Uvod

Zainteresovani ste za cvećarstvo i došli ste u radnju da kupite đubrivo za vaše cveće. Dok ste pregledavali različite nazive i sastave, primijetili ste bočicu s natpisom "Azotno gnojivo". Čitamo njen sastav: "Fosfor, kalcijum, ovo i ono... Azotna kiselina? Kakva je ovo životinja?!" Obično se u takvom okruženju upoznaje sa azotnom kiselinom. I mnogi će tada htjeti da saznaju više o tome. Danas ću pokušati da zadovoljim vašu radoznalost.

Definicija

Dušična kiselina (formula HNO 3) je jaka jednobazna kiselina. U neoksidiranom stanju izgleda kao na slici 1. U normalnim uslovima je tečno, ali se može pretvoriti u čvrsto agregacijsko stanje. I u njemu podsjeća na kristale koji imaju monoklinsku ili rombičnu rešetku.

Hemijska svojstva dušične kiseline

Ima sposobnost da se dobro meša sa vodom, pri čemu dolazi do skoro potpune disocijacije ove kiseline na jone. Koncentrirana dušična kiselina je smeđe boje (fotografija). Nastaje razgradnjom na dušikov dioksid, vodu i kisik, što nastaje zbog sunčeve svjetlosti koja pada na njega. Ako ga zagrijete, doći će do iste razgradnje. S njim reaguju svi metali, osim tantala, zlata i platinoida (rutenijum, rodijum, paladijum, iridijum, osmijum i platina). Međutim, njegova kombinacija sa klorovodičnom kiselinom može čak i otopiti neke od njih (ovo je takozvana „regia vodka“). Dušična kiselina, u bilo kojoj koncentraciji, može djelovati kao oksidant. Mnoge organske supstance mogu se spontano zapaliti u interakciji s njima. I neki metali u ovoj kiselini će biti pasivirani. Kada im je izložena (kao i pri reakciji s oksidima, karbonatima i hidroksidima), dušična kiselina stvara svoje soli, koje se nazivaju nitrati. Potonji se dobro otapaju u vodi. Ali nitratni joni se u njemu ne hidroliziraju. Ako zagrijete soli ove kiseline, doći će do njihovog nepovratnog raspadanja.

Potvrda

Za proizvodnju dušične kiseline, sintetički amonijak se oksidira pomoću platina-rodij katalizatora kako bi se proizvela mješavina azotnih plinova, koji se zatim apsorbiraju u vodu. Takođe nastaje kada se kalijum nitrat i gvožđe sulfat pomešaju i zagreju.

Aplikacija

Dušična kiselina se koristi za proizvodnju mineralnih đubriva, eksploziva i nekih otrovnih materija. Koristi se za jetkanje štamparskih formi (ploče za jetkanje, magnezijum klišei, itd.), kao i za zakiseljavanje rastvora za nijansiranje fotografija. Dušična kiselina se koristi za proizvodnju boja i lijekova, a koristi se i za određivanje prisustva zlata u zlatnim legurama.

Fiziološki efekti

S obzirom na stepen uticaja azotne kiseline na organizam, svrstava se u klasu opasnosti 3 (umereno opasna). Udisanje njegovih para dovodi do iritacije respiratornog trakta. Kada dušična kiselina dođe u kontakt s kožom, ostavlja mnoge dugo zacjeljujuće čireve. Područja kože u koja uđe postaju karakteristične žute boje (fotografija). Naučno govoreći, dolazi do ksantoproteinske reakcije. Dušikov dioksid, koji nastaje kada se dušična kiselina zagrije ili razgradi na svjetlosti, vrlo je toksičan i može uzrokovati plućni edem.

Zaključak

Dušična kiselina je korisna za ljude iu razblaženom iu čistom stanju. Ali najčešće se nalazi u tvarima, od kojih su vam mnoge vjerojatno poznate (na primjer, nitroglicerin).

Dušična kiselina je jedno od glavnih jedinjenja azota. Hemijska formula - HNO 3. Koja fizička i hemijska svojstva ima ova supstanca?

Fizička svojstva

Čista azotna kiselina je bezbojna, ima oštar miris i ima svojstvo „pušenja“ kada je izložena vazduhu. Molarna masa je 63 g/mol. Na temperaturi od -42 stepena prelazi u čvrsto agregacijsko stanje i pretvara se u snježnobijelu masu. Bezvodna azotna kiselina ključa na 86 stepeni. Kada se pomiješa s vodom, stvara otopine koje se međusobno razlikuju po koncentraciji.

Ova supstanca je jednobazna, odnosno uvijek ima jednu karboksilnu grupu. Među kiselinama koje su snažni oksidanti, dušična kiselina je jedna od najjačih. Reaguje sa mnogim metalima i nemetalima, organskim jedinjenjima zbog redukcije azota

Nitrati su soli azotne kiseline. Najčešće se koriste kao đubrivo u poljoprivredi.

Hemijska svojstva

Elektronska i strukturna formula dušične kiseline prikazana je na sljedeći način:

Rice. 1. Elektronska formula dušične kiseline.

Koncentrirana dušična kiselina je izložena svjetlosti i pod njenim utjecajem može se razgraditi u dušikove okside. Oksidi, zauzvrat, stupaju u interakciju s kiselinom, otapaju se u njoj i daju tekućini žućkastu nijansu:

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

Supstancu treba čuvati na hladnom i tamnom mestu. Kako se njegova temperatura i koncentracija povećavaju, proces raspadanja se odvija mnogo brže. Azot u molekulu dušične kiseline uvijek ima valenciju IV, oksidacijsko stanje +5 i koordinacijski broj 3.

Budući da je dušična kiselina vrlo jaka kiselina, u otopinama se potpuno raspada na ione. Reaguje sa bazičnim oksidima, bazama i solima slabijih i hlapljivijih kiselina.

Rice. 2. Azotna kiselina.

Ova jednobazna kiselina je jako oksidaciono sredstvo. Dušična kiselina napada mnoge metale. Ovisno o koncentraciji, aktivnosti metala i reakcionim uvjetima, može se reducirati uz istovremeno stvaranje soli dušične kiseline (nitrata) u spojeve.

Kada dušična kiselina reagira sa nisko aktivnim metalima, nastaje NO 2:

Cu+4HNO 3 (konc.)=Cu(NO 3) 2 +2NO 2 +2H 2 O

Razrijeđena dušična kiselina u ovoj situaciji se reducira u NO:

3Cu+8HNO 3 (razrijeđeno)=3Su(NO 3) 2 +2NO+4H 2 O

Ako aktivniji metali reagiraju s razrijeđenom dušičnom kiselinom, oslobađa se NO 2:

4Mg+10HNO 3 (razrijeđeno)=4Mg(NO 3) 2 +N 2 O+5H 2 O

Vrlo razrijeđena dušična kiselina, u interakciji s aktivnim metalima, reducira se u amonijeve soli:

4Zn+10HNO 3 (veoma razrijeđen)=4Zn(NO 3) 2 +NH 4 NO 3 +3H 2 O

Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti su stabilni u koncentrovanoj azotnoj kiselini. “Pasivira” metale Al, Fe, Cr kao rezultat stvaranja oksidnih filmova na površini metala.

Smjesa formirana od jedne zapremine koncentrovane azotne i tri zapremine koncentrovane hlorovodonične (hlorovodonične) kiseline naziva se "kraljevska voda".

Rice. 3. Kraljevska votka.

Nemetali se oksidiraju dušičnom kiselinom do odgovarajućih kiselina, a dušična kiselina se, ovisno o koncentraciji, reducira u NO ili NO 2:

C + 4HNO 3 (konc.) = CO 2 +4NO 2 +2H 2 O

S+6HNO 3 (konc.)=H 2 SO 4 +6NO 2 +2H 2 O

Dušična kiselina je sposobna da oksidira neke katione i anjone, kao i neorganska kovalentna jedinjenja, kao što je sumporovodik.

3H 2 S+8HNO 3 (razrijeđeno)= 3H 2 SO 4 +8NO+4H 2 O

Dušična kiselina stupa u interakciju s mnogim organskim tvarima, a jedan ili više atoma vodika u molekuli organske tvari zamjenjuje se nitro grupama - NO 2. Ovaj proces se zove nitracija.

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.

Osobine fizičkih svojstava

Dušična kiselina dobivena u laboratoriju, čija je strukturna formula data u nastavku, je bezbojna tekućina neugodnog 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, ulazi u izmjenu i neutralizaciju. 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

Reakcije sa metalima

U molekulu dušične kiseline, čija je formula HNO 3, dušik pokazuje najviše oksidacijsko stanje, jednako +5, pa supstanca ima izražena oksidacijska svojstva. Kao jaka kiselina, sposobna 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 se u reakcijama sa metalima redukuje u azot dioksid, a to obično ne zavisi od položaja metala u nizu N. Beketova. To se dešava u većini slučajeva pri interakciji sa srebrom.

Podsjetimo se izuzetka od pravila: koncentrirana dušična kiselina u normalnim uvjetima ne reagira sa željezom, 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 koncentriranim. Izvodi se uz nisko zagrijavanje, izbjegavajući povećanje temperature, jer se u ovom slučaju nastali proizvod raspada.

U industriji se dušična kiselina može proizvesti na nekoliko načina. Na primjer, dobiven iz zraka dušikom i vodonikom. 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 neke 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 oksidaciono sredstvo 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 nitratne kiseline 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.

Eksperimentalno je dokazano da su u molekuli dušične kiseline između dva atoma kisika i atoma dušika dvije kemijske veze apsolutno identične - jedna i pol veze. Oksidacijsko stanje dušika je +5, a valentnost je IV.

Fizička svojstva

Azotna kiselina HNO 3 u svom čistom obliku - bezbojna tečnost oštrog zagušljivog mirisa, beskonačno rastvorljiva u vodi; t°pl.= -41°C; t° ključanja = 82,6°C, r = 1,52 g/cm 3 . Nastaje u malim količinama tokom pražnjenja groma i prisutan je u kišnici.

Pod uticajem svetlosti, azotna kiselina se delimično raspada i oslobađa N O 2 i za cČak i nakon toga poprima svijetlosmeđu boju:

N 2 + O 2 grmljavina el. cifre → 2NO

2NO + O 2 → 2NO 2

4H N O 3 svjetlo → 4 N O 2 (smeđi gas)+ 2H 2 O + O 2

Visoka koncentracija dušične kiseline oslobađa plinove u zrak, koji se u zatvorenoj boci detektiraju kao smeđe pare (dušikovi oksidi). Ovi gasovi su veoma otrovni, pa morate paziti da ih ne udišete. Dušična kiselina oksidira mnoge organske tvari. Papir i tkanine se uništavaju zbog oksidacije supstanci koje formiraju ove materijale. Koncentrirana dušična kiselina uzrokuje teške opekotine s produženim kontaktom i žutilo kože nekoliko dana pri kratkom kontaktu. Žutilo kože ukazuje na uništavanje proteina i oslobađanje sumpora (kvalitativna reakcija na koncentriranu dušičnu kiselinu - žuta boja zbog oslobađanja elementarnog sumpora kada kiselina djeluje na protein - ksantoproteinska reakcija). To jest, to je opekotina kože. Da biste spriječili opekotine, trebali biste raditi s koncentriranom dušičnom kiselinom dok nosite gumene rukavice.

Potvrda

1. Laboratorijska metoda

KNO 3 + H 2 SO 4 (konc) → KHSO 4 + HNO 3 (kada se zagrije)

2. Industrijska metoda

Izvodi se u tri faze:

a) Oksidacija amonijaka na platinskom katalizatoru do NO

4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O (Uvjeti: katalizator – Pt, t = 500˚S)

b) Oksidacija NO u NO 2 atmosferskim kiseonikom

2NO + O 2 → 2NO 2

c) Apsorpcija NO 2 vodom u prisustvu viška kiseonika

4NO 2 + O 2 + 2H 2 O ↔ 4HNO 3

ili3 NO 2 + H 2 O ↔ 2 HNO 3 + NO (bez viška kiseonika)

Simulator "Proizvodnja azotne kiseline"

Aplikacija

• u proizvodnji mineralnih đubriva;
• u vojnoj industriji;
• u fotografiji - zakiseljavanje nekih otopina za nijansu;
• u štafelajnoj grafici - za graviranje štamparskih formi (bakiranje, cinkografske štamparske forme i magnezijum klišei).
• u proizvodnji eksploziva i otrovnih materija

Pitanja za kontrolu:

br. 1. Oksidacijsko stanje atoma dušika u molekuli dušične kiseline

a. +4

b. +3

c. +5

d. +2

br. 2. Atom dušika u molekuli dušične kiseline ima valenciju jednaku -

a. II

b. V

c. IV

d. III

br. 3. Koja fizička svojstva karakterišu čistu dušičnu kiselinu?

a. bez boje

b. nema miris

c. ima jak iritantan miris

d. dimljiva tečnost

e. farbano žuto

br. 4. Spojite početne materijale i produkte reakcije:

br. 5. Rasporedite koeficijente metodom ravnoteže elektrona, pokažite prelaz elektrona, ukažite na procese oksidacije (redukcija; oksidaciono sredstvo (redukciono sredstvo):

NO 2 + O 2 + H 2 O ↔ HNO 3

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: