Один з найбільш важливих продуктів, що використовуються людиною, – це нітратна кислота. Формула речовини – HNO 3 воно ж має і різноманітними фізичними і хімічними характеристиками, що відрізняють його від інших неорганічних кислот. У нашій статті ми вивчимо властивості азотної кислоти, ознайомимося з методами її отримання, а також розглянемо сфери застосування речовини в різних галузях промисловості, медицини і сільського господарства.

Особливості фізичних властивостей

Отримана в лабораторії азотна кислота, структурна формула якого наведена нижче, являє собою безбарвну рідину з неприємним запахом, важчу, ніж вода. Вона швидко випаровується і має невисоку температуру кипіння, рівну +83 °С. З'єднання легко змішується з водою в будь-яких пропорціях, утворюючи розчини різної концентрації. Більш того, нітратна кислота може поглинати вологу з повітря, тобто є гігроскопічним речовиною. Структурна формула азотної кислоти неоднозначна, і може мати дві форми.


В молекулярному вигляді нітратна кислота не існує. У водних розчинах різної концентрації речовина має вигляд таких частинок: H 3 O + - іонів гидроксония і аніонів кислотного залишку - NO 3 - .

Кислотно-основна взаємодія

Азотна кислота, що є однією з найсильніших кислот, вступає в реакції заміщення, обміну, нейтралізації. Так, з основними оксидами з'єднання бере участь в обмінних процесах, в результаті яких виходить сіль і вода. Реакція нейтралізації – основна хімічна властивість всіх кислот. Продуктами взаємодії основ і кислот завжди будуть відповідні солі і вода:


NaOH + HNO 3 -> NaNO 3 + H 2 O

Реакції з металами

В молекулі азотної кислоти, формула якої HNO 3 , азот проявляє найвищу ступінь окислювання, рівну +5 тому речовина володіє яскраво вираженими окисними властивостями. Як сильна кислота воно здатне взаємодіяти з металами, що стоять у ряду активності металів до водню. Однак вона, на відміну від інших кислот, може реагувати і з пасивними металевими елементами, наприклад, з міддю або сріблом. Реагенти і продукти взаємодії визначаються, як самої кислоти концентрацією, так і активністю металу.

Розбавлена азотна кислота та її властивості

Якщо масова частка HNO 3 становить 04-06 то сполука проявляє всі властивості сильної кислоти. Наприклад, дисоціює на катіони водню та аніони кислотного залишку. Індикатори в кислому середовищі, наприклад, фіолетовий лакмус, в присутності надлишку іонів H + змінює своє забарвлення на червоний. Найважливіша особливість реакцій нітратної кислоти з металами – це неможливість виділення водню, який окислюється до води. Замість нього утворюються різні сполуки – оксиди азоту. Наприклад, у процесі взаємодії з молекулами срібла азотної кислоти, формула якої HNO 3 виявляється монооксид азоту, вода і сіль – нітрат срібла. Ступінь окислення азоту в складному анионе знижується, так як відбувається приєднання трьох електронів.
З активними металевими елементами, такими, як магній, цинк, кальцій, нітратна кислота реагує з утворенням окису азоту, валентність якого найменша, вона дорівнює 1. Також утворюються сіль і вода: 4Mg + 10HNO 3 = NH 4 NO 3 + 4Mg(NO 3 ) 2 + 3H 2 O Якщо ж азотна кислота, хімічна формула якої HNO 3 дуже розбавлений, в цьому випадку, продукти її взаємодії з активними металами будуть різними. Це може бути аміак, вільний азот або оксид азоту (I). Все залежить від зовнішніх факторів, до яких можна віднести ступінь подрібнення металу і температуру реакційної суміші. Наприклад, рівняння її взаємодії з цинком буде мати наступний вигляд: Zn + 4HNO 3 = Zn(NO 3 ) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O Концентрована HNO 3 (96-98%) кислота в реакціях з металами відновлюється до діоксиду азоту, причому, це не залежить від положення металу в ряду Н. Бекетова. Так відбувається в більшості випадків, наприклад, при взаємодії з сріблом. Запам'ятаємо виняток з правила: концентрована азотна кислота в звичайних умовах не реагує з залізом, алюмінієм і хромом, а пасивує їх. Це означає, що на поверхні металів утворюється захисна оксидна плівка, яка перешкоджає подальшому їх контакту з молекулами кислоти. Суміш речовини з концентрованою хлоридною кислотою в співвідношенні 3:1 називається царською горілкою. Вона має здатність розчиняти золото.

Як нітратна кислота реагує з неметалами

Сильні окислювальні властивості речовини призводять до того, що в його реакціях з неметалічними елементами, останні переходять у форму відповідних кислот. Наприклад, сірка окислюється до сульфатної, бор – до борної, а фосфор – до фосфатних кислот. Наведені нижче рівняння реакцій підтверджують це: S 0 + 2HN V O 3 -> H 2 S VI O 4 + 2N II O

Отримання азотної кислоти

Найбільш зручний лабораторний спосіб отримання речовини – взаємодія нітратів з концентрованою сульфатною кислотою. Її проводять при слабкому нагріванні, не допускаючи підвищення температури, так як в цьому випадку одержаний продукт розкладається.
У промисловості азотну кислоту можна добути кількома способами. Наприклад, окисленням аміаку, отриманим з азоту повітря та водню. Виробництво кислоти проходить у кілька стадій. Проміжними продуктами будуть оксиди азоту. Спочатку утворюється монооксид азоту NO, потім киснем повітря його окисляють до двоокису азоту. Нарешті, в реакції з водою і надлишком кисню з NO 2 видобувають розведену (40-60%) нітратну кислоту. Якщо її переганяти з концентрованою сульфатною кислотою, можна підвищити масову частку HNO 3 у розчині до 98. Вищеописаний метод виробництва нітратної кислоти, вперше був запропонований засновником азотної промисловості в Росії І. Андрєєвим ще на початку 20 століття.

Застосування

Як ми пам'ятаємо, хімічна формула азотної кислоти HNO 3 . Яка особливість хімічних властивостей обумовлює її застосування, якщо нітратна кислота є многотоннажным продуктом хімічного виробництва? Це висока окислювальна здатність речовини. Його застосовують у фармацевтичній промисловості для отримання лікарських препаратів. Речовина служить вихідною сировиною для синтезу вибухових сполук, пластичних мас, барвників. Нітратна кислота застосовується у військовій техніці в якості окислювача для ракетного палива. Великий її обсяг застосовують у виробництві найважливіших видів азотних добрив – селітр. Вони сприяють підвищенню врожайності найважливіших сільськогосподарських культур і підвищують вміст в плодах і зеленій масі білка.

Області застосування нітратів

Розглянувши основні властивості, отримання та застосування азотної кислоти, зупинимося на використанні найважливіших її сполук – солей. Вони є не тільки мінеральними добривами, деякі з них мають велике значення у військовій промисловості. Наприклад, суміш, що складається з 75% нітрату калію, 15% дрібнодисперсного вугілля і 5% сірки називається чорним порохом. З нітрату амонію, а також порошку вугілля і алюмінію отримують амонал – вибухова речовина. Цікава властивість солей нітратної кислоти – це їхня здатність розкладатися при нагріванні. Причому, продукти реакції будуть залежати від того, іон якого металу входить до складу солі. Якщо металевий елемент знаходиться в ряду активності лівіше від магнію, від в продуктах виявляються нітрити і вільний кисень. Якщо метал, що входить до складу нітрату, розташований від магнію до міді включно, то при нагріванні солі відбувається утворення діоксиду азоту, кисню і оксиду металевого елемента. Солі срібла, золота або платини при високій температурі утворюють вільний метал, кисень і двоокис азоту. У нашій статті ми з'ясували, яка хімічна формула азотної кислоти в хімії, і які особливості її окисних властивостей мають найбільш важливе значення.