тар.

Меры предосторожности при использовании

Данный химический реактив относится к сильным кислотам. Он имеет III класс опасности. Те лица, которые допускаются к работе с данным веществом, должны пройти соответствующий инструктаж. В помещении необходимо находиться в специальной одежде. Она включает в себя комбинезон, рукавицы, респираторы, очки. Необходимы индивидуальные средства защиты органов дыхания и зрения. Последствия при несоблюдении требований безопасности могут быть серьезными. Если кислота попадет на кожу, то приведет к образованию ожогов и язв. Вдохнете ее? Тогда сильно отравитесь или даже получите отек легких. Так что в лабораториях необходимо организовывать постоянный контроль, просить сотрудников проходить инструктаж по мерам безопасности.

Где применяется азотная кислота?

Благодаря своим химическим свойствам, данная кислота применяется во многих отраслях. Отдельно следует выделить несколько. В первую очередь это промышленность. С помощью нее можно запросто синтезировать искусственное волокно. Кроме того, часто азотная кислота — это основной компонент при изготовлении моторного масла. Наверняка вы знаете, что она используется в металлургии. С помощью нее можно растворять и травить металлы. Существует специальная промышленная азотная кислота, которая лучше справляется с решением описанных задач.

Применение в быту

Из нее изготавливают средства, позволяющие эффективно очистить ювелирные украшения в домашних условиях. Но нужно быть крайне осторожным, не допускать контактов данных средств с кожей. При капельном поливе азотную кислоту можно применить в качестве очистителя. Концентрации в 60% будет достаточно для того, чтобы избавиться от солей или растворить осадок в капельной системе.

Каково применение в медицине?

Если вы посмотрите на состав некоторых медицинских средств, то увидите, что там содержится азотная кислота. К примеру, 30%-я используется для борьбы с бородавками. Также часто данный компонент добавляют в средства по борьбе с язвенными болезнями. Это отличный антисептик, обладающий вяжущими свойствами.

Использование в сельском хозяйстве

Агрономам необходимы минеральные удобрения для того, чтобы сделать урожай более богатым. В составе некоторых из них можно отыскать азотную кислоту. Но необходимо четко рассчитывать дозу для того, чтобы полученные овощи и фрукты не нанесли никакого вреда здоровью. Если кислоты будет слишком много, то в культурах будут скапливаться нитраты. Можно выделить несколько видов удобрений на основе кислоты: амидные, аммиачные, нитратные.

Но данный реагент имеет соли, которые в сельском хозяйстве используются даже чаще. Их добавляют в некоторые лекарственные препараты, которые дают животным.

Что можно сказать в заключении?

Как видите, азотная кислота — это очень важный компонент, применяющийся в огромном количестве отраслей. Без нее невозможно было бы представить современную жизнь. А химики на регулярной основе придумывают, где еще можно использовать данный реагент.

Вконтакте

Азотная кислота HNO 3 - бесцветная жидкость, имеет резкий запах, легко испаряется. При попадании на кожу азотная кислота может вызвать сильные ожоги (на коже образуется характерное желтое пятно, его сразу же следует промыть большим количеством воды, а затем нейтрализовать содой NaHCO 3)

Азотная кислота

Молекулярная формула: HNO 3 , B(N) = IV, С.О. (N) = +5

Атом азота образует 3 связи с атомами кислорода по обменному механизму и 1 связь - по донорно-акцепторному механизму.

Физические свойства

Безводная HNO 3 при обычной температуре - бесцветная летучая жидкость со специфическим запахом (т. кип. 82,6"С).

Концентрированная «дымящая» HNO 3 имеет красный или желтый цвет, так как разлагается с выделением NO 2 . Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях.

Способы получения

I. Промышленный - 3-стадийный синтез по схеме: NH 3 → NO → NO 2 → HNO 3

1 стадия: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O

2 стадия: 2NO + O 2 = 2NO 2

3 стадия: 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O = 4HNO 3

II. Лабораторный - длительное нагревание селитры с конц. H 2 SO 4:

2NaNO 3 (тв.) +H 2 SO 4 (конц.) = 2HNO 3 + Na 2 SO 4

Ba(NO 3) 2 (тв) +H 2 SO 4 (конц.) = 2HNO 3 + BaSO 4

Химические свойства

HNO 3 как сильная кислота проявляет все общие свойства кислот

HNO 3 → H + + NO 3 -

HNO 3 - очень реакционноспособное вещество. В химических реакциях проявляет себя как сильная кислота и как сильный окислитель.

HNO 3 взаимодействует:

а) с оксидами металлов 2HNO 3 + CuO = Cu(NO 3) 2 + H 2 O

б) с основаниями и амфотерными гидроксидами 2HNO 3 + Cu(OH) 2 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

в) с солями слабых кислот 2HNO 3 + СaСO 3 = Ca(NO 3) 2 + СO 2 + H 2 O

г) с аммиаком HNO 3 + NH 3 = NH 4 NO 3

Отличие HNO 3 от других кислот

1. При взаимодействии HNO 3 с металлами практически никогда не выделяется Н 2 , так как ионы H + кислоты не участвуют в окислении металлов.

2. Вместо ионов H + окисляющее действие оказывают анионы NO 3 - .

3. HNO 3 способна растворять не только металлы, расположенные в ряду активности левее водорода, но и малоактивные металлы - Си, Аg, Нg. В смеси с HCl растворяет также Au, Pt.

HNO 3 - очень сильный окислитель

I. Окисление металлов:

Взаимодействие HNO 3: а) с Me низкой и средней активности: 4HNO 3 (конц.) + Сu = 2NO 2 + Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

8HNO 3 (разб.) + ЗСu = 2NO + 3Cu(NO 3) 2 + 4H 2 O

б) с активными Me: 10HNO 3 (разб.) + 4Zn = N 2 O + 4Zn(NO 3) 2 + 5H 2 O

в) с щелочными и щелочноземельными Me: 10HNO 3 (оч. разб.) + 4Са = NH 4 NO 3 + 4Ca(NO 3) 2 + 3H 2 O

Очень концентрированная HNO 3 при обычной температуре не растворяет некоторые металлы, в том числе Fe, Al, Cr.

II. Окисление неметаллов:

HNO 3 окисляет Р, S, С до их высших С.О., сама при этом восстанавливается до NO (HNO 3 разб.) или до NO 2 (HNO 3 конц).

5HNO 3 + Р = 5NO 2 + H 3 PO 4 + H 2 O

2HNO 3 + S = 2NO + H 2 SO 4

III. Окисление сложных веществ:

Особенно важными являются реакции окисления сульфидов некоторых Me, которые не растворяются в других кислотах. Примеры:

8HNO 3 + PbS = 8NO 2 + PbSO 4 + 4H 2 O

22HNO 3 + ЗСu 2 S = 10NO + 6Cu(NO 3) 2 + 3H 2 SO 4 + 8H 2 O

HNO 3 - нитрующий агент в реакциях органического синтеза

R-Н + НО-NO 2 → R-NO 2 + H 2 O

С 2 Н 6 + HNO 3 → C 2 H 5 NO 2 + H 2 O нитроэтан

С 6 Н 5 СН 3 + 3HNO 3 → С 6 Н 2 (NO 2) 3 СН 3 + ЗH 2 O тринитротолуол

С 6 Н 5 ОН + 3HNO 3 → С 6 Н 5 (NO 2) 3 OH + ЗH 2 O тринитрофенол

HNO 3 этерифицирует спирты

R-ОН + НO-NO 2 → R-O-NO 2 + H 2 O

С 3 Н 5 (ОН) 3 + 3HNO 3 → С 3 Н 5 (ONO 2) 3 + ЗH 2 O тринитрат глицерина

Разложение HNO 3

При хранении на свету, и особенно при нагревании, молекулы HNO 3 разлагаются за счет внутримолекулярного окисления-восстановления:

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

Выделяется красно-бурый ядовитый газ NO 2 , который усиливает агрессивно-окислительные свойства HNO 3

Соли азотной кислоты - нитраты Me(NO 3) n

Нитраты - бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворяются в воде. Имеют химические свойства, характерные для типичных солей.

Отличительные особенности:

1) окислительно-восстановительное разложение при нагревании;

2) сильные окислительные свойства расплавленных нитратов щелочных металлов.

Термическое разложение

1. Разложение нитратов щелочных и щелочноземельных металлов:

Me(NO 3) n → Me(NO 2) n + O 2

2. Разложение нитратов металлов, стоящих в ряду активности металлов от Mg до Cu:

Me(NO 3) n → Ме x О y + NO 2 + O 2

3. Разложение нитратов металлов, стоящих в ряду активности металлов превее Cu:

Me(NO 3) n → Ме + NO 2 + O 2

Примеры типичных реакций:

1) 2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

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

3) 2AgNO 3 = 2Ag + 2NO 2 + O 2

Окислительное действие расплавов нитратов щелочных металлов

В водных растворах нитраты, в противоположность HNO 3 , почти не проявляют окислительной активности. Однако расплавы нитратов щелочных металлов и аммония (селитр) являются сильными окислителями, поскольку разлагаются с выделением активного кислорода.

Химические свойства азотной кислоты

Для азотной кислоты характерны свойства: общие с другими кислотами и специфические:

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОБЩИЕ С ДРУГИМИ КИСЛОТАМИ

1. Очень сильная кислота. Индикаторы в её растворе изменяют цвет на красный.

Диссоциирует в водном растворе практически нацело:

HNO 3 → H + + NO 3 -

2. Реагирует с основными оксидами

K 2 O + 2HNO 3 → 2KNO 3 + H 2 O

K 2 O + 2H + + 2NO 3 - → 2K + + 2NO 3 - + H 2 O

K 2 O + 2 H + → 2 K + + H 2 O

3. Реагирует с основаниями

HNO 3 + NaOH → NaNO 3 + H 2 O

H + + NO 3 - + Na + + OH - → Na + + NO 3 - + H 2 O

H + + OH - → H 2 O

4. Реагирует с солями, вытесняет слабые кислоты из их солей

2HNO 3 + Na 2 CO 3 → 2NaNO 3 + H 2 O + CO 2 ­

2H + + 2NO 3 - + 2Na + + С O 3 2- → 2Na + + 2NO 3 - + H 2 O + CO 2 ­

2 H + + С O 3 2- → H 2 O + CO 2 ­

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ

Азотная кислота - сильный окислитель

N +5 → N +4 → N +2 → N +1 → N o → N -3

N +5 + 8 e - → N -3 окислитель, восстанавливается.

1. Разлагается на свету и при нагревании

4HNO 3 t˚C → 2H 2 O + 4NO 2 ­ + O 2 ­

Образуется бурый газ

2. Окрашивает белки в оранжево-желтый цвет (при попадании на кожу рук - "ксантопротеиновая реакция" )

3. Реагирует с металлами.

В зависимости от концентрации кислоты и положения металла в электрохимическом ряду напряжений Н. Бекетова могут образовываться разные азотсодержащие продукты.

При взаимодействии с металлами никогда не выделяется водород

HNO 3 + Me = соль + H 2 O + Х

: моногидрат (HNO 3 ·H 2 O) и тригидрат (HNO 3 ·3H 2 O).

Физические и физико-химические свойства

Фазовая диаграмма водного раствора азотной кислоты.

Азот в азотной кислоте четырёхвалентен , степень окисления +5. Азотная кислота — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C с частичным разложением. Растворимость азотной кислоты в воде не ограничена. Водные растворы HNO 3 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 %, d 20 = 1,41 г/см, T кип = 120,7 °C)

При кристаллизации из водных растворов азотная кислота образует кристаллогидраты:

• моногидрат HNO 3 ·H 2 O, T пл = −37,62 °C
• тригидрат HNO 3 ·3H 2 O, T пл = −18,47 °C

Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации:

• моноклинная , пространственная группа P 2 1 /a, a = 1,623 нм, b = 0,857 нм, c = 0,631, β = 90°, Z = 16;

Моногидрат образует кристаллы ромбической сингонии , пространственная группа P na2, a = 0,631 нм, b = 0,869 нм, c = 0,544, Z = 4;

Плотность водных растворов азотной кислоты как функция её концентрации описывается уравнением

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

Химические свойства

Высококонцентрированная HNO 3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения:

При нагревании азотная кислота распадается по той же реакции. Азотную кислоту можно перегонять (без разложения) только при пониженном давлении (указанная температура кипения при атмосферном давлении найдена экстраполяцией).

в) вытесняет слабые кислоты из их солей:

При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается:

Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом азот восстанавливается до степени окисления от +4 до −3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты. Как кислота-окислитель, HNO 3 взаимодействует:

Нитраты

Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли — нитраты — получают действием HNO 3 на металлы, оксиды , гидроксиды или карбонаты . Все нитраты хорошо растворимы в воде. Нитрат-ион в воде не гидролизуется.

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

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

б) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений между магнием и медью :

в) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений правее :

Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой температуре в твердом состоянии являются сильными окислителями, например, при сплавлении твердых веществ:

Исторические сведения

Методика получения разбавленной азотной кислоты путём сухой перегонки селитры с квасцами и медным купоросом была, по видимому, впервые описана 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