Азотная кислота


                                 Содержание
  1. Азотная кислота                               стр. 3
  2. Окислительные свойства азотной кислоты        стр. 3
  3. Нитраты                                       стр. 6
  4. Промышленное получение азотной кислоты   стр. 7
  5. Круговорот азоты в природе                    стр. 8
   6. Библиография                                  стр. 10



   1. Азотная кислота. Чистая азотная кислота  HNO[pic]—бесцветная  жидкость
плотностью  1,51  г/см[pic]  при  -   42   °С   застывающая   в   прозрачную
кристаллическую массу. На воздухе  она,  подобно  концентрированной  соляной
кислоте, «дымит»,  так  как  пары  ее  образуют  с  'влагой  воздуха  мелкие
капельки тумана,
  Азотная кислота не отличается прочностью,  Уже  под  влиянием  света  она
постепенно разлагается:
                                    [pic]
  Чем выше температура и чем концентрированнее кислота,  тем  быстрее  идет
разложение. Выделяющийся диоксид азота растворяется в кислоте и  придает  ей
бурую окраску.
Азотная кислота принадлежит к числу наиболее сильных кислот; в  разбавленных
растворах она полностью распадается на ионы Н[pic] и- NO[pic].
  2. Окислительные свойства азотной кислоты. Характерным свойством  азотной
кислоты является  ее  ярко  выраженная  окислительная  способность.  Азотная
кислота—один  из   энергичнейших   окислителей.   Многие   неметаллы   легко
окисляются  ею,  превращаясь  в  соответствующие  кислоты.  Так,  сера   при
кипячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту,  фосфор
— в фосфорную. Тлеющий уголек,  погруженный  в  концентрированную  HNO[pic],
ярко разгорается.
  Азотная кислота действует почти на все  металлы  (за  исключением  золота,
платины, тантала, родия,  иридия),  превращая  их  в  нитраты,  а  некоторые
металлы—в оксиды.
  Концентрированная HNO[pic] пассивирует некоторые металлы.  Еще  Ломоносов
открыл, что железо, легко растворяющееся в разбавленной азотной кислоте,  не
растворяется в холодной концентрированной HNO[pic]. Позже было  установлено,
что аналогичное действие азотная кислота оказывает на хром и  алюминий.  Эти
металлы  переходят  под  действием  концентрированной  азотной   кислоты   в
пассивное состояние.
   Степень окисленности азота  в  азотной  кислоте  равна  4-5.  Выступая  в
качестве  окислителя,  НNО[pic]   может   восстанавливаться   до   различных
продуктов:
                                    [pic]
   Какое   из   этих   веществ   образуется,   т.   е.   насколько   глубоко
восстанавливается азотная кислота в том или ином случае, зависит от  природы
восстановителя и от условий реакции, прежде всего от  концентрации  кислоты.
Чем выше концентрации HNO[pic], тем  менее  глубоко  она  восстанавливается.
При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется  [pic].  При
взаимодействии  разбавленной  азотной  кислоты  с  малоактивными  металлами,
например, с медью,  выделяется  NO.  В  случае  более  активных  металлов  —
железа,  цинка,  —  образуется[pic].  Сильно  разбавленная  азотная  кислота
взаимодействует с активными  металлами—--цинком,  магнием,  алюминием  -—  с
образованием  иона  аммония,  дающего  с  кислотой  нитрат  аммония.  Обычно
одновременно образуются несколько продуктов.
  Для иллюстрации  приведем  схемы  реакций  окисления  некоторых  металлов
азотной кислотой;
                                    [pic]
   При  действии  азотной  кислоты  на  металлы  водород,  как  правило,  не
выделяется.
   При окислении неметаллов  концентрированная  азотная  кислота,  как  и  в
случае металлов, восстанавливается до [pic], например
                                    [pic]
   Более разбавленная кислота обычно восстанавливается до NO, например:
                                    [pic]
   Приведенные схемы иллюстрируют наиболее  типичные  случаи  взаимодействия
азотной  кислоты  с  металлами  и  неметаллами.  Вообще  же,   окислительно-
восстановительные реакции, идущие с участием [pic], протекают сложно.
   Смесь, состоящая из 1 объема  азотной  и  3—4  объемов  концентрированной
соляной  кислоты,  называется  царской  водкой.  Царская  водка   растворяет
некоторые металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой, в  том  числе  и
«царя металлов»—золото. Действие ее объясняется  тем,  что  азотная  кислота
окисляет соляную с выделением свободного  хлора  и  образованием  хлороксида
азота(III), или хлорида нитрозила, [pic]:

                                    [pic]
  Хлорид нитрозила является промежуточным продуктом реакции и разлагается:
                                    [pic]
   Хлор в момент выделения состоит из атомов, что  и  обусловливает  высокую
окислительную способность царской водки. Реакции окисления золота и  платины
протекают в основном согласно следующим уравнениям.
                                    [pic]
   С избытком соляной кислоты  хлорид  золота(III)  и  хлорид  платины  (IV)
образуют комплексные соединения [pic]
  На многие органические вещества азотная кислота действует так, что один
или несколько атомов водорода в молекуле органического соединения
замещаются нитрогруппами [pic]. Этот процесс называется нитрованием и имеет
большое значение в органической химии.
  Азотная  кислота  —  одно  из  важнейших  соединений  азота:  в   больших
количествах она расходуется в производстве,  азотных  удобрений,  взрывчатых
веществ и органических красителей, служит окислителем во  многих  химических
процессах,  используется  в  производстве  серной  кислоты   по   нитрозному
способу, применяется для изготовления целлюлозных лаков, кинопленки.
  3. Нитраты. Соли азотной кислоты называются  нитратами.  Все  они  хорошо
растворяются в воде, а при нагревании разлагаются  с  выделением  кислорода.
При этом нитраты наиболее активных металлов переходят в нитриты:
                                    [pic]

   Нитраты большинства остальных  металлов  при  нагревании  распадаются  на
оксид металла, кислород и диоксид азота. Например:
                                    [pic]
  Наконец, нитраты наименее активных металлов (например,  серебра,  золота)
разлагаются при нагревании до свободного металла:
                                    [pic]
  Легко  отщепляя  кислород,  нитраты  при  высокой  температуре   являются
энергичными окислителями. Их водные растворы, напротив, почти  не  проявляют
окислительных свойств.
Наиболее важное значение имеют нитраты натрия,  калия,  аммония  и  кальция,
которые на практике называются селитрами.
  Нитрат  натрия  [pic]или  натриевая  селитра,  иногда  называемая   также
чилийской селитрой, встречается в большом  количестве  в  природе  только  в
Чили.
   Нитрат калия[pic], или калийная селитра, в  небольших  количествах  также
встречается в  природе,  но  главным  образом  получается  искусственно  при
взаимодействии нитрата натрия с хлоридом калия.
  Обе эти соли используются  в  качестве  удобрений,  причем  нитрат  калия
содержит два необходимых растениям элемента: азот и калий. Нитраты натрия  и
калия применяются также при стекловарении и  в  пищевой  промышленности  для
консервирования продуктов.
  Нитрат  кальция  [pic]или  кальциевая  селитра,  получается   в   больших
количествах  нейтрализацией  азотной  кислоты  известью;   применяется   как
удобрение.
  4.  Промышленное  получение  азотной  кислоты.  Современные  промышленные
способы получения  азотной  кислоты  основаны  на  каталитическом  окислении
аммиака кислородом воздуха. При« описании свойств аммиака было указано,  что
он горит в кислороде, причём продуктами реакции являются  вода  и  свободный
азот. Но в присутствии катализаторов - окисление  аммиака  кислородом  может
протекать  иначе.   Если   пропускать   смесь   аммиака   с   воздухом   над
катализатором, то при 750 °С и определенном составе смеси  происходит  почти
полное превращение
                                    [pic]
  Образовавшийся  [pic]  легко  переходит  в[pic],  который   с   водой   в
присутствии кислорода воздуха дает азотную кислоту.
   В качестве катализаторов  при  окислении  аммиака  используют  сплавы  на
основе платины.
  Получаемая окислением аммиака  азотная  кислота  имеет  концентрацию,  не
превышающую 60%. При необходимости ее концентрируют,
   Промышленностью выпускается разбавленная  азотная  кислота  концентрацией
55, 47 и  45%,  а  концентрированная—98  и  97%,  Концентрированную  кислоту
перевозят  в  алюминиевых  цистернах,  разбавленную   —   в   цистернах   из
кислотоупорной стали.
   5.  Круговорот  азота  в  природе.  При  гниении   органических   веществ
значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак,  который
под влиянием живущих в почве нитрифицирующих  бактерий  окисляется  затем  в
азотную кислоту.  Последняя,  вступая  в  реакцию  с  находящимися  в  почве
карбонатами, например с карбонатом кальция[pic], образует нитраты:
                                    [pic]
   Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в
атмосферу.  Свободный  азот  выделяется  также  при   горении   органических
веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа.  Кроме  того,  существуют
бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать  кислород
от нитратов, разрушая их с выделением свободного  азота.  Деятельность  этих
денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что  часть  азота  из  доступной
для зеленых растений формы  (нитраты)  переходит  в  недоступную  (свободный
азот). Таким образом, далеко не  весь  азот,  входивший  в  состав  погибших
растений, возвращается обратно в почву; часть его  постепенно  выделяется  в
свободном виде.
   Непрерывная убыль минеральных азотных соединений  давно  должна  была  бы
привести к полному  прекращению  жизни  на  Земле,  если  бы  в  природе  не
существовали  процессы,  возмещающие  потери  азота.   К   таким   процессам
относятся прежде всего происходящие в атмосфере электрические  разряды,  при
которых всегда образуется некоторое количество оксидов  азота;  последние  с
водой дают азотную  кислоту,  превращающуюся  в  почве  в  нитраты.  'Другим
источником пополнения азотных соединений  почвы  является  жизнедеятельность
так  называемых  азотобактерий,  способных   усваивать   атмосферный   азот.
Некоторые из этих  бактерий  поселяются  на  корнях  растений  из  семейства
бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему  они
и  получили  название  клубеньковых  бактерий.  Усваивая  атмосферный  азот,
клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения,  а  растения,
в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества.
  Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако
ежегодно  с  урожаем  с  полей  убираются  наиболее  богатые  белками  части
растений, например зерно. Поэтому  в  почву  необходимо  вносить  удобрения,
возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.
   Изучение вопросов питания  растений  и  повышения  урожайности  последних
путем применения удобрений является  предметом  специальной  отрасли  химия,
получившей название агрохимии.