Азотна киселина: химична формула, свойства, производство и приложение

Един от най-важните продукти, използвани от човека, е нитратната киселина. Формула на веществото - HNO₃

Характеристики на физичните свойства

Получената в лабораторията азотна киселина, чиято структурна формула е дадена по-долу, е безцветна течност с неприятна миризма, по-тежка от водата. Изпарява се бързо и има ниска точка на кипене, равна на +83 ° С. Съединението лесно се смесва с вода във всякакви пропорции, образувайки разтвори на различни концентрации. Освен това, нитратната киселина може да абсорбира влагата от въздуха, т.е. тя е хигроскопично вещество. Структурната формула на азотната киселина е двусмислена и може да има две форми.

В молекулярната форма не съществува нитратна киселина. Във водните разтвори с различни концентрации веществото има формата на следните частици: H₃О⁺ - йони на хидроксиновия и аниони на киселинния остатък - NO₃^-.

Киселинно-базово взаимодействие

Азотната киселина, която е една от най-силните киселини, влиза реакции на заместване, обмен, неутрализация. По този начин, с основни оксиди, съединението участва в метаболитни процеси, в резултат на което се получават сол и вода. Реакцията на неутрализация е основното химично свойство на всички киселини. Продуктите от взаимодействието на основи и киселини винаги ще бъдат съответните соли и вода:

NaOH + HNO₃→ NaNO₃ + Н₂О

Реакции с метали

В молекулата на азотната киселина, чиято формула е HNO₃, азотът показва най-висока степен на окисление, равна на +5, поради което веществото има изразени окислителни свойства. Като силна киселина, тя е в състояние да взаимодейства с метали, които стоят в серията метални дейности до водород. За разлика от другите киселини, обаче, той може да реагира с пасивни метални елементи, например с мед или сребро. Реагентите и реакционните продукти се определят както от концентрацията на самата киселина, така и от активността на метала.

Разредена азотна киселина и нейните свойства

Ако масата на HNO₃ е 0.4-0.6, тогава съединението показва всички свойства на силна киселина. Например, той се дисоциира във водородни катиони и аниони на киселинния остатък. Индикатори в кисела среда, например, виолетов лакмус, в присъствието на излишък от Н⁺ променя оцветяването си в червено. Най-важната характеристика на реакциите на нитратната киселина с металите е невъзможността за отделяне на водород, който се окислява до вода. Вместо това се образуват различни съединения - азотни оксиди. Например, по време на взаимодействието на сребро с молекули на азотната киселина, чиято формула е HNO₃, Азотният монооксид, водата и солта-сребърен нитрат се откриват. Степента на окисление на азота в сложния анион намалява, тъй като има добавяне на три електрона.

С активните метални елементи, като магнезий, цинк, калций, нитратната киселина реагира с образуването на азотен оксид, чиято валентност е най-малката, тя е равна на 1. Също така се образуват сол и вода:

4Mg + 10HNO₃ = NH₄NO₃ + 4Mg (NO₃)₂ + 3H₂О

Ако азотната киселина, чиято химична формула е HNO₃, е много разреден, в този случай продуктите от взаимодействието му с активните метали ще бъдат различни. Това може да бъде амоняк, свободен азот или азотен оксид (I). Всичко зависи от външни фактори, които включват степента на смилане на метала и температурата на реакционната смес. Например уравнението на взаимодействието му с цинк ще има следната форма:

Zn + 4HNO₃= Zn (NO₃)₂+ 2NO₂+ 2H₂О

Концентрирана HNO₃ (96-98%), киселината в реакциите с металите се намалява до азотен диоксид и това обикновено не зависи от положението на метала в серията на Н. Бекетов. Това се случва в повечето случаи, например при взаимодействие със среброто.

Нека си спомним изключението от правилото: концентрираната азотна киселина не реагира с желязо, алуминий и хром при нормални условия, но ги пасивира. Това означава, че върху повърхността на металите се образува защитен оксиден филм, предотвратяващ по-нататъшен контакт с киселинни молекули. Смес от вещество с концентрирана хлоридна киселина в съотношение 3: 1 се нарича царска водка. Тя има способността да разтваря злато.

Как реагира нитратът с неметалните

Силните окислителни свойства на веществото водят до факта, че в реакциите му с неметални елементи той преминава във формата на съответните киселини. Например, сярата се окислява до сулфат, бор на бор и фосфор към фосфатни киселини. Следните реакционни уравнения потвърждават следното:

S⁰ + 2HN^VО₃ → H₂S^VIО₄ + 2N^IIО

Приготвяне на азотна киселина

Най-удобният лабораторен метод за получаване на вещество е взаимодействието на нитрати с концентриран сулфатна киселина. Извършва се при умерено нагряване, без да се позволява повишаване на температурата, тъй като в този случай полученият продукт се разлага.

В промишлеността азотната киселина може да се получи по няколко начина. Например, окисляването на амоняк, получен от азотен въздух и водород. Производството на киселина се осъществява на няколко етапа. Междинните продукти ще бъдат азотни оксиди. Първо, се образува азотен оксид, NO, след което се окислява до атмосферен кислород до азотен диоксид. Накрая, при реакция с вода и излишък от кислород от NO₂ да се получи разредена (40-60%) нитратна киселина. Ако се дестилира с концентрирана сулфатна киселина, е възможно да се увеличи масата на HNO₃ в разтвор до 98.

Гореописаният метод за производство на нитратна киселина е предложен за първи път от основателя на азотната промишленост в Русия I. Андреев в началото на 20-ти век.

приложение

Както си спомняме, химичната формула на азотната киселина HNO₃. Каква характеристика на химичните свойства определя нейната употреба, ако нитратната киселина е многотонажен продукт на химичното производство? Това е висока окислителна способност на веществото. Той се използва във фармацевтичната индустрия за производство на лекарствени продукти. Веществото служи като суровина за синтеза на експлозиви, пластмаси, оцветители. Азотната киселина се използва във военната технология като окислител за ракетно гориво. Неговият голям обем се използва в производството на най-важните видове азотни торове - солпатра. Те помагат да се увеличи добивът на най-важните култури и да се увеличи съдържанието на плодове и зелена маса на протеина.

Области на приложение на нитрати

След като разгледахме основните свойства, производството и употребата на азотна киселина, нека се замислим за използването на най-важните му съединения - соли. Те не са само минерални торове, някои от тях са от голямо значение във военната индустрия. Например, смес, състояща се от 75% калиев нитрат, 15% фин въглища и 5% сяра се нарича черен прах. Амоняк, експлозив, се произвежда от амониев нитрат, както и въглища и алуминиеви прахове. Интересна характеристика на солите на нитратната киселина е способността им да се разпадат при нагряване.

Освен това реакционните продукти ще зависят от йон, чийто метал е част от солта. Ако металният елемент е в серията от действия вляво от магнезий, в продуктите се намират нитрити и свободен кислород. Ако металът, който е част от нитрата, се намира от магнезий до мед включително, тогава, когато солта се нагрява, възниква образуването на азотен диоксид, кислород и оксид на металния елемент. Солите на сребро, злато или платина при висока температура образуват свободен метал, кислород и азотен диоксид.

В нашата статия разбрахме каква е химичната формула на азотната киселина в химията и кои са най-важните характеристики на нейните оксидативни свойства.