Азотная кислота

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 иNO . 2. Окислительные свойства азотной кислоты.

Характерным свойством азотной кислоты является ее ярко вы раженная окислительная с пособность.

Азотная кислота—один из энергичнейших окислителей.

Многие неметаллы легко окисляютс я ею, превращаясь в соответствующие кислоты. Так, сера при кип ячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор — в фосфорную.

Тлеющий уголек, погруженный в концентрированную HNO , ярко разгорается.

Азотная кислота действует почти на все металлы (за исключением золота, платины, тантала, родия, ири д ия), превращая и х в нитраты, а некоторые металлы—в оксиды.

Концентрированная HNO пассивирует некоторые металлы . Еще Ломоносов открыл, что железо, легко растворяющее с я в разбавленной азотной кислоте, не растворяется в холодной концентрированной HNO . Позже было установлено, что аналоги ч ное действие азотная кислота оказывает на хром и алюминий. Эти металлы переходят под действием концентрированной азотной ки с лоты в пассивно е состояние.

Степень окисленности азота в азотной кислоте равна 4 -5. Вы ступая в качестве окислителя, НNО может восстанавлива т ься до различных продуктов: 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 , тем менее глубоко она восстанавливается. При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется . При взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами, например, с медью, выделяется NO. В случае более активных ме таллов — железа, цинка, — образуется . Сильно разбавленная азотная кислота взаимодействует с активными металлами—- -цин ком, 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; При действии азотной кислоты на металлы водород, как правило, не выделяется . При окислении неметаллов концентрированная азотная кислота, как и в случае металлов, восстанавливается до , например Более разбавленная кислота обычно восстанавливается до NO, например: Приведенные схемы иллюстрируют наиболее типичные случаи взаимодействия азотной кислоты с металлами и неметаллами.

Вообще же, окислительно-восстановительные реакции, идущие с участием , протекают сложно. Смесь, состоящая из 1 объема азотной и 3—4 объемов концен т рированной соляной к ис лоты, называется царской водкой.

Царская водка растворяет некоторые металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой, в том числе и «царя металлов»—золото. Действие ее объясняетс я тем, что азотная кислота окисляет соляную с выделением свободного хлора и о б разованием хлороксида азота ( III) , или хлорида ни трозила , : Хлорид нитрозила является промежуточным продук т ом реакции и разлагается: Хлор в момент выделения состои т из атомов, что и обусловливает высокую окислительную способность царской водки . Реакции окисления золота и платин ы протекают в основном согласно следующим уравнениям. С избытком соляной кислоты хлорид золота(III) и хлорид платины (IV) образуют компле к сные соединения На многие органические вещества азотная кислота действует так, что один или несколько ат о мов водорода в молекуле органического соединения замещаются нитрогруппами . Этот процесс называется нитрованием и имеет большое значение в органичес к ой химии.

Азотная кислота — одно из важнейших соединений азота: в больших количествах она расходуется в произ в одстве , азотных удобрений, взрывчатых в е ществ и органических красителей, служ и т окислителем во многих химических процес с ах, 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: Нитраты большинства остальных металлов при нагревании распадаются на оксид металла, кислород и диоксид азота.

Например: Наконец, нитраты наименее активных металлов (например, се ребра, золота) разлагаются при нагревании до сво б одного металла: Легко отщепляя кислор о д, нитраты при высокой температуре являются энергичными окислителями. Их водные раство р ы, напротив, почти не проявляют окислительных свойств.

Наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые на практике называются селитрам и . Нитрат натрия и ли натриевая селитра, ин ог да н азываемая также чилийской селитрой , встреч ает ся в большом количестве в п рироде только в Чили.

Нитрат калия , или калийная селитра, в небольших количествах также встречается в природе, но главным образом получается искусственно при взаимодействии нитрата н атрия с хлоридом калия. Обе эти соли используются в качестве удобрений, причем нитрат калия содержит два необходимых растениям элемента: азот и калий. Ни т раты н атрия и калия применяются также при стекловарении и в пищевой промышленности для консервирования про дуктов.

Нитрат кальция 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 Образовавшийся легко переходит в , 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 органически х 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 карбонатам и , например с карбонатом кальция , образует нитраты: 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.