Плотность водных растворов азотной кислоты

Содержание
  1. Азотная кислота
  2. Физические и физико-химические свойства
  3. Химические свойства
  4. Нитраты
  5. Исторические сведения
  6. Промышленное производство, применение и действие на организм
  7. Производство азотной кислоты
  8. Применение
  9. Действие на организм
  10. Гост 28959-91 (исо 2990-74) кислота азотная техническая. метод определения концентрации по измерению плотности, гост от 03 апреля 1991 года №28959-91
  11. 1. ОТБОР ПРОБ
  12. 2. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ
  13. 3. АППАРАТУРА
  14. 4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
  15. Физические и физико-химические свойства
  16. Нитраты
  17. Исторические сведения
  18. Промышленное производство, применение и действие на организм
  19. Производство азотной кислоты
  20. Применение
  21. Действие на организм
  22. Юникод
  23. Азотная кислота [HNO3]: структура Льюиса / свойства / применение
  24. Азотная кислота HNO 3 свойства
  25. Структура
  26. Структура Льюиса
  27. Как она производится?
  28. Производство слабой азотной кислоты
  29. Производство сильной азотной кислоты
  30. Производство в лаборатории
  31. Свойства
  32. Области применения
  33. Проводит ли HNO 3 электричество?
  34. Растворяет ли HNO 3 золото?
  35. Как нейтрализуется HNO 3?

Азотная кислота

Плотность водных растворов азотной кислоты
/ Кислоты / Азотная кислота

%D
%d.%M.%y %h~:~%m

Азо́тная кислота́ (HNO3), — сильная одноосновная кислота. 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 tкип120 °C при атмосферном давлении. Известны два твёрдых гидрата: моногидрат (HNO3·H2O) и тригидрат (HNO3·3H2O).

Физические и физико-химические свойства

Плотность азотной кислоты в зависимости от концентрации.Фазовая диаграмма водного раствора азотной кислоты.

Азот в азотной кислоте четырёхвалентен[2], 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 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 %, d20 = 1,41 г/см, Tкип = 120,7 °C)

При кристаллизации из водных растворов азотная кислота образует кристаллогидраты:

  • моногидрат HNO3·H2O, Tпл = −37,62 °C
  • тригидрат HNO3·3H2O, Tпл = −18,47 °C

Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации:

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 HNO3 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).

Золото, некоторые металлы платиновой группы и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции при этом определяется её концентрацией.

HNO3 как сильная одноосновная кислота взаимодействует:

а) с основными и амфотерными оксидами:

б) с основаниями:

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, HNO3 взаимодействует:

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

Концентрированная HNO3

Разбавленная HNO3

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

Все приведенные 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.

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

увеличение концентрации кислоты увеличение активности металлаПродукты взаимодействия железа с HNO3 разной концентрации

С золотом и платиной азотная кислота, даже концентрированная не взаимодействует.

Железо, алюминий, хром холодной концентрированной азотной кислотой пассивируются.

С разбавленной азотной кислотой железо взаимодействует, причем в зависимости от концентрации кислоты образуются не только различные продукты восстановления азота, но и различные продукты окисления железа:

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

и сложные вещества, например:

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

Некоторые металлы (железо, хром, алюминий, кобальт, никель, марганец, бериллий), реагирующие с разбавленной азотной кислотой, пассивируются концентрированной азотной кислотой и устойчивы к её воздействию.

Смесь азотной и серной кислот носит название «меланж».

Азотная кислота широко используется для получения нитросоединений.

Смесь трех объёмов соляной кислоты и одного объёма азотной называется «царской водкой». Царская водка растворяет большинство металлов, в том числе золото и платину. Её сильные окислительные способности обусловлены образующимся атомарным хлором и хлоридом нитрозила:

Нитраты

Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли — нитраты — получают действием HNO3 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 ртути:

г) нитрат аммония:

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

Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают нитраты до NH3:

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.

С азотной кислотой не реагируют стекло, фторопласт-4.

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 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 азотную кислоту называли крепкой водкой.

Промышленное производство, применение и действие на организм

Цистерна с азотной кислотой

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

Концентрация полученной таким методом азотной кислоты колеблется в зависимости от технологического оформления процесса от 45 до 58 %.

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

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

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

Применение

  • в производстве минеральных удобрений;
  • в военной промышленности (дымящая — в производстве взрывчатых веществ, как окислитель ракетного топлива, разбавленная — в синтезе различных веществ, в том числе отравляющих);
  • крайне редко  в фотографии — разбавленная — подкисление некоторых тонирующих растворов;
  • в станковой графике — для травления печатных форм (офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише).
  • в производстве красителей и лекарств (нитроглицерин)
  • в ювелирном деле — основной способ определения золота в золотом сплаве;

Действие на организм

Азотная кислота и её пары очень вредны: пары вызывают раздражение дыхательных путей, а сама кислота оставляет на коже долгозаживающие язвы.

При действии на кожу возникает характерное желтое окрашивание кожи, обусловленное ксантопротеиновой реакцией.

При нагреве или под действием света кислота разлагается с образованием высокотоксичного диоксида азота NO2 (газа бурого цвета). ПДК для азотной кислоты в воздухе рабочей зоны по NO2 2мг/м

Источник: http://himalianc.ru/azotnaya-kislota

Гост 28959-91 (исо 2990-74) кислота азотная техническая. метод определения концентрации по измерению плотности, гост от 03 апреля 1991 года №28959-91

Плотность водных растворов азотной кислоты

ГОСТ 28959-91
(ИСО 2990-74)

Группа Л19

MKC 71.060.30

ОКСТУ 2109

Дата введения 1992-07-01

1. Стандарт подготовлен Ассоциацией “Агрохим” методом прямого применения международного стандарта ИСО 2990-74* “Кислота азотная техническая.

Определение концентрации по измерению плотности” и полностью ему соответствует_______________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. – Примечание изготовителя базы данных.

2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по управлению качеством продукции и стандартам от 03.04.91 N 435

3. ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ

5. ПЕРЕИЗДАНИЕ. Октябрь 2004 г.

Настоящий стандарт устанавливает метод приблизительного определения концентрации технической азотной кислоты по измерению плотности при температуре 20 °С с помощью ареометра.

1. ОТБОР ПРОБ

Отбор и подготовка проб – по ГОСТ 701.

2. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

Требования безопасности – по ГОСТ 701.

3. АППАРАТУРА

3.1. Ареометр АОН-2 1400-1480; 1480-1570 по ГОСТ 18481.

3.2. Цилиндр – 1(3) 50/335 по ГОСТ 18481.

3.3. Термометр по ГОСТ 28498 с несмачивающей жидкостью типа Б, диапазоном измерения 0-100 °С, ценой деления 0,5 °С.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

4.1. Определение плотности

500 см испытуемого образца помещают в стеклянный цилиндр и доводят до метки при температуре (20±0,5) °С. Ареометр помещают в цилиндр и, когда он приходит в состояние покоя, убеждаются в том, что температура кислоты составляет (20±0,5) °С. По шкале ареометра отсчитывают показания плотности.

4.2. Определение концентрации азотной кислоты

Концентрацию азотной кислоты, соответствующую величине плотности полученной с помощью ареометра, определяют по таблице.

Плотность и концентрации водных растворов азотной кислоты

Плотность при температуре 20 °С, кг/мАзотная кислота, % (по массе)
10051,25
10102,20
10153,10
10204,00
10254,90
10305,80
10356,65
10407,55
10458,40
10509,25
105510,10
106010,95
106511,80
107012,65
107513,50
108014,30
108515,15
109015,95
109516,75
110017,60
110518,40
111019,20
111520,00
112020,80
112521,60
113022,40
113523,15
114023,95
114524,70
115025,50
115526,25
116027,00
116527,75
117028,50
117529,25
118030,00
118530,75
119031,50
119532,25
120033,00
120533,70
121034,40
121535,15
122035,90
122536,70
123037,45
123538,25
124039,00
124539,80
125040,60
125541,35
126042,15
126542,90
127043,70
127544,50
128045,25
128546,05
129046,85
129547,60
130048,40
130549,15
131050,00
131550,85
132051,70
132552,50
133053,40
133554,25
134055,10
134556,00
135056,90
135557,80
136058,75
136559,70
137060,65
137561,60
138062,65
138563,65
139064,70
139565,80
140066,90
140568,05
141069,20
141570,40
142071,55
142572,80
143074,05
143575,35
144076,65
144578,00
145079,40
145580,85
146082,35
146583,85
147085,45
147587,20
148089,00
148591,00
149093,40
149595,90
150097,75
150598,85
151099,60
1513100,00

Электронный текст документаподготовлен ЗАО “Кодекс” и сверен по:официальное издание

М.: ИПК Издательство стандартов, 2004

Источник: http://docs.cntd.ru/document/1200019567

Физические и физико-химические свойства

Плотность азотной кислоты в зависимости от концентрации.  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 (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 %, d20 = 1,41 г/см, Tкип = 120,7 °C)

При кристаллизации из водных растворов азотная кислота образует кристаллогидраты:

  • моногидрат HNO3·H2O, Tпл = −37,62 °C
  • тригидрат HNO3·3H2O, Tпл = −18,47 °C

Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации:

  • моноклинная, пространственная группа P 21/a, a = 1,623 нм, b = 0,857 нм, c = 0,631, β = 90°, Z = 16;
  • ромбическая

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

d(c) = 0,9952 + 0,564c + 0,3005c2 − 0,359c3

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

Высококонцентрированная HNO3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения:

4HNO3 ⟶ 4NO2↑ + 2H2O + O2↑

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).

Золото, некоторые металлы платиновой группы и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции при этом определяется её концентрацией.

HNO3 как сильная одноосновная кислота взаимодействует:

а) с основными и амфотерными оксидами:

CuO + 2HNO3 ⟶ Cu(NO3)2 + H2OZnO + 2HNO3 ⟶ Zn(NO3)2 + H2O

б) с основаниями:

KOH + HNO3 ⟶ KNO3 + H2O

в) вытесняет слабые кислоты из их солей:

CaCO3 + 2HNO3 ⟶ Ca(NO3)2 + H2O + CO2↑

При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается:

4HNO3 ⟶ 4NO2 ↑ + O2↑ + 2H2O

Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом азот восстанавливается до степени 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

Cu + 4HNO3(60%) ⟶ Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

Разбавленная HNO3

3Cu + 8HNO3(30%) ⟶ 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

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

Zn + 4HNO3(60%) ⟶ Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Zn + 8HNO3(30%) ⟶ 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
4Zn + 10HNO3(20%) ⟶ 4 Zn(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O
5Zn + 12HNO3(10%) ⟶ 5Zn(NO3)2 + N2↑ + 6H2O
4Zn + 10HNO3(3%) ⟶ 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Все приведенные 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.

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  Продукты, полученные при взаимодействии железа с HNO3, разной концентрации

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

Fe + 4HNO3(25%) ⟶ Fe(NO3)3 + NO↑ + 2H2O
4Fe + 10HNO3(2%) ⟶ 4Fe(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

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

S + 6HNO3(60%) ⟶ H2SO4 + 6NO2↑ + 2H2OS + 2HNO3(40%) ⟶ H2SO4 + 2NO↑
P + 5HNO3(60%) ⟶ H3PO4 + 5NO2↑ + H2O
3P + 5HNO3(30%) + 2H2O ⟶ 3H3PO4 + 5NO↑

и сложные вещества, например:

FeS + 4HNO3(30%) ⟶ Fe(NO3)3 + S + NO + 2H2O

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

Некоторые металлы (железо, хром, алюминий, кобальт, никель, марганец, бериллий), реагирующие с разбавленной азотной кислотой, пассивируются концентрированной азотной кислотой и устойчивы к её воздействию.

Смесь азотной и серной кислот носит название «меланж».

Азотная кислота широко используется для получения нитросоединений.

Смесь трех объёмов соляной кислоты и одного объёма азотной называется «царской водкой». Царская водка растворяет большинство металлов, в том числе золото и платину. Её сильные окислительные способности обусловлены образующимся атомарным хлором и хлоридом нитрозила:

3HCl + HNO3 ⟶ NOCl + 2[Cl]↑ + 2H2O
Au + HNO3 + 4HCl ⟶ H[AuCl4] + NO↑ + 2H2O 
3Pt + 4HNO3 + 18HCl ⟶ 3H2[PtCl6] + 4NO↑ + 8H2O 

Нитраты

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.

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

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

2KNO3 → 2KNO2 + O2

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

4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2 

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

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2 

г) нитрат аммония:

NH4NO3 → N2O + 2H2O

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

Fe + 3KNO3 + 2KOH → K2FeO4 + 3KNO2 + H2O

Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают нитраты до NH3:

3KNO3 + 8Al + 5KOH + 18H2O → 3NH3↑ + 8K[Al(OH)4]

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.

С азотной кислотой не реагируют стекло, фторопласт-4.

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 азотную кислоту называли крепкой водкой.

Промышленное производство, применение и действие на организм

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

4NH3 + 5O2 →Pt 4NO + 6H2O 2NO + O2 → 2NO24NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

Все три реакции — экзотермические, первая — необратимая, остальные — обратимые. 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, испаряется.

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

4KNO3 + 2FeSO4 ⋅ 7H2O →ot Fe2O3 + 2K2SO4 + 2HNO3↑ + 2NO2↑ + 6H2O

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

KNO3 + H2SO4 →ot KHSO4 + HNO3↑

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

Применение

  • в производстве минеральных удобрений;
  • в военной промышленности (дымящая — в производстве взрывчатых веществ, как окислитель ракетного топлива, разбавленная — в синтезе различных веществ, в том числе отравляющих);
  • крайне редко в фотографии — разбавленная — подкисление некоторых тонирующих растворов;
  • в станковой графике — для травления печатных форм (офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише);
  • в производстве красителей и лекарств (нитроглицерин);
  • в ювелирном деле — основной способ определения золота в золотом сплаве;
  • в основном органическом синтезе (нитроалканы, анилин, нитроцеллюлоза, тротил)

Действие на организм

Азотная кислота ядовита. По степени воздействия на организм относится к веществам 3-го класса опасности. Её пары очень вредны: пары вызывают раздражение дыхательных путей, а сама кислота оставляет на коже долгозаживающие язвы.

При действии на кожу возникает характерное жёлтое окрашивание кожи, обусловленное ксантопротеиновой реакцией. При нагреве или под действием света кислота разлагается с образованием высокотоксичного диоксида азота NO2 (газа бурого цвета). ПДК для азотной кислоты в воздухе рабочей зоны по NO2 2 мг/м3.

NFPA 704 для концентрированной азотной кислоты: опасность для здоровья: 4, огнеопасность: 0, нестабильность: 0, специальное: Ox

Юникод

В Юникоде есть алхимический символ азотной кислоты (лат. Aqua fortis).

Кодировка по Unicode и HTML ГрафемаUnicodeHTMLКодНазваниеШестнадцатеричноеДесятичноеМнемоника
?U+1F705ALCHEMICAL SYMBOL FOR AQUAFORTIS🜅🜅

Источник: https://chem.ru/azotnaja-kislota.html

Азотная кислота [HNO3]: структура Льюиса / свойства / применение

Плотность водных растворов азотной кислоты

Азотная кислота – это сильная одноосновная кислота с pH около 3,01. Это “липкая” молекула, которая легко впитывается в поверхность, особенно если на поверхности есть вода. По физическому состоянию чистая азотная кислота представляет собой бесцветную жидкость, но более старые образцы часто приобретают желтоватый оттенок из-за разложения на оксиды азота и воду.

Химическая формула азотной кислоты – HNO 3, она также известна как aqua fortis, что в переводе с латинского означает «Сильная вода».

Это очень агрессивное и токсичное вещество, которое может вызвать серьезные повреждения кожи при использовании без мер предосторожности. Кислота вступает в реакцию с оксидами, гидроксидами и металлами, такими как серебро, медь и железо, образуя нитратные соли.

Обычно азотная кислота, доступная в магазинах, представляет собой 68-процентный водный раствор. Когда ее концентрация (в воде) превышает 86 процентов, она называется дымящейся азотной кислотой. Она хранится в плотно закрытой емкости в сухом, прохладном и хорошо проветриваемом помещении.

Ниже мы рассмотрим, как производится эта кислота, как она выглядит в молекулярном масштабе, каковы ее химические и физические свойства и где она в основном используется.

Азотная кислота HNO 3 свойства

Молярная масса: 63,012 г / моль
Внешний вид: Бесцветная или дымящаяся жидкость желто-красного цвета
Запах: неприятно горький или острый, удушающий

Основание конъюгата: Нитратная
Показатель кислотности (pKa): -1,4

Температура плавления: 231 K или -42 °C.
Температура кипения: 356 K или 83 °C (чистой кислоты).
Плотность: 1,51 г/см3 (чистая кислота); 1,41   г/см3 (68% водный раствор)

Структура

HNO 3 имеет один атом азота (синий), один атом водорода (белый) и три атома кислорода (красный). Атом азота связан со всеми тремя атомами кислорода и несет заряд +1. Один атом кислорода несет заряд -1, один связан с водородом, а другой образует двойную связь с азотом.

Поскольку кислород имеет большую тенденцию притягивать к себе общие электроны, чем азот, он несет отрицательный заряд, а атом азота несет положительный заряд.

Структура Льюиса

Чтобы нарисовать льюисовскую структуру азотной кислоты, нам нужно подсчитать общее количество валентных электронов в молекуле HNO 3.

  • Валентный электрон в одном атоме азота = 5
  • Валентный электрон в одном атоме водорода = 1
  • Валентный электрон в трех атомах кислорода = 18 (6*3)

Это дает нам общее количество валентных электронов (5 + 1 + 18) в одной молекуле HNO 3. Поскольку у азота больше валентных электронов, чем у кислорода, мы можем поместить атом азота в центр структуры.

Следующим шагом является формирование связи и маркировка одиночной пары на атомах. Затем идет заряд каждого атома: атом азота получит заряд +2, а два атома кислорода – заряд -1.

Наконец, нам нужно минимизировать заряды на атомах, чтобы сделать структуру стабильной. Это может быть сделано путем преобразования одинокой пары на одном атоме кислорода в связь. Конечная структура состоит из двух одиночных связей между атомом азота и двумя атомами кислорода, а также двойной связи между атомом азота и оставшимся атомом кислорода.

Есть два правильных способа нарисовать структуру Льюиса HNO 3. Таким образом, он имеет две основные формы резонанса. Двунаправленная стрелка на изображении выше указывает на то, что существует более одного способа нарисовать структуру азотной кислоты.

Как она производится?

Для производства HNO 3 используются два метода. Первый использует окисление, конденсацию и абсорбцию для синтеза слабой HNO 3 с концентрациями от 30 до 70 процентов. Второй метод производит сильную HNO 3 (с концентрацией 90 процентов) из слабой HNO 3 путем объединения процессов обезвоживания, отбеливания, конденсации и абсорбции.

Производство слабой азотной кислоты

Большая часть азотной кислоты образуется в результате высокотемпературного каталитического окисления аммиака. Это называется процессом Оствальда. Он состоит из трех этапов:

1) Окисление аммиака

4 NH 3 + 5 O 2 → 4 NO + 6 H 2 O

Смесь аммиака и воздуха (1:9) окисляется до высокой температуры (750-800 ℃) при прохождении через каталитический преобразователь. Катализатор обычно изготавливается из 90% платины и 10% родиевой сетки. Эта (экзотермическая) реакция приводит к образованию оксида азота и воды в виде пара.

2) Окисление оксида азота

2 NO + O2 → 2 NO2

Окись азота, образовавшаяся в предыдущей реакции, окисляется: она некаталитически реагирует с остаточным кислородом с образованием диоксида азота. Это медленная, однородная реакция, которая сильно зависит от давления и температуры. При высоком давлении и низких температурах эта реакция приводит к образованию максимального количества диоксида азота за очень короткое время.

3) Поглощение

3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO

В конечной реакции оксид азота поглощается водой. Это дает желаемый продукт (азотную кислоту в разбавленной форме) вместе с оксидом азота. Концентрация HNO 3 зависит от давления, температуры, количества стадий абсорбции, а также от концентрации оксидов азота, поступающих в абсорбер.

Производство сильной азотной кислоты

Высокопрочная HNO 3 получается путем концентрирования слабой HNO 3 экстрактивной дистилляцией. Дистилляция проводится в присутствии дегидратирующего агента, например 60% серной кислоты.

Блок – схема высокопрочного HNO 3 производств

Процесс протекает следующим образом: сильная серная кислота и слабая азотная кислота попадают в насадочную дегидратирующую колонну при атмосферном давлении. Концентрированная HNO 3 выходит из верхней части колонны в виде 99% пара. Он также состоит из небольшого количества кислорода и оксида азота от диссоциации азотной кислоты.

Кислота проходит через отбеливатель и попадает в систему конденсатора, который отделяет ее от оксида азота и кислорода.

Абсорбционная колонна забирает эти побочные продукты и объединяет оксид азота со вспомогательным воздухом для получения диоксида азота.

Этот газообразный диоксид азота затем рекуперируется в виде слабой HNO 3, а небольшие непрореагировавшие и инертные газы выбрасываются в атмосферу.

Производство в лаборатории

В лаборатории HNO 3 обычно синтезируется путем термического разложения нитрата меди. Это дает оксид меди, диоксид азота и кислород. Последние два пропускаются через воду для получения азотной кислоты.

2 Cu (NO 3 ) 2 → 2 CuO + 4 NO 2 + O 2

А затем реализовать процесс Оствальда

2 NO2 + H2O → HNO2 + HNO3

В последние пару десятилетий исследователи разработали электрохимические средства для получения безводной кислоты из концентрированного HNO 3. Этот процесс осуществляется путем регулирования тока электролиза до тех пор, пока не будут получены необходимые продукты.

Свойства

68% раствор HNO 3 имеет температуру кипения 120,5 °C при давлении 1 атм. С другой стороны, чистая HNO 3 кипит при 83 °C. При комнатной температуре эта концентрированная форма выглядит как бесцветная жидкость.

Поскольку азотная кислота имеет свойство разлагаться на открытом воздухе, ее хранят в стеклянных бутылках.

4 HNO3 → 2 H2O + 4 NO2 + O2

Оксиды азота, образующиеся в результате реакции разложения, полностью или частично растворяются в кислоте, вызывая незначительные изменения давления пара над жидкостью. Когда он остается растворенным, он дает кислотно-желтый цвет или красный при более высоких температурах.

Концентрированная азотная кислота выделяет белые пары при контакте с воздухом, в то время как кислота, растворенная в диоксиде азота, образует красновато-коричневые пары.

По концентрации сильную HNO 3 можно разделить на две группы: красная и белая дымящаяся азотная кислота. Первый содержит 84% азотной кислоты, 13% тетроксида диазота и 1-2% воды. Напротив, белая дымящаяся азотная кислота содержит не более 2% воды и очень небольшое количество растворенного диоксида азота (0,5%).

HNO3 с растворенным оксидом азота

Среди нескольких важных реакций HNO 3 можно выделить следующие –

  • Нейтрализация аммиаком с образованием нитрата аммония.
  • Нитрование толуола и глицерина с образованием взрывчатого тринитротолуола (TNT) и нитроглицерина соответственно.
  • Окисление металлов до соответствующих нитратов или оксидов.
  • Приготовление нитроцеллюлозы.

А так как это сильный окислитель, то он бурно реагирует с различными неметаллическими веществами. Продукты таких взрывных реакций зависят от температуры, концентрации кислоты и используемого восстановителя.

Области применения

Химические и физические свойства азотной кислоты делают ее ценным веществом. Она имеет несколько различных применений в различных областях, особенно в химической и фармацевтической промышленности.

Удобрения: Почти 80% производимой азотной кислоты используется для производства удобрений. Точнее, она используется для производства аммиачной селитры (NH 4 NO 3) и кальций-аммиачной селитры, которые находят применение в качестве удобрений.

HNO 3 + NH 3 → NH 4 NO 3

Взрывчатые вещества: аммиачная селитра также используется в качестве взрывчатого вещества в горнодобывающей промышленности, гражданском строительстве, карьерах и других областях применения. Примеры взрывчатых веществ, содержащих нитрат аммония, включают ANFO, Amatol и DBX.

Красители и пластмассы: Нитрат кальция и аммония используется в некоторых упаковках со льдом/гелем в качестве альтернативы аммиачной селитре. Она также используется для производства химикатов и растворов, которые используются в производстве красителей и пластмасс.

Ракетное топливо: красная и белая дымящаяся азотная кислота используется в жидкостных ракетах в качестве окислителя. Во время Второй мировой войны немецкие военные использовали дымящуюся красную азотную кислоту в нескольких ракетах.

Деревообработка: Очень слабая HNO 3 (с концентрацией 10%) используется для искусственного старения древесины сосны и клена. Придает дереву винтажный вид с масляной отделкой.

Другие применения: слегка концентрированный раствор под названием Nital используется для травления металла, чтобы выявить его структуру на микроуровне. Рефлюксная азотная кислота используется в процессах очистки углеродных нанотрубок. В электрохимии HNO 3 используется в качестве химического легирующего агента для органических полупроводников.

Проводит ли HNO 3 электричество?

Как и другие сильные кислоты, азотная кислота является хорошим проводником электричества. Исследования показывают, что обработка материала этой кислотой может улучшить его электропроводность до 200 раз.

Растворяет ли HNO 3 золото?

Азотная кислота не реагирует с некоторыми драгоценными металлами, такими как металлы платиновой группы и чистое золото. Однако она может растворять некоторые сплавы золота, содержащие менее благородные металлы, такие как серебро и медь. Цветное золото, например, растворяется в азотной кислоте и меняет цвет своей поверхности.

Хотя чистое золото не проявляет никакого эффекта при контакте с азотной кислотой, оно реагирует с царской водкой, смесью азотной и соляной кислот, оптимально в молярном соотношении 1:3. Некоторые ювелирные магазины используют азотную кислоту как дешевое средство для быстрого обнаружения сплавов с низким содержанием золота (менее 14 карат).

Как нейтрализуется HNO 3?

При более высоких концентрациях выделение азотной кислоты может быть весьма значительным, и поэтому необходима хорошая вентиляция. Ее можно нейтрализовать любым неорганическим основанием, например, гидроксидом натрия или известью.

Такие реакции нейтрализации выделяют много тепла. Например, нейтрализация 10% раствора азотной кислоты приведет к повышению температуры на 20 °C, а нейтрализация 70% раствора приведет к повышению температуры на 120 °C, что достаточно для того, чтобы вызвать паровые взрывы.

Источник: https://new-science.ru/azotnaya-kislota-hno3/

Ваш педагог
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: