Detalji Kategorija: Pregledi: 7174

DUŠIČNA KISELINA, HNO 3, dobija se otapanjem azotnih oksida u vodi:

3NO 2 + H 2 O = 2HN 3 + NO
N 2 O 3 + H 2 O = HNO 3 + NO
N2O5 + H2O = 2HNO3

Fizička svojstva dušične kiseline. Molarna težina - 63,016; bezbojna tečnost sa karakterističnim mirisom; tačka ključanja 86°, tačka topljenja -47°; specifična težina 1,52 na 15°; tokom destilacije, usled razgradnje 2HNO 3 = N 2 O 3 + 2O + H 2 O, azotna kiselina odmah oslobađa kiseonik, N 2 O 3 i vodu; apsorpcija potonjeg uzrokuje povećanje tačke ključanja. U vodenoj otopini jaka dušična kiselina obično sadrži dušikove okside, a priprema potpuno bezvodne dušične kiseline predstavlja značajne poteškoće. Destilacijom je nemoguće dobiti bezvodnu dušičnu kiselinu, jer vodene otopine dušične kiseline imaju minimalnu elastičnost, tj. dodavanje vode kiselini i obrnuto smanjuje elastičnost pare (i povećava točku ključanja). Stoga, kao rezultat destilacije slabe kiseline (D< 1,4) получается постоянно кипящий остаток D = 1,415, с содержанием 68% HNО 3 и с температурой кипения 120°,5 (735 мм). Перегонка при пониженном давлении дает остаток с меньшим содержанием HNО 3 , при повышенном давлении - с большим содержанием HNO 3 . Кислота D = 1,503 (85%), очищенная продуванием воздуха от N 2 О 4 , дает при перегонке остаток с 77,1% HNО 3 . Кислота D = 1,55 (99,8%) дает при перегонке сначала сильно окрашенный окислами азота раствор D = 1,62, а в остатке кислоту D = 1,49. Т. о. в остатке при перегонке азотной кислоты всегда оказывается кислота, соответствующая минимуму упругости (максимуму температуры кипения). Безводную кислоту можно получить лишь при смешивании крепкой (99,1%) азотной кислоты с азотным ангидридом.

Smrzavanje, očigledno, nemoguće je dobiti kiselinu iznad 99,5%. Kod novih metoda (Valentiner) ekstrakcije azotne kiseline iz salitre, kiselina je prilično čista, ali kod starih je bilo potrebno prečišćavati je uglavnom od hloridnih jedinjenja i od para N 2 O 4 . Najjača kiselina ima D0 = 1,559, D15 = 1,53 i 100% HNO3 - D4 = 1,5421 (Veley i Manley); 100% kiselina isparava u vazduhu i privlači vodenu paru snažno kao sumporna kiselina. Kiselina sa D = 1,526 se zagrijava kada se pomiješa sa snijegom.

Toplina formiranja (od 1/2 H 2 + 1/2 N 2 + 3/2 O 2):

HNO 3 – para + 34400 kal
HNO 3 – tečnost + 41600 kal
HNO 3 – kristali + 42200 kal
HNO 3 – rastvor + 48800 kal

Toplota razrjeđivanja: pri dodavanju jedne čestice H 2 O u HNO 3 - 3,30 Cal, dvije čestice - 4,9 Cal, pet čestica - 6,7 Cal, deset - 7,3 Cal. Dalje dodavanje daje neznatno povećanje termičkog efekta. U obliku kristala dobijate:
1) HNO 3 ·H 2 O = H 3 NO 4 - rombične tablete koje podsećaju na AgNO 3, tačka topljenja = -34° (-38°);
2) HNO 3 (H 2 O) 2 = H 5 NO 5 - iglice, tačka topljenja -18°.2, stabilne samo ispod -15°. Kriva temperature kristalizacije vodene kiseline ima tri eutektike (na -66°,3, na -44°,2, na -43°) i dva maksimuma (HNO 3 H 2 O -38°, HNO 3 3H 2 O -18 °,2). Iste posebne tačke su uočene za toplote rastvora i za zavoje krive električne provodljivosti, ali se na potonjoj takođe primećuju 2HNO 3 ·H 2 O i HNO 3 ·10H 2 O Po analogiji sa fosfornim kiselinama, proizilazi da se u rastvorima azotne kiseline nalazi njen hidrat HNO 3, ali se vrlo lako razgrađuje, što određuje visoku reaktivnost HNO 3. Azotna kiselina koja sadrži NO 2 u rastvoru naziva se pušenje(crveno).

Hemijska svojstva. Čisti HNO 3 lako se razgrađuje i postaje žućkast zbog reakcije 2HNO 3 = 2NO 2 + O 2 + H 2 O i apsorpcije rezultirajućeg azotnog anhidrida. Čista dušična kiselina i općenito jaka dušična kiselina stabilne su samo na niskim temperaturama. Glavna karakteristika dušične kiseline je njena izuzetno jaka oksidacijska sposobnost zbog oslobađanja kisika. Dakle, kada djeluje na metale (osim Pt, Rh, Ir, Au, na koje HNO 3 nema efekta u odsustvu hlora), dušična kiselina oksidira metal, oslobađajući dušikove okside, što je niži stepen oksidacije, to je energičnija. oksidirani metal je bio kao redukciono sredstvo. Na primjer, olovo (Pb) i kalaj (Sn) daju N 2 O 4; srebro - uglavnom N 2 O 3. Sumpor, posebno svježe istaložen, lako oksidira, kada se lagano zagrije, pretvara se u fosfornu kiselinu. Usijani ugalj se pali u pari azotne kiseline i u samoj dušičnoj kiselini. Oksidirajući efekat dimljene crvene kiseline veći je od bezbojne kiseline. Gvožđe uronjeno u njega postaje pasivno i više nije podložno dejstvu kiseline. Bezvodna azotna kiselina ili pomešana sa sumpornom kiselinom veoma snažno deluje na ciklična organska jedinjenja (benzen, naftalen itd.), dajući nitro jedinjenja C 6 H 5 H + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + HOH. Nitracija parafina se odvija sporo, i to samo pod dejstvom slabe kiseline (visok stepen jonizacije). Kao rezultat interakcije tvari koje sadrže hidroksil (glicerin, vlakna) sa dušičnom kiselinom, nastaju nitratni estri, pogrešno nazvani nitroglicerin, nitroceluloza itd. Svi eksperimenti i svi radovi s dušičnom kiselinom moraju se izvoditi u dobro prozračenoj prostoriji. , ali po mogućnosti pod posebnom nacrtom .

Analiza . Da biste otkrili tragove azotne kiseline, koristite: 1) difenilendanil dihidrotriazol (komercijalno poznat kao "nitron"); 5 ili 6 kapi 10% rastvora nitrona u 5% sirćetnoj kiselini sipa se u 5-6 cm 3 ispitnog rastvora, dodajući mu unapred jednu kap H 2 SO 4: u prisustvu primetne količine NO 3 iona, oslobađa se obilan talog, u vrlo slabim otopinama oslobađaju se igličasti kristali; na 0° čak 1/80000 HNO 3 može se otvoriti nitronom; 2) brucin u rastvoru; pomiješati s otopinom za ispitivanje i pažljivo je sipati duž stijenke epruvete u jaku sumpornu kiselinu; na mjestu dodira oba sloja u epruveti nastaje ružičasto-crvena boja koja odozdo prelazi u zelenkastu.

Da biste odredili količinu HNO 3 u rastvoru dimeće azotne kiseline, potrebno je titrirati N 2 O 4 sa rastvorom KMnO 4, odrediti gustinu tečnosti hidrometrom i oduzeti korekciju za sadržaj N 2 O 4 naznačeno u posebnoj tabeli.

Industrijske metode za proizvodnju dušične kiseline. Ekstrahuje se dušična kiselina. arr. od šalitre. Ranije se eksploatacija salitre obavljala u tzv. “salpetriere” ili “burts”, gdje, kao rezultat miješanja stajnjaka, urina, itd. sa starim malterom, postepeno, djelomično djelovanjem bakterija, dolazi do oksidacije uree i drugih organskih dušičnih spojeva (amini, amidi itd.) u dušičnoj kiselini, stvarajući kalcijum nitrat sa krečnjakom. U vrućim danima, posebno na jugu (na primjer, u Indiji i centralnoj Aziji), proces ide vrlo brzo.

U Francuskoj je 1813. godine iz salitre izvađeno do 2.000.000 kg salitre. 25 velikih životinja proizvede oko 500 kg salitre godišnje. U nekim područjima, sa osnovnim tlom bogatim životinjskim ostacima (na primjer, regija Kuban), moguće je da u tlu ima primjetne količine nitrata, ali nedovoljno za ekstrakciju. Primjetne količine su iskopane u dolini Ganga i nalaze se u našim srednjoazijskim tvrđavama, gdje rezerve zemlje koja sadrži salitru dostižu 17 tona na svakom mjestu, ali sadržaj šalitre u njoj nije veći od 3%. Nalazišta natrijum nitrata – čileanskog – otkrivena su 1809. godine; nalaze se uglavnom u provinciji Tarapaca, između 68° 15" i 70° 18" istočne geografske dužine i 19° 17" i 21° 18" južne geografske širine, ali se nalaze i južnije i sjevernije (u Peruu i Boliviji); njihovo ležište se nalazi na nadmorskoj visini od 1100 m. Ležišta su dugačka oko 200 km, široka 3-5 km i imaju prosječan sadržaj NaNO 3 od 30-40%. Rezerve, uz pretpostavku godišnjeg povećanja potrošnje od 50.000 tona, mogu trajati 300 godina. Godine 1913. izvezeno je 2.738.000 tona, ali je izvoz u Evropu donekle opao, iako je, nakon vrlo primjetnog pada izvoza tokom rata, ponovo blago porastao od 1920. godine. Obično na vrhu leži “vatra” (50 cm - 2 m debljine ), koji se sastoji od kvarcnog i feldspatnog pijeska, a ispod njega “kalihe” (25 cm - 1,5 m), koje sadrže salitru (naslage se nalaze u pustinji pored naslaga soli i bor kalcijeve soli). Sastav "kalihe" je veoma raznolik; sadrži NaNO 3 - od 30% do 70%, jodidne i jodne soli - do 2%, natrijum hlorid - 16-30%, soli sulfata - do 10%, soli magnezija - do 6%. Najbolje sorte u proseku sadrže: NaNO 3 - 50%, NaCl - 26%, Na 2 SO 4 - 6%, MgSO 4 - 3%. NaNO 3 se rastvara na visokim temperaturama tako da mnogo više NaNO 3 prelazi u rastvor nego NaCl, čija se rastvorljivost blago povećava sa temperaturom. Od 3 tone "kalihe" dobijate 1 tonu sirove salitre sa prosječnim sadržajem od 95-96% šalitre. Od 1 litre matične slane vode obično se dobije 2,5-5 g joda. Obično je sirova salitra smeđe boje, zbog primjese željeznog oksida. Za đubrivo se koristi salitra koja sadrži do 1-2% jedinjenja hlorida. Čisti natrijum nitrat je bezbojan, providan, nehigroskopan ako ne sadrži jedinjenja hlorida; kristališe u kockama. Da bi se dobila dušična kiselina, salitra se zagrijava sa sumpornom kiselinom; interakcija slijedi jednačinu:

NaNO 3 + H 2 SO 4 = HNO 3 + NaSO 4

tj. dobije se kiseli sulfat. Potonji se može koristiti za proizvodnju klorovodika kalciniranjem mješavine NaHSO 4 i NaCl u mufovima. Za interakciju prema jednadžbi

teoretski je potrebno uzeti 57,6 kg H 2 SO 4 ili 60 kg kiseline 66° Bẻ na 100 kg NaNO 3. Naime, da bi se izbjeglo raspadanje, uzima se 20-30% više sumporne kiseline. Interakcija se odvija u horizontalnim cilindričnim gvozdenim retortama dužine 1,5 m, prečnika 60 cm, sa zidovima debljine 4 cm. Svaki cilindar sadrži 75 kg salitre i 75 kg H 2 SO 4 . Pare se prvo prolaze kroz keramički frižider, hlađen vodom, ili kroz nagnutu keramičku cijev, zatim kroz apsorbere: „cilindre“ ili „bonbone“, odnosno velike keramičke „Wulfove tikvice“. Ako se uzme sumporna kiselina 60° Vẻ (71%) i stavi 4 kg vode na 100 kg šalitre u prvi apsorber, onda se dobije kiselina od 40-42° Vẻ (38-41%); koristeći kiselinu na 66° Vẻ (99,6%) i suvu salitru, dobijamo 50° Vẻ (53%); da bi se dobila kiselina na 36° V, 8 litara vode se stavlja u prvi apsorber, 4 litara u drugi, a 2,6 litara u sledeći. Dimljiva dušična kiselina se dobiva reakcijom šalitre s polovinom količine sumporne kiseline potrebne proračunom. Dakle, metoda proizvodi kiselinu kontaminiranu nitrozil hloridom i drugim supstancama koje izlaze na početku procesa, a dušikovim oksidima na kraju destilacije. Dušikove okside je relativno lako ukloniti propuštanjem struje vazduha kroz kiselinu. Mnogo je isplativije raditi u retortama, okruženi vatrom sa svih strana i na dnu imati cijev za ispuštanje bisulfata koji sadrži primjetnu količinu kiseline. Činjenica je da lijevano željezo ne korodira kiselina ako je dovoljno zagrijano i ako kontakt sa vatrom sa svih strana osigurava da se ne talože kapi kiseline. U takvim retortama (širine 1,20 i prečnika 1,50 m, sa debljinom stijenke 4-5 cm) salitra se tretira sumpornom kiselinom u količini od 450 kg, pa čak i 610 kg salitre na 660 kg H 2 SO 4 ( 66 ° Bẻ). Umjesto cilindara, sada se često koriste vertikalne cijevi ili se te cijevi spajaju na cilindre.

Prema Guttmann metodi, razgradnja se vrši u retortama od livenog gvožđa sastavljenim od više delova (sl. 1 i 1a); delovi se spajaju kitom, obično se sastoji od 100 delova gvozdenih opiljaka, 5 delova sumpora, 5 delova amonijum hlorida sa što manje vode; Retorte i, ako je moguće, otvor za utovar su ograđeni ciglom i grijani plinovima iz peći.

U retortu se ubacuje 800 kg šalitre i 800 kg 95% sumporne kiseline i destilacija se vrši 12 sati; ovo troši oko 100 kg uglja. Koriste se i cilindrične retorte. Otpuštene pare prvo ulaze u cilindar 8; zatim prođite niz keramičkih cijevi, 12 i 13, smještenih u drvenu kutiju s vodom; ovde se pare kondenzuju u azotnu kiselinu, koja struji kroz cevi 22 Gutmanove instalacije, a 23 u kolektor 28, a ovde ulazi i kondenzat iz cilindra 8; dušična kiselina koja se nije kondenzovala u cijevima 12 ulazi kroz 15a u toranj ispunjen kuglicama i ispran vodom; posljednji tragovi kiseline koja nije apsorbirana u tornju su zarobljeni u cilindru 43a; gasovi se odvode kroz cev 46a u dimnjak. Za oksidaciju dušikovih oksida nastalih tokom destilacije, zrak se miješa u plinove direktno na izlazu iz retorte. Ako se u proizvodnji koriste jaka sumporna kiselina i sušena salitra, dobija se bezbojna 96-97% azotna kiselina. Skoro sva kiselina se kondenzuje u cevima, samo mali deo (5%) se apsorbuje u tornju, dajući 70% azotne kiseline, koja se dodaje na sledeće punjenje nitrata. To. rezultat je bezbojna azotna kiselina, bez hlora, sa prinosom od 98-99% teorijskog. Gutmanova metoda je postala široko rasprostranjena zbog svoje jednostavnosti i niske cijene instalacije.

96-100% kiseline se ekstrahuje iz šalitre metodom Valentiner destilacijom pod sniženim pritiskom (30 mm) u retortama od livenog gvožđa mešavine od 1000 kg NaNO 3, 1000 kg H2SO 4 (66° Vẻ) i takve količine slabe kiseline HNO 3 koje sa njom dodaju 100 kg vode. Destilacija traje 10 sati, pri čemu se u leguru stalno uvodi zrak. Interakcija se dešava na 120°, ali na kraju procesa dolazi do „krize“ (1 sat) i mogući su jaki udari (na 120-130°). Nakon toga, zagrijavanje se dovodi do 175-210°. Pravilno zgušnjavanje i hvatanje kiseline je veoma važno. Pare iz retorte ulaze u cilindar, iz njega u 2 visoko ohlađena zavojnice, iz njih u zbirku (kao što je Wulf boca), zatim ponovo zavojnica i zatim 15 cilindara iza kojih se postavlja pumpa. Uz opterećenje od 1000 kg NaNO 3 za 6-8 sati, dobije se 600 kg HNO 3 (48° Vẻ), odnosno 80% norme.

Da bi se dobila dušična kiselina iz norveškog nitrata (kalcijuma), ovaj se otopi, doda jaka dušična kiselina i umiješa sumporna kiselina, nakon čega se dušična kiselina filtrira iz gipsa.

Skladištenje i pakovanje. Za skladištenje dušične kiseline možete koristiti stakleno, šamotno i čisto aluminijsko (ne više od 5% nečistoća) posuđe, kao i posuđe od specijalnog silikonskog čelika otpornog na kiseline Krupp (V2A). Budući da kada jaka azotna kiselina djeluje na drvo, piljevinu, krpe natopljene biljnim uljem itd., moguća su izbijanja i požari (na primjer, ako pri transportu pukne boca), tada se azotna kiselina može prevoziti samo posebnim vlakovima. Terpentin se posebno lako zapali kada se zagrije kada dođe u kontakt sa jakom dušičnom kiselinom.

Primena: 1) u obliku soli za đubrivo, 2) za proizvodnju eksploziva, 3) za proizvodnju poluproizvoda za bojenje, a delom i samih boja. Ch. arr. soli dušične kiseline ili nitrata (natrijum, amonijum, kalcijum i kalij) koriste se za đubriva. Godine 1914. svjetska potrošnja dušika u obliku čileanskog nitrata dostigla je 368.000 tona azotne kiseline iz zraka - 10.000 tona. Potrošnja dušične kiseline u ratu se značajno povećava zbog trošenja eksploziva, od kojih su glavni nitroglicerin i nitroceluloze raznih vrsta, nitro jedinjenja (nitrotoluen, TNT, melinit itd.) i supstance za fitile (živin fulminat). U miru se dušična kiselina troši na proizvodnju nitro spojeva, na primjer, nitrobenzena, za prijelaz u boje preko anilina, dobivenog iz nitrobenzena redukcijom. Značajne količine dušične kiseline koriste se za jetkanje metala; soli azotne kiseline (saltitra) koriste se za eksplozive (amonijum nitrat - u bezdimnom, kalijum nitrat - u crnom barutu) i za vatromet (barijum nitrat - za zeleni).

Standard dušične kiseline. Standard za azotnu kiselinu do sada postoji samo u SSSR-u i odobren je od strane Komiteta za standardizaciju pri STO kao obavezni standard u cijeloj Uniji (OST-47) za kiselinu na 40° Bẻ. Standard postavlja sadržaj HNO 3 u azotnoj kiselini na 61,20% i ograničava sadržaj nečistoća: sumporna kiselina ne više od 0,5%, hlor ne više od 0,8%, željezo ne više od 0,01%, čvrsti ostatak ne više od 0,9%; standardna dušična kiselina ne smije sadržavati sediment. Standard reguliše odnos između prodavca i kupca, striktno regulišući metode uzorkovanja i analize. Sadržaj dušične kiseline određuje se dodavanjem NaOH u kiselinu i ponovnim titriranjem kiselinom. Sadržaj sumporne kiseline se određuje u obliku BaSO 4 taloženjem BaCl 2. Sadržaj hlora se određuje titracijom u alkalnoj sredini sa srebrovim nitratom. Sadržaj željeza se određuje taloženjem seskvioksida amonijakom, redukcijom oksidnog željeza u željezo i naknadnom titracijom KMnO 4. Pakovanje dušične kiseline još nije standardno. Ne dotičući se veličine, težine i kvaliteta kontejnera, standard propisuje pakovanje dušične kiseline u staklene posude i daje upute kako se pakirati i zapečatiti.

Priprema azotne kiseline.

I. Iz vazduha. Sinteza dušične kiseline iz zraka pod djelovanjem voltaičnog luka u određenoj mjeri ponavlja proces koji se događa u prirodi pod utjecajem pražnjenja atmosferskog elektriciteta. Cavendish je prvi uočio (1781.) stvaranje dušikovih oksida tokom sagorijevanja H 2 u zraku, a zatim (1784.) kada električna iskra prolazi kroz zrak. Mutman i Gopher su 1903. godine prvi pokušali da prouče ravnotežu: N 2 + O 2 2NO. Propuštanjem naponskog luka naizmjenične struje na 2000-4000 V kroz zrak, praktično su postigli koncentraciju NO od 3,6 do 6,7 vol.%. Njihova potrošnja energije po 1 kg HNO 3 dostigla je 7,71 kWh. Nernst je zatim proučavao ovu ravnotežu propuštanjem zraka kroz iridijumsku cijev. Dalje, Nernst, Jelinek i drugi istraživači su radili u istom pravcu. Ekstrapolacijom eksperimentalnih rezultata proučavanja ravnoteže između zraka i dušikovog oksida, Nernst je uspio izračunati da se na desnoj strani jednačine uspostavlja sadržaj od 7 volumnih % NO na temperaturi od 3750° (tj. približno na temperaturi od 3750°C). naponskog luka).

Prioritet ideje da se ​ Ali u to vrijeme cijena električne energije bila je previsoka da bi Lefebreov metod mogao biti od praktične upotrebe. Vrijedi spomenuti i patente McDougala (An. P. 4633, 1899) i metodu Bradleyja i Lovejoya, implementiranu na tehničkom nivou, koju je 1902. godine radila američka kompanija Atmospheric Products C° (sa 1 ​​milion dolara kapitala ) uz korištenje energije Nijagarinih vodopada. U ovo vrijeme treba datirati i pokušaje korištenja napona od 50.000 V za fiksiranje atmosferskog dušika, koje su napravili Kowalski i njegov saradnik I. Moscytski. No, prvi značajan uspjeh u proizvodnji dušične kiseline iz zraka donijela je istorijska ideja norveškog inženjera Birkelanda, koja je trebala iskoristiti sposobnost potonjeg da se istegne u jakom elektromagnetskom polju kako bi povećala prinos dušikovih oksida. prilikom prolaska naponskog luka kroz vazduh. Birkeland je ovu ideju kombinovao sa drugim norveškim inženjerom, Eideom, i preveo je u tehničku instalaciju koja je odmah pružila isplativu priliku za dobijanje azotne kiseline iz vazduha. Zbog stalne promjene smjera struje i djelovanja elektromagneta, nastali plamen naponskog luka ima stalnu tendenciju bubrenja u različitim smjerovima, što dovodi do stvaranja naponskog luka koji se sve vrijeme brzo kreće u brzine do 100 m/sec, stvarajući utisak mirnog žarućeg širokog električnog sunca prečnika 2 m ili više. Kroz ovo sunce neprekidno se duva jaka struja vazduha, a samo sunce je zatvoreno u posebnu peć od vatrostalne gline, uvezane u bakar (sl. 1, 2 i 3).

Šuplje elektrode naponskog luka hlade se iznutra vodom. Zrak kroz kanale A u šamotnoj oblogi peći ulazi u lučnu komoru b; kroz oksidirani plin izlazi iz peći i hladi se koristeći svoju toplinu za zagrijavanje kotlova aparata za isparavanje. Nakon toga, NO ulazi u oksidacijske tornjeve, gdje ga atmosferski kisik oksidira u NO 2. Potonji proces je egzotermni proces (2NO + O 2 = 2NO 2 + 27Cal), te stoga uvjeti koji povećavaju apsorpciju topline značajno pogoduju reakciji u ovom smjeru. Zatim, dušikov dioksid se apsorbira u vodi prema sljedećim jednadžbama:

3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO
2NO 2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2

U drugoj metodi, reagujuća mešavina gasova se hladi ispod 150° pre apsorpcije; na ovoj temperaturi, obrnuta razgradnja – NO 2 = NO + O – gotovo da se ne dešava. Imajući u vidu da se pod određenim uslovima uspostavlja ravnoteža NO + NO 2 N 2 O 3 sa maksimalnim sadržajem N 2 O 3, ona se može dobiti izlivanjem vrućih nitritnih gasova i pre njihove potpune oksidacije, na temperaturi od 200 do 300 °, s otopinom sode ili kaustične sode, umjesto nitratnih soli - čisti nitriti (Norsk Hydro metoda). Pri izlasku iz peći uduvani vazduh sadrži od 1 do 2% azotnih oksida, koji se odmah hvataju kontramlazovima vode, a zatim neutrališu vapnom da bi se formirao kalcijum, tzv. "Norveška" salitra. Izvođenje samog procesa N 2 + O 2 2NO - 43,2 Cal zahtijeva utrošak relativno male količine električne energije, i to: za dobijanje 1 tone vezanog dušika u obliku NO samo 0,205 kW-godišnje; U međuvremenu, u najboljim modernim instalacijama potrebno je potrošiti 36 puta više, odnosno oko 7,3 i do 8 kW-godina po 1 toni. Drugim riječima, preko 97% utrošene energije ne ide na stvaranje NO, već na stvaranje povoljnih uslova za ovaj proces. Da bi se ravnoteža pomerila ka najvećem mogućem sadržaju NO, potrebno je koristiti temperaturu od 2300 do 3300° (sadržaj NO na 2300° je 2 vol%, a za 3300° - 6 vol%), ali na takvim temperaturama 2NO se brzo razgrađuje nazad u N 2 + O 2. Stoga je u malom djeliću sekunde potrebno ukloniti plin iz toplih područja u hladnije i ohladiti ga na najmanje 1500°, kada se razgradnja NO odvija sporije. Ravnoteža N 2 + O 2 2NO se uspostavlja na 1500° za 30 sati, na 2100° za 5 sekundi, na 2500° za 0,01 sekundu. i na 2900° - za 0,000035 sec.

Metoda Schonherra, zaposlenog u BASF-u, razlikuje se od metode Birkelanda i Eidea po značajnim poboljšanjima. U ovoj metodi, umjesto pulsirajućeg i još isprekidanog plamena naponski luk varijabla struje, primijenite miran plamen visoke trajno struja. Time se sprečava često izbijanje plamena, što je veoma štetno za proces. Isti rezultat se, međutim, može postići naizmjeničnim naponskim lukom, ali upuhujući zrak kroz zapaljeni plamen ne pravolinijski, već u obliku vrtložnog vjetra duž plamena naponskog luka. Dakle, pećnica bi mogla dizajniran u obliku prilično uske metalne cijevi, osim toga, tako da plamen luka ne dodiruje njegove zidove. Dijagram dizajna peći Schongherr prikazan je na Sl. 4.

Daljnje poboljšanje u metodi luka napravljeno je Paulingovom metodom (slika 5). Elektrode u peći za sagorevanje izgledaju kao rogovi za pražnjenje. Naponski luk dužine 1 m koji je formiran između njih biva oduhan uvis snažnom strujom zraka. Na najužem mjestu razbijenog plamena, luk se ponovo pali pomoću dodatnih elektroda.

Nešto drugačiji dizajn peći za oksidaciju dušika u zraku patentirao je I. Moscicki. Jedna od obe elektrode (slika 6) ima oblik ravnog diska i nalazi se na veoma maloj udaljenosti od druge elektrode. Gornja elektroda je cjevasta, a neutralni plinovi prolaze kroz nju brzim mlazom, a zatim se šire u konusu.

Plamen naponskog luka pokreće se kružno pod uticajem elektromagnetnog polja, a brza struja gasa u obliku konusa sprečava kratke spojeve. Detaljan opis cjelokupne instalacije dat je u W. Waeser, Luftstickstoff-Industrie, str. 475, 1922. Jedna tvornica u Švicarskoj (Chippis, Wallis) radi po metodi I. Mościckog, proizvodeći 40% HNO 3 . Još jedno postrojenje u Poljskoj (Bory-Jaworzno) je projektovano za 7000 kW i trebalo bi da proizvodi koncentrovani HNO 3 i (NH 4) 2 SO 4. Da bi se poboljšao prinos dušikovih oksida i povećao plamen naponskog luka, nedavno je korišten kao polazni proizvod ne zrak, već mješavina dušika i kisika bogatija, u omjeru 1:1 Francuska fabrika u Laroche-de-Rham radi sa takvom mešavinom sa veoma dobrim rezultatima.

Preporučljivo je kondenzovati nastali dušikov tetroksid N 2 O 4 u tečnost hlađenjem na -90°. Takav tečni dušikov tetroksid, dobiven iz prethodno osušenih plinova - kisika i zraka, ne reagira s metalima i stoga se može transportirati u čeličnim bombama i koristiti za proizvodnju HNO 3 u jakim koncentracijama. Toluen se u ovom slučaju svojevremeno koristio kao rashladno sredstvo, ali zbog neizbježnog curenja dušikovih oksida i njihovog djelovanja na toluen, u fabrikama Tschernewitz (u Njemačkoj) i Bodio (u Švicarskoj) su se dogodile strašne eksplozije, koje su uništile oba poduzeća. Ekstrakcija N 2 O 4 iz gasne mešavine. takođe se postiže apsorpcijom N 2 O 4 silika gelom, koji otpušta apsorbovani N 2 O 4 nazad kada se zagreje.

II. Kontaktna oksidacija amonijaka. Sve opisane metode za proizvodnju sintetičke dušične kiseline direktno iz zraka, kao što je već navedeno, isplative su samo ako je dostupna jeftina hidroelektrična energija. Problem vezanog dušika (vidi dušik) ne bi se mogao smatrati konačno riješenim da nije pronađena metoda za proizvodnju relativno jeftine sintetičke dušične kiseline. Apsorpcija vezanog azota iz đubriva od strane biljaka je posebno olakšana ako su ta đubriva soli azotne kiseline. Jedinjenja amonijuma koja se unose u zemljište moraju prvo da prođu nitrifikaciju u samom tlu (vidi Azotna đubriva). Osim toga, dušična kiselina je, uz sumpornu kiselinu, osnova brojnih grana hemijske industrije i vojnog posla. Bez azotne kiseline nije moguća proizvodnja eksploziva i bezdimnog baruta (TNT, nitroglicerin, dinamit, pikrinska kiselina i mnoge druge), anilinskih boja, celuloida i rajona, mnogih lijekova itd. Zbog toga se u Njemačkoj, koja je za vrijeme svjetskog rata blokadom bila odsječena od izvora čileanskog nitrata, a pritom nije imala jeftinu hidroelektranu, proizvodnja sintetičke dušične kiseline u velikoj mjeri razvila se kontaktnom metodom. , počevši od uglja ili sintetičkog amonijaka oksidirajući ga atmosferskim kisikom uz sudjelovanje katalizatora. Tokom rata (1918.) Njemačka je proizvodila do 1000 tona azotne kiseline i amonijum nitrata dnevno.

Još 1788. Milner u Kembridžu je ustanovio mogućnost oksidacije NH 3 u dušikove okside pod djelovanjem mangan peroksida pri zagrijavanju. Godine 1839. Kuhlman je ustanovio kontaktno djelovanje platine tokom oksidacije amonijaka zrakom. Tehnički, metodu oksidacije amonijaka u azotnu kiselinu razvili su Ostwald i Brouwer i oni patentirali 1902. (Zanimljivo je da je u Njemačkoj Ostwaldova prijava odbijena zbog priznavanja prioriteta francuskom hemičaru Kuhlmannu.) fino usitnjene platine i sporim protokom gasne smjese, oksidacija se odvija prema reakciji 4NH 3 + ZO 2 = 2N 2 + 6H 2 O. Stoga proces treba strogo regulisana kako u smislu značajne brzine kretanja gasnog mlaza koji se uduvava kroz kontaktni “konverter”, tako i u smislu sastava gasne mešavine. Smjesa plinova koja ulazi u "konvertore" treba. prethodno temeljito očišćen od prašine i nečistoća koje bi mogle „otrovati“ platinasti katalizator.

Može se pretpostaviti da prisustvo platine izaziva razgradnju molekula NH 3 i stvaranje nestabilnog međuspoja platine sa vodonikom. U ovom slučaju dušik in statu nascendi podliježe oksidaciji atmosferskim kisikom. Oksidacija NH 3 u HNO 3 odvija se kroz sljedeće reakcije:

4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 0;

ohlađeni bezbojni NO plin, pomiješan s novim dijelom zraka, spontano dalje oksidira i formira NO 2 ili N 2 O 4:

2NO + O 2 = 2NO 2, ili N 2 O 4;

otapanje nastalih plinova u vodi u prisustvu viška zraka ili kisika povezano je s daljnjom oksidacijom prema reakciji:

2NO 2 + O + H 2 O = 2HNO 3,

nakon čega se dobija HNO 3, jačine od približno 40 do 50%. Destilacijom dobivenog HNO 3 sa jakom sumpornom kiselinom, konačno se može dobiti koncentrirana sintetička dušična kiselina. Prema Ostwaldu, katalizator se mora sastojati od metalne platine prevučene djelomično ili potpuno spužvastom platinom ili platinastom crnicom.

Reakcija bi se trebala odvijati kada je crvena toplina jedva počela i pri značajnoj brzini protoka mješavine plina, koja se sastoji od 10 ili više dijelova zraka na 1 sat NH 3. Sporo strujanje gasne mešavine pospešuje potpunu razgradnju NH 3 na elemente. Uz platinastu kontaktnu mrežu od 2 cm, brzina protoka gasa bi trebala biti 1-5 m/sec, odnosno vrijeme kontakta gasa sa platinom ne bi trebalo da prelazi 1/100 sek. Optimalne temperature su oko 300°. Smjesa plina je prethodno zagrijana. Što je veći protok gasne mešavine, veći je izlaz NO. Radeći sa vrlo debelom platinastom mrežicom (katalizatorom) sa mješavinom amonijaka i zraka koja sadrži oko 6,3% NH 3, Neumann i Rose su dobili sljedeće rezultate na temperaturi od 450° (sa kontaktnom površinom platine od 3,35 cm 2):

Veći ili niži sadržaj NH 3 također je od velike važnosti za smjer hemijskog procesa, koji se može odvijati ili prema jednačini: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (sa sadržajem od 14,38% NH 3) , ili prema jednačini: 4NH 3 + 7O 2 = 4NO 2 + 6H 2 O (sa sadržajem mješavine od 10,74% NH 3). Sa manje uspjeha od platine, možda. Korišteni su i drugi katalizatori (gvozdeni oksid, bizmut, cerij, torijum, hrom, vanadijum, bakar). Od toga, samo upotreba željeznog oksida na temperaturi od 700-800°, sa prinosom od 80 do 85% NH 3, zaslužuje pažnju.

Temperatura igra značajnu ulogu u oksidativnom procesu tranzicije NH 3 u HNO 3. Sama reakcija oksidacije amonijaka je egzotermna: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O + 215,6 Cal. Tek u početku je potrebno zagrijati kontaktni aparat, tada dolazi do reakcije zbog vlastite topline. Tehnički dizajn “konvertera” za oksidaciju amonijaka različitih sistema je jasan iz datih slika (sl. 7-8).

Šema za proizvodnju HNO 3 prema trenutno prihvaćenoj Franck-Caro metodi prikazana je na Sl. 9.

Na sl. 10 prikazuje dijagram oksidacije NH 3 u fabrici Meister Lucius i Brünning u Hechstu.

U savremenim instalacijama oksidacija NH 3 u NO se vrši sa prinosom do 90%, a naknadna oksidacija i apsorpcija nastalih azotnih oksida vodom - sa prinosom do 95%. Dakle, cijeli proces daje prinos vezanog dušika od 85-90%. Dobivanje HNO 3 iz nitrata trenutno košta (u smislu 100% HNO 3) 103 USD po 1 toni, koristeći arc proces, 97,30 USD po 1 toni, dok 1 tona HNO 3 dobijenog oksidacijom NH -3 košta samo 85,80 USD. Podrazumeva se da bi ovi brojevi mogli biti su samo približne i u velikoj mjeri zavise od veličine poduzeća, cijene električne energije i sirovina, ali ipak pokazuju da je kontaktnoj metodi za proizvodnju HNO 3 suđeno da u bliskoj budućnosti zauzme dominantnu poziciju u odnosu na druge metode.

vidi takođe

Azotna kiselina- bezbojna tečnost koja se „puši“ u vazduhu sa oštrim mirisom. Hemijska formula HNO3.

Fizička svojstva. Na temperaturi od 42 °C stvrdne se u obliku bijelih kristala. Bezvodna dušična kiselina ključa na atmosferskom pritisku i 86 °C. Meša se sa vodom u proizvoljnim razmerama.

Kada je izložen svjetlosti, koncentrirani HNO3 se razlaže u dušikove okside:

HNO3 se čuva na hladnom i tamnom mestu. Valencija dušika u njemu je 4, oksidacijsko stanje je +5, koordinacijski broj je 3.

HNO3 je jaka kiselina. U rastvorima se potpuno raspada na jone. Interagira sa bazičnim oksidima i bazama, te sa solima slabijih kiselina. HNO3 ima jaku oksidacionu sposobnost. Može se reducirati uz istovremeno stvaranje nitrata u spojeve, ovisno o koncentraciji, aktivnosti metala u interakciji i uvjetima:

1) koncentrisano HN03, u interakciji sa nisko aktivnim metalima, reducira se u dušikov oksid (IV) NO2:

2) ako je kiselina razrijeđena, onda se reducira u dušikov oksid (II) NO:

3) aktivniji metali redukuju razrijeđenu kiselinu u dušikov oksid (I) N2O:

Vrlo razrijeđena kiselina reducira se u amonijumove soli:

Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti ne reaguju sa koncentrisanim HNO3, a Al, Fe, Co i Cr su „pasivirani“.

4) HNO3 reagira s nemetalima, reducira ih u odgovarajuće kiseline, a sam se reducira u okside:

5) HNO3 oksidira neke katjone i anjone i neorganska kovalentna jedinjenja.

6) stupa u interakciju sa mnogim organskim jedinjenjima - reakcija nitriranja.

Industrijska proizvodnja dušične kiseline: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.

Amonijak– NO se pretvara u NO2, koji s vodom u prisustvu atmosferskog kisika proizvodi dušičnu kiselinu.

Katalizator – legure platine. Dobijeni HNO3 nije veći od 60%. Po potrebi se koncentriše. Industrija proizvodi razrijeđeni HNO3 (47–45%) i koncentrirani HNO3 (98–97%). Koncentrovana kiselina se transportuje u aluminijumskim rezervoarima, a razblažena kiselina se transportuje u rezervoarima od čelika otpornog na kiseline.

34. Fosfor

Fosfor(R) je u 3. periodu, u grupi V, glavne podgrupe periodnog sistema D.I. Mendeljejev. Serijski broj 15, nuklearno punjenje +15, Ar = 30,9738 a.u. m... ima 3 energetska nivoa, na energetskom omotaču ima 15 elektrona, od kojih je 5 valentnih. Fosfor ima d-podnivo. Elektronska konfiguracija P: 1 s2 2s2 2p63 s2 3p33d0. Karakteristična je sp3 hibridizacija, rjeđe sp3d1. Valencija fosfora je III, V. Najkarakterističnije oksidaciono stanje je +5 i -3, manje karakteristično: +4, +1, -2, -3. Fosfor može pokazati i oksidirajuća i redukcijska svojstva: prihvatanje i doniranje elektrona.

Struktura molekula: sposobnost formiranja β-veza je manje izražena od azota - na uobičajenim temperaturama u gasnoj fazi, fosfor je predstavljen u obliku molekula P4, koji imaju oblik jednakostraničnih piramida sa uglovima od 60°. Veze između atoma su kovalentne, nepolarne. Svaki P atom u molekulu povezan je drugim atomima ?-vezama.

Fizička svojstva: Fosfor formira tri alotropa: bijeli, crveni i crni. Svaka modifikacija ima svoju tačku topljenja i smrzavanja.

Hemijska svojstva:

1) kada se zagrije, P4 se reverzibilno disocira:

2) iznad 2000 °C P2 se raspada na atome:

3) fosfor stvara jedinjenja sa nemetalima:

Direktno se kombinuje sa svim halogenima: 2P + 5Cl2 = 2PCl5.

U interakciji s metalima, fosfor stvara fosfide:

Kombinujući se sa vodonikom, formira gas fosfin: R4 + 6N2 = 4RN3?.

U interakciji s kisikom formira anhidrid P2O5: P4 + 5O2 = 2P2O5.

Potvrda: fosfor se dobija kalcinacijom smeše Ca3(P O4 )2 sa peskom i koksom u električnoj peći na temperaturi od 1500 °C bez pristupa vazduha: 2Ca3(PO4)2 + 1 °C + 6SiO2 = 6CaSiO3 + 1 °CO + P4?.

Fosfor se u prirodi ne pojavljuje u svom čistom obliku, već nastaje kao rezultat hemijske aktivnosti. Glavna prirodna jedinjenja fosfora su sledeći minerali: Ca3(PO4)2 – fosforit; Ca3(PO4)2?CaF2 (ili CaCl) ili Ca3(PO4)2?Ca(OH)2 – apatit. Biološki značaj fosfora je veliki. Fosfor je dio nekih biljnih i životinjskih proteina: proteina u mlijeku, krvi, mozgu i nervnom tkivu. Velika količina se nalazi u kostima kičmenjaka u obliku jedinjenja: 3Ca3(PO4)2?Ca(OH)2 i 3Ca3(PO4)2?CaCO3?H2O. Fosfor je esencijalna komponenta nukleinskih kiselina, koja igra ulogu u prijenosu nasljednih informacija. Fosfor se nalazi u zubnoj caklini i u tkivima u obliku lecitina - spoja masti sa esterima fosforoglicerola.

DEFINICIJA

Čisto Azotna kiselina- bezbojna tečnost, na -42 o C stvrdnjava se u providnu kristalnu masu (struktura molekula je prikazana na sl. 1).

U vazduhu se, kao i koncentrisana hlorovodonična kiselina, „dimi“, jer njene pare sa vlagom u vazduhu stvaraju male kapljice magle.

Dušična kiselina nije jaka. Već pod uticajem svetlosti postepeno se razgrađuje:

4HNO 3 = 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O.

Što je viša temperatura i što je kiselina više koncentrisana, raspadanje dolazi brže. Oslobođeni dušikov dioksid otapa se u kiselini i daje joj smeđu boju.

Rice. 1. Struktura molekula dušične kiseline.

Tabela 1. Fizička svojstva dušične kiseline.

Priprema azotne kiseline

Dušična kiselina nastaje kao rezultat djelovanja oksidacijskih sredstava na dušičnu kiselinu:

5HNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5HNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O.

Bezvodna dušična kiselina može se pripremiti destilacijom pod sniženim tlakom koncentrirane otopine dušične kiseline u prisustvu P 4 O 10 ili H 2 SO 4 u aparatu od potpuno stakla bez podmazivanja u mraku.

Industrijski proces za proizvodnju dušične kiseline temelji se na katalitičkoj oksidaciji amonijaka preko zagrijane platine:

NH 3 + 2O 2 = HNO 3 + H 2 O.

Hemijska svojstva dušične kiseline

Dušična kiselina je jedna od najjačih kiselina; u razrijeđenim otopinama potpuno se disocira na ione. Njegove soli se nazivaju nitrati.

HNO 3 ↔H + + NO 3 - .

Karakteristično svojstvo dušične kiseline je njena izražena oksidacijska sposobnost. Dušična kiselina je jedan od najsnažnijih oksidacionih agenasa. Mnogi nemetali se njime lako oksidiraju, pretvarajući se u odgovarajuće kiseline. Dakle, kada se prokuha sa dušičnom kiselinom, sumpor se postepeno oksidira u sumpornu kiselinu, fosfor u fosfornu kiselinu. Tinjajući ugalj uronjen u koncentrovani HNO 3 sjajno bukti.

Dušična kiselina djeluje na gotovo sve metale (osim zlata, platine, tantala, rodija, iridija), pretvarajući ih u nitrate, a neke metale u okside.

Koncentrirana dušična kiselina pasivira neke metale.

Kada razrijeđena dušična kiselina reagira sa nisko aktivnim metalima, kao što je bakar, oslobađa se dušikov dioksid. U slučaju aktivnijih metala - gvožđa, cinka - nastaje dizotoksid. Jako razrijeđena dušična kiselina reagira s aktivnim metalima - cinkom, magnezijem, aluminijem - da nastane amonijum jon, koji sa kiselinom daje amonijum nitrat. Obično se nekoliko proizvoda formira istovremeno.

Cu + HNO 3 (konc) = Cu(NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O;

Cu + HNO 3 (razrijeđeno) = Cu(NO 3) 2 + NO + H 2 O;

Mg + HNO 3 (razrijeđen) = Mg(NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O;

Zn + HNO 3 (jako razrijeđen) = Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O.

Kada dušična kiselina djeluje na metale, vodik se po pravilu ne oslobađa.

S + 6HNO 3 = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O;

3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO.

Smjesa koja se sastoji od 1 volumena dušične kiseline i 3-4 volumena koncentrirane hlorovodonične kiseline naziva se carska voda. Aqua regia otapa neke metale koji ne reaguju sa dušičnom kiselinom, uključujući i "kralja metala" - zlato. Njegovo djelovanje se objašnjava činjenicom da dušična kiselina oksidira klorovodičnu kiselinu uz oslobađanje slobodnog klora i stvaranje dušikovog klorida (III), odnosno nitrozil hlorida, NOCl:

HNO 3 + 3HCl = Cl 2 + 2H 2 O + NOCl.

Primjena dušične kiseline

Dušična kiselina je jedno od najvažnijih azotnih jedinjenja: koristi se u velikim količinama u proizvodnji azotnih đubriva, eksploziva i organskih boja, služi kao oksidant u mnogim hemijskim procesima, koristi se u proizvodnji sumporne kiseline korišćenjem azota. metodom, a koristi se za proizvodnju celuloznih lakova i filma.

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Opseg upotrebe dušične kiseline je vrlo širok. Ova supstanca se proizvodi u specijalizovanim hemijskim postrojenjima.

Proizvodnja je veoma obimna i danas se takvo rešenje može kupiti u veoma velikim količinama. Dušičnu kiselinu prodaju na veliko samo certificirani proizvođači.

fizičke karakteristike

Dušična kiselina je tečnost koja ima specifičan oštar miris. Gustina mu je 1,52 g/cm3, a tačka ključanja je 84 stepena. Proces kristalizacije supstance odvija se na -41 stepen Celzijusa, koja se zatim pretvara u bijelu supstancu.

Dušična kiselina je visoko rastvorljiva u vodi, a u praksi se može dobiti rastvor bilo koje koncentracije. Najčešći je omjer supstance od 70%. Ova koncentracija je najčešća i svuda se koristi.

Visoko zasićena kiselina može otpustiti toksična jedinjenja (azotne okside) u zrak. Vrlo su štetne i potrebno je poduzeti sve mjere opreza prilikom rukovanja s njima.

Koncentrirana otopina ove tvari je jako oksidacijsko sredstvo i može reagirati s mnogim organskim spojevima. Dakle, uz produženo izlaganje koži, uzrokuje opekotine, koje nastaju kada se proteinska tkiva unište.

Dušična kiselina se lako razlaže kada je izložena toplini i svjetlosti u dušikov oksid, vodu i kisik. Kao što je već spomenuto, proizvodi takvog raspada su vrlo toksični.

Veoma je agresivan i hemijski reaguje sa većinom metala, sa izuzetkom zlata, platine i drugih sličnih materija. Ova karakteristika se koristi za odvajanje zlata od drugih materijala kao što je srebro.

Kada je izložen metalima formira:

• nitrati;
• hidratizirani oksidi (formiranje jedne od dvije vrste tvari ovisi o specifičnom metalu).

Dušična kiselina je vrlo jak oksidant i stoga se ovo svojstvo koristi u industrijskim procesima. U većini slučajeva koristi se kao vodeni rastvor različitih koncentracija.

Dušična kiselina igra važnu ulogu u proizvodnji azotnih đubriva, a koristi se i za otapanje raznih ruda i koncentrata. Također uključen u proces proizvodnje sumporne kiseline.

Važna je komponenta "regia votke", supstance koja može da rastvori zlato.

Sintezu azotne kiseline gledamo u videu:

23. februara 2018

Jedan od najvažnijih proizvoda koje ljudi koriste je nitratna kiselina. Formula supstance je HNO 3, a ima i različite fizičke i hemijske karakteristike koje je razlikuju od drugih neorganskih kiselina. U našem članku ćemo proučavati svojstva dušične kiseline, upoznati se s metodama njezine pripreme, a također ćemo razmotriti opseg primjene tvari u različitim industrijama, medicini i poljoprivredi.

Karakteristike fizičkih svojstava

Dušična kiselina dobijena u laboratoriji, čija je strukturna formula data u nastavku, je bezbojna tečnost neprijatnog mirisa, teža od vode. Brzo isparava i ima nisku tačku ključanja od +83 °C. Jedinjenje se lako miješa s vodom u bilo kojem omjeru, formirajući otopine različitih koncentracija. Osim toga, nitratna kiselina može apsorbirati vlagu iz zraka, odnosno higroskopna je tvar. Strukturna formula dušične kiseline je dvosmislena i može imati dva oblika.

Nitratna kiselina ne postoji u molekularnom obliku. U vodenim otopinama različitih koncentracija, tvar ima oblik sljedećih čestica: H 3 O + - hidronijev ioni i anioni kiselinskog ostatka - NO 3 -.

Acid-bazna interakcija

Dušična kiselina, koja je jedna od najjačih kiselina, prolazi kroz reakcije supstitucije, izmjene i neutralizacije. Dakle, spoj sudjeluje u metaboličkim procesima s bazičnim oksidima, što rezultira proizvodnjom soli i vode. Reakcija neutralizacije je osnovno hemijsko svojstvo svih kiselina. Proizvodi interakcije baza i kiselina uvijek će biti odgovarajuće soli i voda:

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

Video na temu

Reakcije sa metalima

U molekulu dušične kiseline, čija je formula HNO 3, dušik pokazuje najviše oksidacijsko stanje, jednako +5, pa supstanca ima izražena oksidirajuća svojstva. Kao jaka kiselina, sposoban je da reaguje sa metalima u nizu aktivnosti metala do vodonika. Međutim, za razliku od drugih kiselina, može reagirati i s pasivnim metalnim elementima, na primjer, bakrom ili srebrom. Reagensi i produkti interakcije određeni su i koncentracijom same kiseline i aktivnošću metala.

Razrijeđena dušična kiselina i njena svojstva

Ako je maseni udio HNO 3 0,4-0,6, tada spoj pokazuje sva svojstva jake kiseline. Na primjer, disocira na vodikove katione i anjone kiselinskog ostatka. Indikatori u kiseloj sredini, kao što je ljubičasti lakmus, menjaju svoju boju u crvenu u prisustvu viška H+ jona. Najvažnija karakteristika reakcija nitratne kiseline s metalima je nemogućnost oslobađanja vodika koji se oksidira u vodu. Umjesto toga nastaju različiti spojevi - dušikovi oksidi. Na primjer, u procesu interakcije srebra s molekulama dušične kiseline, čija je formula HNO 3, otkriveni su dušikov monoksid, voda i sol - srebrni nitrat. Stupanj oksidacije dušika u kompleksnom anjonu opada kako se dodaju tri elektrona.

Nitratna kiselina reaguje sa aktivnim metalnim elementima, kao što su magnezijum, cink, kalcijum, da bi se formirao azot oksid, čija je valencija najmanja, jednaka je 1. Nastaju i so i voda:

4Mg + 10HNO3 = NH4NO3 + 4Mg(NO3)2 + 3H2O

Ako je dušična kiselina, čija je kemijska formula HNO 3, vrlo razrijeđena, u ovom slučaju proizvodi njene interakcije s aktivnim metalima bit će drugačiji. To može biti amonijak, slobodni dušik ili dušikov oksid (I). Sve ovisi o vanjskim faktorima, koji uključuju stupanj mljevenja metala i temperaturu reakcione smjese. Na primjer, jednadžba za njegovu interakciju s cinkom bit će sljedeća:

Zn + 4HNO 3 = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

Koncentrovana HNO 3 (96-98%) kiselina u reakcijama sa metalima se redukuje u azot dioksid, a to obično ne zavisi od položaja metala u nizu N. Beketova. To se događa u većini slučajeva, na primjer, pri interakciji sa srebrom.

Podsjetimo se izuzetka od pravila: koncentrirana dušična kiselina u normalnim uvjetima ne reagira sa gvožđem, aluminijumom i hromom, već ih pasivira. To znači da se na površini metala formira zaštitni oksidni film koji sprječava daljnji kontakt s molekulama kiseline. Mješavina tvari s koncentriranom hloridnom kiselinom u omjeru 3:1 naziva se carska voda. Ima sposobnost rastvaranja zlata.

Kako nitratna kiselina reaguje sa nemetalima?

Snažna oksidacijska svojstva tvari dovode do činjenice da se u svojim reakcijama s nemetalnim elementima, potonji pretvaraju u oblik odgovarajućih kiselina. Na primjer, sumpor se oksidira u sulfatnu kiselinu, bor u bornu kiselinu, a fosfor u fosfatnu kiselinu. Reakcione jednadžbe u nastavku to potvrđuju:

S 0 + 2HN VO 3 → H 2 S VI O 4 + 2N II O

Priprema azotne kiseline

Najprikladnija laboratorijska metoda za dobivanje tvari je interakcija nitrata s koncentriranom sulfatnom kiselinom. Izvodi se uz nisko zagrijavanje, izbjegavajući povećanje temperature, jer se u tom slučaju nastali proizvod raspada.

U industriji se dušična kiselina može proizvesti na nekoliko načina. Na primjer, oksidacijom amonijaka dobivenog iz azota i vodonika iz zraka. Proizvodnja kiseline odvija se u nekoliko faza. Međuproizvodi će biti dušikovi oksidi. Prvo nastaje dušikov monoksid NO, a zatim se kisikom iz atmosfere oksidira u dušikov dioksid. Konačno, u reakciji s vodom i viškom kisika, iz NO 2 nastaje razrijeđena (40-60%) nitratna kiselina. Ako se destilira s koncentriranom sulfatnom kiselinom, maseni udio HNO 3 u otopini može se povećati na 98.

Gore opisani način proizvodnje nitratne kiseline prvi je predložio osnivač azotne industrije u Rusiji I. Andreev početkom 20. stoljeća.

Aplikacija

Kao što se sjećamo, hemijska formula dušične kiseline je HNO 3. Koja karakteristika hemijskih svojstava određuje njenu upotrebu ako je nitratna kiselina veliki proizvod hemijske proizvodnje? Ovo je visoka oksidaciona sposobnost supstance. Koristi se u farmaceutskoj industriji za dobivanje lijekova. Supstanca služi kao početni materijal za sintezu eksplozivnih jedinjenja, plastike i boja. Nitratna kiselina se koristi u vojnoj tehnici kao oksidant za raketno gorivo. Velika količina se koristi u proizvodnji najvažnije vrste azotnih đubriva - salitre. Pomažu u povećanju prinosa najvažnijih poljoprivrednih kultura i povećanju sadržaja proteina u voću i zelenoj masi.

Područja primjene nitrata

Nakon što smo ispitali osnovna svojstva, proizvodnju i upotrebu dušične kiseline, fokusirat ćemo se na upotrebu njenih najvažnijih spojeva – soli. To nisu samo mineralna đubriva, neka od njih imaju veliki značaj u vojnoj industriji. Na primjer, mješavina koja se sastoji od 75% kalijum nitrata, 15% sitnog uglja i 5% sumpora naziva se crni prah. Amonal, eksploziv, dobija se iz amonijum nitrata, kao i uglja i aluminijumskog praha. Zanimljivo svojstvo soli nitratnih kiselina je njihova sposobnost da se razgrađuju pri zagrijavanju.

Štaviše, produkti reakcije će ovisiti o tome koji metalni ion je uključen u sol. Ako se metalni element nalazi u nizu aktivnosti lijevo od magnezija, u proizvodima se nalaze nitriti i slobodni kisik. Ako se metal uključen u nitrat nalazi od magnezija do uključujući bakar, tada se pri zagrijavanju soli formiraju dušikov dioksid, kisik i oksid metalnog elementa. Soli srebra, zlata ili platine na visokim temperaturama stvaraju slobodni metal, kisik i dušikov dioksid.

U našem članku saznali smo koja je kemijska formula dušične kiseline u hemiji i koje su karakteristike njenih oksidacijskih svojstava najvažnije.