Опытным путём доказано, что в молекуле азотной кислоты между двумя атомами кислорода и атомом азота две химические связи абсолютно одинаковые – полуторные связи. Степень окисления азота +5, а валентность равна IV.
Физические свойства
Азотная кислота HNO3 в чистом виде — бесцветная жидкость с резким удушливым запахом, неограниченно растворимая в воде; t°пл.= -41°C; t°кип.= 82,6°С, r = 1,52 г/см3. В небольших количествах она образуется при грозовых разрядах и присутствует в дождевой воде.
Под действием света азотная кислота частично разлагается с выделением NО2 и за cчет этого приобретает светло-бурый цвет:
N2 + O2 грозовые эл.разряды→ 2NO
2NO + O2 → 2NO2
4НNО3 свет→ 4NО2↑(бурый газ) + 2Н2О + О2
Азотная кислота высокой концентрации выделяет на воздухе газы, которые в закрытой бутылке обнаруживаются в виде коричневых паров (оксиды азота). Эти газы очень ядовиты, так что нужно остерегаться их вдыхания. Азотная кислота окисляет многие органические вещества. Бумага и ткани разрушаются вследствие окисления образующих эти материалы веществ. Концентрированная азотная кислота вызывает сильные ожоги при длительном контакте и пожелтение кожи на несколько дней при кратком контакте. Пожелтение кожи свидетельствует о разрушении белка и выделении серы (качественная реакция на концентрированную азотную кислоту – жёлтое окрашивание из-за выделения элементной серы при действии кислоты на белок – ксантопротеиновая реакция). То есть – это ожог кожи. Чтобы предотвратить ожог, следует работать с концентрированной азотной кислотой в резиновых перчатках.
Получение
1. Лабораторный способ
KNO3 + H2SO4(конц) → KHSO4 + HNO3 (при нагревании)
2. Промышленный способ
Осуществляется в три этапа:
a) Окисление аммиака на платиновом катализаторе до NO
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Условия: катализатор – Pt, t = 500˚С)
б) Окисление кислородом воздуха NO до NO2
2NO + O2 → 2NO2
в) Поглощение NO2 водой в присутствии избытка кислорода
4NO2 + О2 + 2H2O ↔ 4HNO3
или 3NO2 + H2O ↔ 2HNO3+NO (без избытка кислорода)
Применение
- в производстве минеральных удобрений;
- в военной промышленности;
- в фотографии — подкисление некоторых тонирующих растворов;
- в станковой графике — для травления печатных форм (офортных досок, цинкографических типографских форм и магниевых клише).
- в производстве взрывчатых и отравляющих веществ
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:
HNO3 → H+ + NO3—
2. Реагирует с основными оксидами
K2O + 2HNO3 → 2KNO3 + H2O
K2O + 2H+ + 2NO3— → 2K+ + 2NO3— + H2O
K2O + 2H+ → 2K+ + H2O
3. Реагирует с основаниями
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
H+ + NO3— + Na+ + OH— → Na+ + NO3— + H2O
H+ + OH— → H2O
4. Реагирует с солями, вытесняет слабые кислоты из их солей
2HNO3 + Na2CO3 → 2NaNO3 + H2O + CO2
2H+ + 2NO3— + 2Na+ + СO32- → 2Na+ + 2NO3— + H2O + CO2
2H+ + СO32- → H2O + CO2
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ
Азотная кислота — сильный окислитель
N+5 → N+4→ N+2→ N+1→ No → N-3
N+5 + 8e—→N-3 окислитель, восстанавливается.
1. Разлагается на свету и при нагревании
4HNO3 t˚C→ 2H2O + 4NO2 + O2
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 могут образовываться разные азотсодержащие продукты.
При взаимодействии с металлами никогда не выделяется водород
HNO3 + Me = соль + H2O + Х
| Щелочные и щелочноземельные | Fe, Cr, Al, Ni, Co | Металлы до водорода | Металлы после водорода
(Cu и др) |
Благородные
Au, Pt, Os, Ir, Ta |
|
| HNO3 (конц.ω>60%) | N2O | пассивация (при обычных условиях);
NO2 (при нагревании) |
NO2 | NO2 | Нет реакции |
| HNO3 (разбавл.) | NH3, NH4NO3 | Основной NO, но в зависимости от разбавления могут образовываться N2, N2O, NH3, NH4NO3. Чем больше разбавлена кислота, тем ниже степень окисления азота. | NO | ||
Таблица. Продукты реакции взаимодействия азотной кислоты с металлами
Упрощенная схема «Продукты реакции взаимодействия азотной кислоты с металлами»
Царская водка: V(HNO3) : V(HCl) = 1 : 3 растворяет благородные металлы.
HNO3 + 4HCl + Au = H[AuCl4] + NO + 2H2O
4HNO3 + 18HCl + 3Pt = 3H2[PtCl6] + 4NO + 8H2O
4. Реагирует с неметаллами.
Азотная кислота превращается в NO (или в NO2); неметаллы окисляются до соответствующих кислот:
S0 + 6HNO3(конц) → H2S+6O4 + 6NO2 + 2H2O
B0 + 3HNO3 → H3B+3O3 + 3NO2
3P0 + 5HNO3 + 2H2O → 5NO + 3H3P+5O4
HNO3 (конц.) + неметалл = окисление неметалла до кислоты в высшей степени окисления + NO2 + вода
HNO3 (разбав.) + неметалл + вода = окисление неметалла до кислоты в высшей степени окисления + NO