при какой температуре кипит азотная кислота
Физические свойства азотной кислоты
Чистая азотная кислота при нормальной температуре – бесцветная жидкость; тяжёлая – её плотность равна 1,513г/см 3 ; замерзает при температуре (– 41,6)°С; кипит при (+ 82,6)°С.
Азотная кислота с водой смешивается в любых соотношениях.
Рассмотрите внимательно диаграммы состояния системы HNO3 – H2O.
Ниже представлены диаграммы состояния:
Рис.6. Диаграмма кристаллизации системы HNO3 – H2O
Водные растворы азотной кислоты в зависимости от концентрации кристаллизуются при различных температурах (Рис.6). Самую низкую температуру кристаллизации (-66,3°С) имеет 89,95 %-я азотная кислота, 70,5 %-я кислота кристаллизуется при t = – 42,0°С, а 32,7 %-я кислота – при t = – 43°С.
Температура кипения водных растворов азотной кислоты также изменяется в зависимости от температуры (Рис.7). Максимальную температуру кипения (120,5°С) имеет раствор, содержащий 68,4% HNO3. Такой раствор представляет собой азеотропную смесь. Более разбавленные и более концентрированные растворы азотной кислоты кипят при пониженной температуре. Так, 50 %-я азотная кислота кипит при температуре 117°С, а 90%-я кипит при 102°С.
Рис. 7. Диаграмма кипения системы HNO3 – H2O
Азотная кислота [HNO3]: структура Льюиса / свойства / применение
Это очень агрессивное и токсичное вещество, которое может вызвать серьезные повреждения кожи при использовании без мер предосторожности. Кислота вступает в реакцию с оксидами, гидроксидами и металлами, такими как серебро, медь и железо, образуя нитратные соли.
Обычно азотная кислота, доступная в магазинах, представляет собой 68-процентный водный раствор. Когда ее концентрация (в воде) превышает 86 процентов, она называется дымящейся азотной кислотой. Она хранится в плотно закрытой емкости в сухом, прохладном и хорошо проветриваемом помещении.
Ниже мы рассмотрим, как производится эта кислота, как она выглядит в молекулярном масштабе, каковы ее химические и физические свойства и где она в основном используется.
Азотная кислота HNO3 свойства
Молярная масса: 63,012 г / моль
Внешний вид: Бесцветная или дымящаяся жидкость желто-красного цвета
Запах: неприятно горький или острый, удушающий
Структура
Поскольку кислород имеет большую тенденцию притягивать к себе общие электроны, чем азот, он несет отрицательный заряд, а атом азота несет положительный заряд.
Структура Льюиса
Чтобы нарисовать льюисовскую структуру азотной кислоты, нам нужно подсчитать общее количество валентных электронов в молекуле HNO3.
Это дает нам общее количество валентных электронов (5 + 1 + 18) в одной молекуле HNO3. Поскольку у азота больше валентных электронов, чем у кислорода, мы можем поместить атом азота в центр структуры.
Наконец, нам нужно минимизировать заряды на атомах, чтобы сделать структуру стабильной. Это может быть сделано путем преобразования одинокой пары на одном атоме кислорода в связь. Конечная структура состоит из двух одиночных связей между атомом азота и двумя атомами кислорода, а также двойной связи между атомом азота и оставшимся атомом кислорода.
Есть два правильных способа нарисовать структуру Льюиса HNO3. Таким образом, он имеет две основные формы резонанса. Двунаправленная стрелка на изображении выше указывает на то, что существует более одного способа нарисовать структуру азотной кислоты.
Как она производится?
Для производства HNO3 используются два метода. Первый использует окисление, конденсацию и абсорбцию для синтеза слабой HNO3 с концентрациями от 30 до 70 процентов. Второй метод производит сильную HNO3 (с концентрацией 90 процентов) из слабой HNO3 путем объединения процессов обезвоживания, отбеливания, конденсации и абсорбции.
Производство слабой азотной кислоты
Большая часть азотной кислоты образуется в результате высокотемпературного каталитического окисления аммиака. Это называется процессом Оствальда. Он состоит из трех этапов:
1) Окисление аммиака
Смесь аммиака и воздуха (1:9) окисляется до высокой температуры (750-800 ℃) при прохождении через каталитический преобразователь. Катализатор обычно изготавливается из 90% платины и 10% родиевой сетки. Эта (экзотермическая) реакция приводит к образованию оксида азота и воды в виде пара.
2) Окисление оксида азота
Окись азота, образовавшаяся в предыдущей реакции, окисляется: она некаталитически реагирует с остаточным кислородом с образованием диоксида азота. Это медленная, однородная реакция, которая сильно зависит от давления и температуры. При высоком давлении и низких температурах эта реакция приводит к образованию максимального количества диоксида азота за очень короткое время.
3) Поглощение
В конечной реакции оксид азота поглощается водой. Это дает желаемый продукт (азотную кислоту в разбавленной форме) вместе с оксидом азота. Концентрация HNO 3 зависит от давления, температуры, количества стадий абсорбции, а также от концентрации оксидов азота, поступающих в абсорбер.
Производство сильной азотной кислоты
Высокопрочная HNO 3 получается путем концентрирования слабой HNO 3 экстрактивной дистилляцией. Дистилляция проводится в присутствии дегидратирующего агента, например 60% серной кислоты.
Процесс протекает следующим образом: сильная серная кислота и слабая азотная кислота попадают в насадочную дегидратирующую колонну при атмосферном давлении. Концентрированная HNO 3 выходит из верхней части колонны в виде 99% пара. Он также состоит из небольшого количества кислорода и оксида азота от диссоциации азотной кислоты.
Кислота проходит через отбеливатель и попадает в систему конденсатора, который отделяет ее от оксида азота и кислорода. Абсорбционная колонна забирает эти побочные продукты и объединяет оксид азота со вспомогательным воздухом для получения диоксида азота. Этот газообразный диоксид азота затем рекуперируется в виде слабой HNO 3, а небольшие непрореагировавшие и инертные газы выбрасываются в атмосферу.
Производство в лаборатории
В лаборатории HNO 3 обычно синтезируется путем термического разложения нитрата меди. Это дает оксид меди, диоксид азота и кислород. Последние два пропускаются через воду для получения азотной кислоты.
А затем реализовать процесс Оствальда
В последние пару десятилетий исследователи разработали электрохимические средства для получения безводной кислоты из концентрированного HNO 3. Этот процесс осуществляется путем регулирования тока электролиза до тех пор, пока не будут получены необходимые продукты.
Свойства
68% раствор HNO 3 имеет температуру кипения 120,5 °C при давлении 1 атм. С другой стороны, чистая HNO 3 кипит при 83 °C. При комнатной температуре эта концентрированная форма выглядит как бесцветная жидкость.
Поскольку азотная кислота имеет свойство разлагаться на открытом воздухе, ее хранят в стеклянных бутылках.
Оксиды азота, образующиеся в результате реакции разложения, полностью или частично растворяются в кислоте, вызывая незначительные изменения давления пара над жидкостью. Когда он остается растворенным, он дает кислотно-желтый цвет или красный при более высоких температурах.
Концентрированная азотная кислота выделяет белые пары при контакте с воздухом, в то время как кислота, растворенная в диоксиде азота, образует красновато-коричневые пары.
По концентрации сильную HNO 3 можно разделить на две группы: красная и белая дымящаяся азотная кислота. Первый содержит 84% азотной кислоты, 13% тетроксида диазота и 1-2% воды. Напротив, белая дымящаяся азотная кислота содержит не более 2% воды и очень небольшое количество растворенного диоксида азота (0,5%).
HNO3 с растворенным оксидом азота
Среди нескольких важных реакций HNO3 можно выделить следующие –
А так как это сильный окислитель, то он бурно реагирует с различными неметаллическими веществами. Продукты таких взрывных реакций зависят от температуры, концентрации кислоты и используемого восстановителя.
Области применения
Химические и физические свойства азотной кислоты делают ее ценным веществом. Она имеет несколько различных применений в различных областях, особенно в химической и фармацевтической промышленности.
Удобрения: Почти 80% производимой азотной кислоты используется для производства удобрений. Точнее, она используется для производства аммиачной селитры (NH 4 NO 3) и кальций-аммиачной селитры, которые находят применение в качестве удобрений.
Красители и пластмассы: Нитрат кальция и аммония используется в некоторых упаковках со льдом/гелем в качестве альтернативы аммиачной селитре. Она также используется для производства химикатов и растворов, которые используются в производстве красителей и пластмасс.
Ракетное топливо: красная и белая дымящаяся азотная кислота используется в жидкостных ракетах в качестве окислителя. Во время Второй мировой войны немецкие военные использовали дымящуюся красную азотную кислоту в нескольких ракетах.
Деревообработка: Очень слабая HNO3 (с концентрацией 10%) используется для искусственного старения древесины сосны и клена. Придает дереву винтажный вид с масляной отделкой.
Другие применения: слегка концентрированный раствор под названием Nital используется для травления металла, чтобы выявить его структуру на микроуровне. Рефлюксная азотная кислота используется в процессах очистки углеродных нанотрубок. В электрохимии HNO3 используется в качестве химического легирующего агента для органических полупроводников.
Вопросы и ответы
Проводит ли HNO3 электричество?
Как и другие сильные кислоты, азотная кислота является хорошим проводником электричества. Исследования показывают, что обработка материала этой кислотой может улучшить его электропроводность до 200 раз.
Растворяет ли HNO3 золото?
Азотная кислота не реагирует с некоторыми драгоценными металлами, такими как металлы платиновой группы и чистое золото. Однако она может растворять некоторые сплавы золота, содержащие менее благородные металлы, такие как серебро и медь. Цветное золото, например, растворяется в азотной кислоте и меняет цвет своей поверхности.
Хотя чистое золото не проявляет никакого эффекта при контакте с азотной кислотой, оно реагирует с царской водкой, смесью азотной и соляной кислот, оптимально в молярном соотношении 1:3. Некоторые ювелирные магазины используют азотную кислоту как дешевое средство для быстрого обнаружения сплавов с низким содержанием золота (менее 14 карат).
Как нейтрализуется HNO 3?
При более высоких концентрациях выделение азотной кислоты может быть весьма значительным, и поэтому необходима хорошая вентиляция. Ее можно нейтрализовать любым неорганическим основанием, например, гидроксидом натрия или известью.
Такие реакции нейтрализации выделяют много тепла. Например, нейтрализация 10% раствора азотной кислоты приведет к повышению температуры на 20 °C, а нейтрализация 70% раствора приведет к повышению температуры на 120 °C, что достаточно для того, чтобы вызвать паровые взрывы.
Азотная кислота ГОСТ 4461-77
наименование
Азотная кислота (HNO3) — сильная одноосновная кислота. Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации с моноклинной и ромбической решётками.
Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. В водных растворах она практически полностью диссоциирует на ионы. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 68,4 % и tкип120 °C при нормальном атмосферном давлении. Известны два твёрдых гидрата: моногидрат (HNO3·H2O) и тригидрат (HNO3·3H2O). Кислота ядовита.
Содержание
Физические и физико-химические свойства
Азот в азотной кислоте четырёхвалентен, степень окисления +5. Азотная кислота — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C (при нормальном атмосферном давлении) с частичным разложением. Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях. Водные растворы HNO3 с массовой долей 0,95-0,98 называют «дымящей азотной кислотой», с массовой долей 0,6-0,7 — концентрированной азотной кислотой. С водой образует азеотропную смесь (массовая доля 68,4 %, d20 = 1,41 г/см, Tкип = 120,7 °C)
При кристаллизации из водных растворов азотная кислота образует кристаллогидраты:
Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации:
Моногидрат образует кристаллы ромбической сингонии, пространственная группа P na2, a = 0,631 нм, b = 0,869 нм, c = 0,544, Z = 4;
Плотность водных растворов азотной кислоты как функция её концентрации описывается уравнением
d(c) = 0,9952 + 0,564c + 0,3005c 2 − 0,359c 3
где d — плотность в г/см³, с — массовая доля кислоты. Данная формула плохо описывает поведение плотности при концентрации более 97 %.
Химические свойства
Высококонцентрированная HNO3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения:
При нагревании азотная кислота распадается по той же реакции. Азотную кислоту можно перегонять без разложения только при пониженном давлении (указанная температура кипения при атмосферном давлении найдена экстраполяцией).
Золото, некоторые металлы платиновой группы и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции при этом определяется её концентрацией.
HNO3 как сильная одноосновная кислота взаимодействует:
а) с основными и амфотерными оксидами:
в) вытесняет слабые кислоты из их солей:
При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается:
Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом азот восстанавливается до степени окисления от +5 до −3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты. Как кислота-окислитель, HNO3 взаимодействует:
а) с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода:
б) с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода:
Все приведенные выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции. Это означает, что в данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, например, при взаимодействии цинка с азотной кислотой (массовая доля азотной кислоты в растворе 0,3) в продуктах будет содержаться больше всего NO, но также будут содержаться (только в меньших количествах) и NO2, N2O, N2 и NH4NO3.
Единственная общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:
С золотом и платиной азотная кислота, даже концентрированная, не взаимодействует. Железо, алюминий, хром холодной концентрированной азотной кислотой пассивируются. С разбавленной азотной кислотой железо взаимодействует, причем в зависимости от концентрации кислоты образуются не только различные продукты восстановления азота, но и различные продукты окисления железа:
Азотная кислота окисляет неметаллы, при этом азот обычно восстанавливается до NO или NO2:
и сложные вещества, например:
Некоторые органические соединения (например амины, скипидар) самовоспламеняются при контакте с концентрированной азотной кислотой.
Некоторые металлы (железо, хром, алюминий, кобальт, никель, марганец, бериллий), реагирующие с разбавленной азотной кислотой, пассивируются концентрированной азотной кислотой и устойчивы к её воздействию.
Смесь азотной и серной кислот носит название «меланж».
Азотная кислота широко используется для получения нитросоединений.
Смесь трех объёмов соляной кислоты и одного объёма азотной называется «царской водкой». Царская водка растворяет большинство металлов, в том числе золото и платину. Её сильные окислительные способности обусловлены образующимся атомарным хлором и хлоридом нитрозила:
3HCl + HNO3 ⟶ NOCl + 2[Cl]↑ + 2H2O
Au + HNO3 + 4HCl ⟶ H[AuCl4] + NO↑ + 2H2O
3Pt + 4HNO3 + 18HCl ⟶ 3H2[PtCl6] + 4NO↑ + 8H2O 
Нитраты
Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли — нитраты — получают действием HNO3 на металлы и некоторые соединения неметаллов, оксиды, гидроксиды или карбонаты. Все нитраты хорошо растворимы в воде. Нитрат-ион в воде не гидролизуется.
Соли азотной кислоты при нагревании необратимо разлагаются, причём состав продуктов разложения определяется катионом:
а) нитраты металлов, стоящих в ряду напряжений левее магния (исключая литий):
б) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений между магнием и медью (а также литий):
в) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений правее ртути:
Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой температуре в твердом состоянии являются сильными окислителями, например, при сплавлении твердых веществ:
Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают нитраты до NH3:
С азотной кислотой не реагируют стекло, фторопласт-4.
Исторические сведения
Методика получения разбавленной азотной кислоты путём сухой перегонки селитры с квасцами и медным купоросом была, по видимому, впервые описана в трактатах Джабира (Гебера в латинизированных переводах) в VIII веке. Этот метод с теми или иными модификациями, наиболее существенной из которых была замена медного купороса железным, применялся в европейской и арабской алхимии вплоть до XVII века.
В XVII веке Глаубер предложил метод получения летучих кислот реакцией их солей с концентрированной серной кислотой, в том числе и азотной кислоты из калийной селитры, что позволило ввести в химическую практику концентрированную азотную кислоту и изучить её свойства. Метод Глаубера применялся до начала XX века, причём единственной существенной модификацией его оказалась замена калийной селитры на более дешёвую натриевую (чилийскую) селитру.
Во времена М. В. Ломоносова азотную кислоту называли крепкой водкой.
Промышленное производство, применение и действие на организм
Азотная кислота является одним из самых крупнотоннажных продуктов химической промышленности.
Производство азотной кислоты
Современный способ её производства основан на каталитическом окислении синтетического аммиака на платино-родиевых катализаторах (процесс Оствальда) до смеси оксидов азота (нитрозных газов), с дальнейшим поглощением их водой
Все три реакции — экзотермические, первая — необратимая, остальные — обратимые. Концентрация полученной таким методом азотной кислоты колеблется в зависимости от технологического оформления процесса от 45 до 58 %. Для получения концентрированной азотной кислоты либо смещают равновесие в третьей реакции путём повышения давления до 50 атмосфер, либо в разбавленную азотную кислоту добавляют серную кислоту и нагревают, при этом азотная кислота, в отличие от воды и серной кислоты, испаряется.
Впервые азотную кислоту получили алхимики, нагревая смесь селитры и железного купороса:
Чистую азотную кислоту получил впервые Иоганн Рудольф Глаубер, действуя на селитру концентрированной серной кислотой:
Дальнейшей дистилляцией может быть получена т. н. «дымящая азотная кислота», практически не содержащая воды.
Применение
Действие на организм
Юникод
В Юникоде есть алхимический символ азотной кислоты (лат. Aqua fortis ).