Содержание
1. Азотная кислота стр. 3
2. Окислительные свойства азотной кислоты стр. 3
3. Нитраты стр. 6
4. Промышленное получение азотной кислоты стр. 7
5. Круговорот азоты в природе стр. 8
6. Библиография стр. 101. Азотная кислота. Чистая азотная кислота HNO[pic]—бесцветная жидкость
плотностью 1,51 г/см[pic] при — 42 °С застывающая в прозрачную
кристаллическую массу. На воздухе она, подобно концентрированной соляной
кислоте, «дымит», так как пары ее образуют с 'влагой воздуха мелкие
капельки тумана,
Азотная кислота не отличается прочностью, Уже под влиянием света она
постепенно разлагается:
[pic]
Чем выше температура и чем концентрированнее кислота, тем быстрее идет
разложение. 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[pic] и- NO[pic].
2. Окислительные свойства азотной кислоты. Характерным свойством азотной
кислоты является ее ярко выраженная окислительная способность. Азотная
кислота—один из энергичнейших окислителей. Многие неметаллы легко
окисляются ею, превращаясь в соответствующие кислоты. Так, сера при
кипячении с азотной кислотой постепенно окисляется в серную кислоту, фосфор
— в фосфорную. Тлеющий уголек, погруженный в концентрированную HNO[pic],
ярко разгорается.
Азотная кислота действует почти на все металлы (за исключением золота,
платины, тантала, родия, иридия), превращая их в нитраты, а некоторые
металлы—в оксиды.
Концентрированная HNO[pic] пассивирует некоторые металлы. Еще Ломоносов
открыл, что железо, легко растворяющееся в разбавленной азотной кислоте, не
растворяется в холодной концентрированной HNO[pic]. Позже было установлено,
что аналогичное действие азотная кислота оказывает на хром и алюминий. Эти
металлы переходят под действием концентрированной азотной кислоты в
пассивное состояние.
Степень окисленности азота в азотной кислоте равна 4-5. Выступая в
качестве окислителя, НNО[pic] может восстанавливаться до различных
продуктов:
[pic]
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[pic], тем менее глубоко она восстанавливается.
При реакциях с концентрированной кислотой чаще всего выделяется [pic]. При
взаимодействии разбавленной азотной кислоты с малоактивными металлами,
например, с медью, выделяется NO. В случае более активных металлов —
железа, цинка, — образуется[pic]. Сильно разбавленная азотная кислота
взаимодействует с активными металлами——цинком, 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;
[pic]
При действии азотной кислоты на металлы водород, как правило, не
выделяется.
При окислении неметаллов концентрированная азотная кислота, как и в
случае металлов, восстанавливается до [pic], например
[pic]
Более разбавленная кислота обычно восстанавливается до NO, например:
[pic]
Приведенные схемы иллюстрируют наиболее типичные случаи взаимодействия
азотной кислоты с металлами и неметаллами. Вообще же, окислительно-
восстановительные реакции, идущие с участием [pic], протекают сложно.
Смесь, состоящая из 1 объема азотной и 3—4 объемов концентрированной
соляной кислоты, называется царской водкой. Царская водка растворяет
некоторые металлы, не взаимодействующие с азотной кислотой, в том числе и
«царя металлов»—золото. Действие ее объясняется тем, что азотная кислота
окисляет соляную с выделением свободного хлора и образованием хлороксида
азота(III), или хлорида нитрозила, [pic]:[pic]
Хлорид нитрозила является промежуточным продуктом реакции и разлагается:
[pic]
Хлор в момент выделения состоит из атомов, что и обусловливает высокую
окислительную способность царской водки. Реакции окисления золота и платины
протекают в основном согласно следующим уравнениям.
[pic]
С избытком соляной кислоты хлорид золота(III) и хлорид платины (IV)
образуют комплексные соединения [pic]
На многие органические вещества азотная кислота действует так, что один
или несколько атомов водорода в молекуле органического соединения
замещаются нитрогруппами [pic]. Этот процесс называется нитрованием и имеет
большое значение в органической химии.
Азотная кислота — одно из важнейших соединений азота: в больших
количествах она расходуется в производстве, азотных удобрений, взрывчатых
веществ и органических красителей, служит окислителем во многих химических
процессах, 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:
[pic]Нитраты большинства остальных металлов при нагревании распадаются на
оксид металла, кислород и диоксид азота. Например:
[pic]
Наконец, нитраты наименее активных металлов (например, серебра, золота)
разлагаются при нагревании до свободного металла:
[pic]
Легко отщепляя кислород, нитраты при высокой температуре являются
энергичными окислителями. Их водные растворы, напротив, почти не проявляют
окислительных свойств.
Наиболее важное значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция,
которые на практике называются селитрами.
Нитрат натрия [pic]или натриевая селитра, иногда называемая также
чилийской селитрой, встречается в большом количестве в природе только в
Чили.
Нитрат калия[pic], или калийная селитра, в небольших количествах также
встречается в природе, но главным образом получается искусственно при
взаимодействии нитрата натрия с хлоридом калия.
Обе эти соли используются в качестве удобрений, причем нитрат калия
содержит два необходимых растениям элемента: азот и калий. Нитраты натрия и
калия применяются также при стекловарении и в пищевой промышленности для
консервирования продуктов.
Нитрат кальция [pic]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
[pic]
Образовавшийся [pic] легко переходит в[pic], 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 органических 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
карбонатами, например с карбонатом кальция[pic], образует нитраты:
[pic]
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. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения,
возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.
Изучение вопросов питания растений и повышения урожайности последних
путем применения удобрений является предметом специальной отрасли химия,
получившей название агрохимии.
