اسید نیتریک غلیظ با چه موادی واکنش نشان می دهد؟ برهمکنش فلزات با اسید نیتریک

مقدمه

شما به گلکاری علاقه دارید و برای خرید کود برای گل های خود به فروشگاه آمدید. با نگاهی به نام ها و فرمول های مختلف، متوجه بطری با برچسب "کود نیتروژن" می شوید. ترکیب آن را می خوانیم: "فسفر، کلسیم، ... اسید نیتریک? و این چه حیوانی است؟!».معمولاً مردم در چنین محیطی با اسید نیتریک آشنا می شوند. و سپس بسیاری می خواهند در مورد آن بیشتر بدانند. امروز سعی می کنم کنجکاوی شما را برآورده کنم.

تعریف

اسید نیتریک (فرمول HNO 3) یک اسید مونوبازیک قوی است. در حالت اکسید نشده، مانند عکس 1 به نظر می رسد. در شرایط عادی، مایع است، اما می تواند به جامد تبدیل شود. حالت تجمع. و در آن شبیه کریستال هایی است که دارای یک شبکه مونوکلینیک یا لوزی شکل هستند.

خواص شیمیایی اسید نیتریک

این توانایی به خوبی با آب مخلوط می شود، جایی که تقریباً تجزیه کامل این اسید به یون اتفاق می افتد. اسید نیتریک غلیظ رنگ قهوه ای دارد (عکس). آن را با تجزیه به دی اکسید نیتروژن، آب و اکسیژن، که به دلیل رخ می دهد تامین می شود نور خورشیدکه روی او می افتد اگر گرم شود، همان تجزیه رخ می دهد. همه فلزات با آن واکنش می دهند، به استثنای تانتالیوم، طلا و پلاتینوئیدها (روتنیم، رودیم، پالادیوم، ایریدیم، اسمیم و پلاتین). با این حال، ترکیب آن با اسید هیدروکلریک حتی می تواند برخی از آنها را حل کند (این به اصطلاح "ودکای سلطنتی" است). اسید نیتریک با داشتن هر غلظتی می تواند به عنوان یک عامل اکسید کننده ظاهر شود. بسیاری از مواد آلی، هنگام تعامل با آن، می توانند خود به خود مشتعل شوند. و برخی از فلزات موجود در این اسید غیر فعال می شوند. هنگام اثر بر روی آنها (و همچنین هنگام واکنش با اکسیدها، کربنات ها و هیدروکسیدها)، اسید نیتریک نمک های خود را تشکیل می دهد که به آنها نیترات می گویند. دومی ها به شدت در آب حل می شوند. اما یون های نیترات در آن هیدرولیز نمی شوند. اگر نمک های این اسید گرم شوند، تجزیه غیرقابل برگشت آنها اتفاق می افتد.

اعلام وصول

برای به دست آوردن اسید نیتریک، آمونیاک مصنوعی با استفاده از کاتالیزورهای پلاتین-رودیوم اکسید می شود تا زمانی که مخلوطی از گازهای نیتروژن ظاهر شود که متعاقباً توسط آب جذب می شود. همچنین هنگامی که نیترات پتاسیم و سولفات آهن مخلوط شده و حرارت داده می شود تشکیل می شود.

کاربرد

با کمک اسید نیتریک، کودهای معدنی، مواد منفجره و برخی مواد سمی تولید می شود. با فرم های چاپ (تخته های اچینگ، کلیشه های منیزیم و غیره) مسموم می شود و همچنین محلول های رنگ آمیزی عکس ها را اسیدی می کند. رنگ ها و داروها از اسید نیتریک تولید می شوند و همچنین برای تعیین وجود طلا در آلیاژهای طلا استفاده می شود.

تاثیر فیزیولوژیکی

با توجه به درجه تأثیر اسید نیتریک بر بدن، آن را به عنوان یک کلاس خطر 3 (متوسط ​​خطرناک) طبقه بندی می کند. استنشاق بخارات آن منجر به تحریک مجاری تنفسی می شود. اسید نیتریک پس از تماس با پوست، زخم‌های زیادی را به جای می‌گذارد که بهبودی طولانی‌مدت دارند. مناطقی از پوست که او در آن قرار گرفت مشخص می شود رنگ زرد(یک عکس). در اصطلاح علمی، واکنش زانتوپروتئین رخ می دهد. دی اکسید نیتروژن که هنگام گرم شدن یا تجزیه اسید نیتریک در حضور نور تولید می شود، بسیار سمی است و می تواند باعث ادم ریوی شود.

نتیجه

اسید نیتریک هم در حالت رقیق و هم در حالت خالص برای فرد مفید است. اما اغلب در ترکیب موادی یافت می شود که احتمالاً با بسیاری از آنها آشنا هستید (مثلاً نیتروگلیسیرین).

اسید نیتریک یکی از ترکیبات اصلی نیتروژن است. فرمول شیمیایی - HNO 3. پس خواص فیزیکی و شیمیایی این ماده چیست؟

مشخصات فیزیکی

اسید نیتریک خالص رنگ ندارد، بوی تند دارد و در هوا ویژگی "سیگار کشیدن" را دارد. جرم مولی 63 گرم بر مول است. در دمای 42- درجه، به حالت جامد از تجمع می رسد و به یک توده سفید برفی تبدیل می شود. اسید نیتریک بدون آب در 86 درجه می جوشد. در فرآیند اختلاط با آب، محلول هایی را تشکیل می دهد که از نظر غلظت با یکدیگر متفاوت هستند.

این ماده مونوبازیک است یعنی همیشه یک گروه کربوکسیل دارد. در میان اسیدهایی که عامل اکسید کننده قوی هستند، اسید نیتریک یکی از قوی ترین ها است. به دلیل کاهش نیتروژن با بسیاری از فلزات و غیر فلزات، ترکیبات آلی واکنش می دهد

نیترات ها نمک های اسید نیتریک هستند. اغلب آنها به عنوان کود در کشاورزی استفاده می شود.

خواص شیمیایی

فرمول الکترونیکی و ساختاری اسید نیتریک به شرح زیر است:

برنج. 1. فرمول الکترونیکی اسید نیتریک.

اسید نیتریک غلیظ در معرض نور قرار می گیرد و تحت تأثیر آن قادر است به اکسیدهای نیتروژن تجزیه شود. اکسیدها، به نوبه خود، در تعامل با اسید، در آن حل می شوند و به مایع رنگ زرد می دهند:

4HNO 3 \u003d 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O

ماده را در جای خنک و تاریک نگهداری کنید. با افزایش دما و غلظت آن، فرآیند تجزیه بسیار سریعتر اتفاق می افتد. نیتروژن در یک مولکول اسید نیتریک همیشه دارای ظرفیت IV، حالت اکسیداسیون +5، هماهنگی شماره 3 است.

از آنجایی که اسید نیتریک یک اسید بسیار قوی است، در محلول ها کاملاً به یون تجزیه می شود. با اکسیدهای بازی، با بازها، با نمک اسیدهای ضعیف تر و فرارتر واکنش می دهد.

برنج. 2. اسید نیتریک.

این اسید مونوبازیک قوی ترین عامل اکسید کننده است. اسید نیتریک روی بسیاری از فلزات اثر می گذارد. بسته به غلظت، فعالیت فلز و شرایط واکنش، می توان آن را با تشکیل همزمان نمک اسید نیتریک (نیترات) به ترکیبات کاهش داد.

هنگامی که اسید نیتریک با فلزات غیرفعال برهمکنش می کند، NO 2 تشکیل می شود:

Cu + 4HNO 3 (conc.) \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

اسید نیتریک رقیق در این شرایط به NO کاهش می یابد:

3Cu + 8HNO 3 (razb.) \u003d 3Сu (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O

اگر فلزات فعال بیشتری با اسید نیتریک رقیق واکنش نشان دهند، NO 2 آزاد می شود:

4Mg + 10HNO 3 (razb.) \u003d 4Mg (NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

اسید نیتریک بسیار رقیق، هنگام تعامل با فلزات فعال، به نمک های آمونیوم کاهش می یابد:

4Zn + 10HNO 3 (بسیار رقیق) \u003d 4Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

طلا، پلاتین، Rh، Ir، Ta، Ti در اسید نیتریک غلیظ پایدار هستند. این فلزات Al، Fe، Cr را در نتیجه تشکیل لایه های اکسید روی سطح فلزات "غیرفعال" می کند.

مخلوطی که از یک حجم اسید نیتریک غلیظ و سه حجم اسید کلریدریک غلیظ (هیدروکلریک) تشکیل می شود، آکوا رژیا نامیده می شود.

برنج. 3. ودکای سلطنتی.

غیر فلزات توسط اسید نیتریک به اسیدهای مربوطه اکسید می شوند و اسید نیتریک بسته به غلظت به NO یا NO 2 کاهش می یابد:

C + 4HNO 3 (conc.) \u003d CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O

S + 6HNO 3 (conc.) \u003d H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O

اسید نیتریک قادر است برخی کاتیون ها و آنیون ها و همچنین غیر آلی را اکسید کند ترکیبات کووالانسیمانند سولفید هیدروژن.

3H 2 S + 8HNO 3 (رزب.) \u003d 3H 2 SO 4 + 8NO + 4H 2 O

اسید نیتریک با بسیاری از مواد آلی، با یک یا چند اتم هیدروژن در مولکول، برهم کنش دارد مواد آلیبا گروه های نیترو - NO 2 جایگزین می شوند. این فرآیند نیتراسیون نامیده می شود.

یکی از مهم ترین محصولاتی که انسان استفاده می کند اسید نیترات است. فرمول این ماده HNO 3 است، همچنین دارای انواع فیزیکی و ویژگی های شیمیاییتمایز آن از سایر اسیدهای معدنی در مقاله خود به بررسی خواص اسید نیتریک می پردازیم، با روش های تولید آن آشنا می شویم و همچنین دامنه این ماده را در صنایع مختلف، پزشکی و پزشکی در نظر می گیریم. کشاورزی.

ویژگی های خواص فیزیکی

اسید نیتریک مشتق شده از آزمایشگاه که فرمول ساختاری آن در زیر آورده شده است، مایعی بی رنگ با بوی نامطبوع و سنگین تر از آب است. به سرعت تبخیر می شود و دارای نقطه جوش کم +83 درجه سانتیگراد است. این ترکیب به راحتی با هر نسبت با آب مخلوط می شود و محلول هایی با غلظت های مختلف تشکیل می شود. علاوه بر این، اسید نیترات می تواند رطوبت هوا را جذب کند، یعنی یک ماده مرطوب کننده است. فرمول ساختاری اسید نیتریک مبهم است و می تواند دو شکل داشته باشد.

در شکل مولکولی، اسید نیترات وجود ندارد. در محلول های آبی با غلظت های مختلف، این ماده به شکل ذرات زیر است: یون ها و آنیون های هیدرونیوم H 3 O + باقی مانده اسید- شماره 3 - .

برهمکنش اسید و باز

اسید نیتریک، که یکی از قوی ترین اسیدها است، وارد تبادل، خنثی سازی می شود. بنابراین، با اکسیدهای بازی، این ترکیب در فرآیندهای متابولیکی شرکت می کند که در نتیجه نمک و آب به دست می آید. واکنش خنثی سازی خاصیت شیمیایی پایه همه اسیدها است. محصولات حاصل از برهمکنش بازها و اسیدها همیشه نمک و آب مربوطه خواهد بود:

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

واکنش با فلزات

در یک مولکول اسید نیتریک که فرمول آن HNO 3 است، نیتروژن بیشترین میزان را دارد. درجه بالااکسیداسیون برابر با 5+ است، بنابراین این ماده دارای خواص اکسید کننده است. به عنوان یک اسید قوی، قادر به تعامل با فلزات در سری فعالیت فلزات تا هیدروژن است. با این حال، برخلاف سایر اسیدها، می تواند با عناصر فلزی غیرفعال مانند مس یا نقره نیز واکنش نشان دهد. معرف ها و محصولات متقابل هم با غلظت خود اسید و هم با فعالیت فلز تعیین می شوند.

رقیق کردن اسید نیتریک و خواص آن

اگر کسر جرمی HNO 3 0.4-0.6 باشد، این ترکیب تمام خواص یک اسید قوی را نشان می دهد. به عنوان مثال، به کاتیون های هیدروژن و آنیون های باقی مانده اسید تجزیه می شود. نشانگرها در یک محیط اسیدی، به عنوان مثال، تورنسل بنفش، در حضور بیش از حد یون H +، رنگ خود را به قرمز تغییر می دهد. مهمترین ویژگی واکنش های اسید نیترات با فلزات عدم امکان آزادسازی هیدروژن است که به آب اکسید می شود. در عوض، ترکیبات مختلفی تشکیل می شود - اکسیدهای نیتروژن. به عنوان مثال، در فرآیند برهمکنش نقره با مولکول های اسید نیتریک که فرمول آن HNO 3 است، مونوکسید نیتروژن، آب و نمک - نیترات نقره یافت می شود. درجه اکسیداسیون نیتروژن در آنیون پیچیده کاهش می یابد، زیرا سه الکترون اضافه می شود.

با عناصر فلزی فعال مانند منیزیم، روی، کلسیم، اسید نیترات واکنش نشان می دهد و اکسید نیتریک تشکیل می دهد که ظرفیت آن کوچکترین است، 1 است. نمک و آب نیز تشکیل می شوند:

4Mg + 10HNO 3 \u003d NH 4 NO 3 + 4Mg (NO 3) 2 + 3H 2 O

اگر اسید نیتریک که فرمول شیمیایی آن HNO 3 است، بسیار رقیق باشد، در این حالت، محصولات حاصل از برهمکنش آن با فلزات فعال متفاوت خواهد بود. این می تواند آمونیاک، نیتروژن آزاد یا اکسید نیتریک (I) باشد. این همه بستگی دارد عوامل خارجیکه شامل درجه آسیاب فلز و دمای مخلوط واکنش می باشد. به عنوان مثال، معادله تعامل آن با روی به شکل زیر خواهد بود:

Zn + 4HNO 3 \u003d روی (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

اسید HNO 3 غلیظ (96-98%) در واکنش با فلزات به دی اکسید نیتروژن کاهش می یابد و این معمولاً به موقعیت فلز در سری N. Beketov بستگی ندارد. این در اکثریت هنگام تعامل با نقره اتفاق می افتد.

بیایید استثنا قاعده را به خاطر بسپاریم: در شرایط عادی، اسید نیتریک غلیظ با آهن، آلومینیوم و کروم واکنش نشان نمی دهد، بلکه آنها را غیرفعال می کند. این بدان معنی است که یک فیلم اکسید محافظ روی سطح فلز تشکیل می شود و از تماس بیشتر با مولکول های اسید جلوگیری می کند. مخلوطی از یک ماده با اسید هیدروکلریک غلیظ به نسبت 3: 1 به نام aqua regia. او توانایی حل کردن طلا را دارد.

نحوه واکنش اسید نیترات با غیر فلزات

خواص اکسید کننده قوی یک ماده منجر به این واقعیت می شود که در واکنش های آن با عناصر غیر فلزی، دومی به شکل اسیدهای مربوطه منتقل می شود. به عنوان مثال، گوگرد به سولفات، بور به بوریک و فسفر به اسیدهای فسفات اکسید می شود. معادلات واکنش زیر این را تایید می کند:

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

به دست آوردن اسید نیتریک

راحت ترین روش آزمایشگاهی برای به دست آوردن یک ماده، برهمکنش نیترات ها با غلیظ است که با حرارت کم انجام می شود و از افزایش دما جلوگیری می شود، زیرا در این حالت محصول حاصل تجزیه می شود.

در صنعت، اسید نیتریک را می توان از راه های مختلفی به دست آورد. به عنوان مثال، از نیتروژن و هیدروژن هوا به دست می آید. تولید اسید در چند مرحله انجام می شود. اکسیدهای نیتروژن محصولات میانی خواهند بود. ابتدا مونوکسید نیتروژن NO تشکیل می شود، سپس با اکسیژن اتمسفر اکسید می شود و به دی اکسید نیتروژن تبدیل می شود. در نهایت در واکنش با آب و اکسیژن اضافی، اسید نیترات رقیق (60-40%) از NO 2 تولید می شود. اگر با اسید سولفات غلیظ تقطیر شود، کسر جرمی HNO 3 در محلول را می توان به 98 افزایش داد.

روش فوق برای تولید اسید نیترات اولین بار توسط بنیانگذار صنعت نیتروژن در روسیه، I. Andreev، در آغاز قرن بیستم ارائه شد.

کاربرد

همانطور که به یاد داریم، فرمول شیمیایی اسید نیتریک HNO 3 است. چه ویژگی خواص شیمیاییاگر اسید نیترات محصولی با تناژ بالا از تولید شیمیایی باشد، استفاده از آن را تعیین می کند؟ این یک توانایی اکسیداسیون بالای ماده است. در صنعت داروسازی برای تولید دارو استفاده می شود. این ماده به عنوان ماده اولیه برای سنتز ترکیبات انفجاری، پلاستیک ها، رنگ ها عمل می کند. اسید نیترات در فناوری نظامی به عنوان یک عامل اکسید کننده برای سوخت موشک استفاده می شود. از حجم زیاد آن در تولید مهمترین انواع کودهای نیتروژنی – نمکدان استفاده می شود. آنها به افزایش عملکرد مهم ترین محصولات و افزایش محتوای پروتئین در میوه ها و توده سبز کمک می کنند.

کاربردهای نیترات ها

با در نظر گرفتن خواص اصلی، تولید و استفاده از اسید نیتریک، ما بر استفاده از مهمترین ترکیبات آن - نمک ها تمرکز خواهیم کرد. آنها نه تنها کودهای معدنی هستند، بلکه برخی از آنها نیز کودهای معدنی هستند پراهمیتدر صنایع نظامی به عنوان مثال، مخلوطی از 75% نیترات پتاسیم، 15% زغال سنگ ریز و 5% گوگرد را پودر سیاه می گویند. آمونال، یک ماده منفجره، از نیترات آمونیوم و همچنین زغال سنگ و پودر آلومینیوم به دست می آید. یکی از ویژگی‌های جالب نمک‌های اسید نیترات توانایی تجزیه آن‌ها هنگام گرم شدن است.

علاوه بر این، محصولات واکنش بستگی به این دارد که کدام یون فلزی بخشی از نمک است. اگر عنصر فلزی در سری فعالیت سمت چپ منیزیم باشد، نیتریت ها و اکسیژن آزاد در محصولات یافت می شوند. اگر فلزی که بخشی از نیترات است از منیزیم تا مس قرار گیرد، پس از گرم شدن نمک، دی اکسید نیتروژن، اکسیژن و اکسید عنصر فلزی تشکیل می شود. نمک های نقره، طلا یا پلاتین در دمای بالا فلز آزاد، اکسیژن و دی اکسید نیتروژن را تشکیل می دهند.

در مقاله ما متوجه شدیم که فرمول شیمیایی اسید نیتریک در شیمی چیست و چه ویژگی هایی دارد. خواص اکسید کنندهبیشترین اهمیت را دارند.

اسید نیتریک

اسید نیتریک(HNO 3)، یک اسید مونوبازیک قوی است. اسید نیتریک جامد دو تغییر کریستالی را با شبکه های مونوکلینیک و لوزی شکل می دهد.

اسید نیتریک به هر نسبت با آب قابل اختلاط است. در محلول های آبی تقریباً به طور کامل به یون تجزیه می شود. این مخلوط با آب با غلظت 68.4 درصد و جفت باز 120 درجه سانتیگراد در فشار اتمسفر، مخلوط آزئوتروپیک را تشکیل می دهد. دو هیدرات جامد شناخته شده اند: مونوهیدرات (HNO 3 · H 2 O) و تری هیدرات (HNO 3 · 3H 2 O).

خواص شیمیایی

HNO 3 بسیار غلیظ معمولاً به دلیل فرآیند تجزیه در نور، رنگ قهوه ای دارد:

هنگام گرم شدن، اسید نیتریک طبق همان واکنش تجزیه می شود. اسید نیتریک را فقط می توان (بدون تجزیه) تحت فشار کاهش یافته تقطیر کرد (نقطه جوش نشان داده شده در فشار اتمسفر با برون یابی یافت می شود).

طلا، برخی از فلزات گروه پلاتین و تانتالیم در کل محدوده غلظت نسبت به اسید نیتریک بی اثر هستند، بقیه فلزات با آن واکنش می دهند، روند واکنش با غلظت آن تعیین می شود.

HNO 3 به عنوان یک اسید مونوبازیک قوی برهمکنش دارد:

الف) با اکسیدهای بازی و آمفوتریک:

ب) با دلایل:

ج) اسیدهای ضعیف را از نمک آنها جابجا می کند:

هنگام جوشیدن یا قرار گرفتن در معرض نور، اسید نیتریک تا حدی تجزیه می شود:

اسید نیتریک در هر غلظتی خواص اسید اکسید کننده را نشان می دهد، در حالی که نیتروژن به حالت اکسیداسیون 4+ تا 3- کاهش می یابد. عمق کاهش در درجه اول به ماهیت عامل کاهنده و غلظت اسید نیتریک بستگی دارد. به عنوان یک اسید اکسید کننده، HNO 3 برهمکنش دارد:

الف) با فلزاتی که در یک سری ولتاژ در سمت راست هیدروژن قرار دارند:

HNO غلیظ 3

HNO رقیق شده 3

ب) با فلزاتی که در یک سری ولتاژ در سمت چپ هیدروژن قرار دارند:

تمام معادلات فوق فقط سیر غالب واکنش را منعکس می کنند. به این معنی که در این شرایط، محصولات این واکنش بیشتر از محصولات سایر واکنش ها است، به عنوان مثال، در هنگام برهمکنش روی با اسید نیتریک (کسر جرمی اسید نیتریک در محلول 0.3)، محصولات حاوی بیشتر NO، اما همچنین حاوی (فقط در مقادیر کمتر) و NO 2، N 2 O، N 2 و NH 4 NO 3 خواهد بود.

تنها الگوی کلی در تعامل اسید نیتریک با فلزات: هرچه اسید رقیق تر و فلز فعال تر باشد، نیتروژن عمیق تری کاهش می یابد.

افزایش غلظت اسید افزایش فعالیت فلز

محصولات برهمکنش آهن با HNO 3 با غلظت های مختلف

اسید نیتریک، حتی غلیظ، با طلا و پلاتین تعامل ندارد. آهن، آلومینیوم، کروم با اسید نیتریک غلیظ سرد غیرفعال می شوند. آهن با اسید نیتریک رقیق تعامل می کند و بسته به غلظت اسید، نه تنها محصولات کاهش نیتروژن مختلف، بلکه محصولات مختلف اکسیداسیون آهن نیز تشکیل می شود:

اسید نیتریک غیر فلزات را اکسید می کند، در حالی که نیتروژن معمولاً به NO یا NO 2 کاهش می یابد:

و مواد پیچیده، به عنوان مثال:

برخی از ترکیبات آلی (مانند آمین ها و هیدرازین، سقز) در تماس با اسید نیتریک غلیظ به طور خود به خود مشتعل می شوند.

اسید نیتریک

برخی از فلزات (آهن، کروم، آلومینیوم، کبالت، نیکل، منگنز، بریلیم) که با اسید نیتریک رقیق واکنش می دهند، توسط اسید نیتریک غلیظ غیرفعال شده و در برابر اثرات آن مقاوم هستند.

مخلوطی از اسیدهای نیتریک و سولفوریک ملانژ نامیده می شود. به دلیل وجود آمیل، غلظت 104٪ به دست می آید. منبع مشخص نشده 150 روز] (یعنی وقتی 4 قسمت تقطیر به 100 قسمت ملانژ اضافه می شود، به دلیل جذب آب توسط آمیل، غلظت آن در 100٪ باقی می ماند. منبع مشخص نشده 150 روز]).

اسید نیتریک به طور گسترده ای برای به دست آوردن ترکیبات نیترو استفاده می شود.

مخلوطی از سه جلد اسید هیدروکلریکو یک حجم نیتروژن را «ودکای سلطنتی» می نامند. Aqua regia اکثر فلزات از جمله طلا و پلاتین را در خود حل می کند. توانایی اکسیداسیون قوی آن به دلیل کلر اتمی و نیتروزیل کلرید حاصل است:

نیترات ها

HNO 3 یک اسید قوی است. نمک های آن - نیترات ها - از اثر HNO 3 بر روی فلزات، اکسیدها، هیدروکسیدها یا کربنات ها به دست می آیند. تمام نیترات ها در آب بسیار محلول هستند.

نمک های اسید نیتریک - نیترات ها - به طور غیر قابل برگشتی در هنگام گرم شدن تجزیه می شوند، محصولات تجزیه توسط کاتیون تعیین می شوند:

الف) نیترات های فلزات که در ردیف ولتاژهای سمت چپ منیزیم قرار دارند:

2NaNO 3 \u003d 2NaNO 2 + O 2

ب) نیترات های فلزات واقع در یک سری ولتاژ بین منیزیم و مس:

4Al(NO 3) 3 \u003d 2Al 2 O 3 + 12NO 2 + 3O 2

ج) نیترات های فلزات واقع در یک سری ولتاژ در سمت راست جیوه:

2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2

د) نیترات آمونیوم:

NH 4 NO 3 \u003d N 2 O + 2H 2 O

نیترات‌ها در محلول‌های آبی عملاً خاصیت اکسیدکنندگی نشان نمی‌دهند، اما در دمای بالا در حالت جامد، نیترات‌ها عامل اکسیدکننده قوی هستند، به عنوان مثال:

Fe + 3KNO 3 + 2KOH = K 2 FeO 4 + 3KNO 2 + H 2 O - زمانی که جامدات ذوب می شوند.

روی و آلومینیوم در محلول قلیایی نیترات را به NH 3 کاهش می دهند:

نمک های اسید نیتریک - نیترات ها - به طور گسترده ای به عنوان کود استفاده می شود. در عین حال ، تقریباً تمام نیترات ها در آب بسیار محلول هستند ، بنابراین ، به شکل مواد معدنی ، طبیعت بسیار کوچکی دارند. استثناها نیترات شیلی (سدیم) و نیترات هندی (نیترات پتاسیم) هستند. بیشتر نیترات ها به صورت مصنوعی به دست می آیند.

شیشه، فلوئوروپلاست-4 با اسید نیتریک واکنش نمی دهند.

اطلاعات تاریخی

روش بدست آوردن اسید نیتریک رقیق با تقطیر خشک نمک نمک با آلوم و ویتریول آبی ظاهراً اولین بار در رساله های جابر (Geber در ترجمه های لاتین شده) در قرن هشتم شرح داده شده است. این روش با اصلاحات مختلفی که مهمترین آن جایگزینی سولفات مس با سولفات آهن بود، تا قرن هفدهم در کیمیاگری اروپا و عربی مورد استفاده قرار گرفت.

در قرن هفدهم، گلابر روشی را برای بدست آوردن اسیدهای فرار از طریق واکنش نمکهای آنها با اسید سولفوریک غلیظ، از جمله اسید نیتریک از نیترات پتاسیم، پیشنهاد کرد که امکان معرفی اسید نیتریک غلیظ را به عمل شیمیایی و مطالعه خواص آن ممکن کرد. روش گلوبر تا اوایل قرن بیستم مورد استفاده قرار گرفت و تنها تغییر قابل توجه جایگزینی نیترات پتاسیم با نیترات سدیم ارزان تر (شیلی) بود.

در زمان M.V. Lomonosov، اسید نیتریک ودکای قوی نامیده می شد.

تولید صنعتی، کاربرد و تأثیر بر بدن

اسید نیتریک یکی از بزرگترین محصولات در صنایع شیمیایی است.

تولید اسید نیتریک

روش مدرن تولید آن مبتنی بر اکسیداسیون کاتالیزوری آمونیاک مصنوعی بر روی کاتالیزورهای پلاتین-رودیوم (فرایند استوالد) به مخلوطی از اکسیدهای نیتروژن (گازهای نیتروژن)، با جذب بیشتر آنها توسط آب است.

4NH 3 + 5O 2 (Pt) → 4NO + 6H 2 O 2NO + O 2 → 2NO 2 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O → 4HNO 3.

غلظت اسید نیتریک به دست آمده با این روش از 45 تا 58 درصد بسته به طراحی تکنولوژیکی فرآیند متغیر است. برای اولین بار، اسید نیتریک توسط کیمیاگران با حرارت دادن مخلوط نمک نمک و سولفات آهن بدست آمد:

4KNO 3 + 2 (FeSO 4 7H 2 O) (t°) → Fe 2 O 3 + 2K 2 SO 4 + 2HNO 3 + NO 2 + 13H 2 O

اسید نیتریک خالص برای اولین بار توسط یوهان رودولف گلابر به دست آمد که روی نمک نمک با اسید سولفوریک غلیظ عمل می کرد:

KNO 3 + H 2 SO 4 (conc.) (t°) → KHSO 4 + HNO 3

تقطیر بیشتر را می توان به اصطلاح به دست آورد. "اسید نیتریک گازدار" که عملاً حاوی آب نیست.

یکی از مهم ترین محصولاتی که انسان استفاده می کند اسید نیترات است. فرمول این ماده HNO 3 است، همچنین دارای ویژگی های فیزیکی و شیمیایی متنوعی است که آن را از سایر اسیدهای معدنی متمایز می کند. در مقاله خود به بررسی خواص اسید نیتریک می پردازیم، با روش های تولید آن آشنا می شویم و همچنین دامنه این ماده را در صنایع مختلف، پزشکی و کشاورزی در نظر می گیریم.

ویژگی های خواص فیزیکی

اسید نیتریک مشتق شده از آزمایشگاه که فرمول ساختاری آن در زیر آورده شده است، مایعی بی رنگ با بوی نامطبوع و سنگین تر از آب است. به سرعت تبخیر می شود و دارای نقطه جوش کم +83 درجه سانتیگراد است. این ترکیب به راحتی با هر نسبت با آب مخلوط می شود و محلول هایی با غلظت های مختلف تشکیل می شود. علاوه بر این، اسید نیترات می تواند رطوبت هوا را جذب کند، یعنی یک ماده مرطوب کننده است. فرمول ساختاری اسید نیتریک مبهم است و می تواند دو شکل داشته باشد.

در شکل مولکولی، اسید نیترات وجود ندارد. در محلول های آبی با غلظت های مختلف، این ماده به شکل ذرات زیر است: H 3 O + - یون های هیدرونیوم و آنیون های باقی مانده اسید - NO 3 -.

برهمکنش اسید و باز

اسید نیتریک که یکی از قوی ترین اسیدها است وارد واکنش های جایگزینی، تبادلی و خنثی سازی می شود. بنابراین، با اکسیدهای بازی، این ترکیب در فرآیندهای متابولیکی شرکت می کند که در نتیجه نمک و آب به دست می آید. واکنش خنثی سازی خاصیت شیمیایی پایه همه اسیدها است. محصولات حاصل از برهمکنش بازها و اسیدها همیشه نمک و آب مربوطه خواهد بود:

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

ویدیو های مرتبط

واکنش با فلزات

در مولکول اسید نیتریک که فرمول آن HNO 3 است، نیتروژن بالاترین حالت اکسیداسیون را نشان می دهد که برابر با 5+ است، بنابراین این ماده دارای خاصیت اکسید کننده بارز است. به عنوان یک اسید قوی، قادر به تعامل با فلزات در سری فعالیت فلزات تا هیدروژن است. با این حال، برخلاف سایر اسیدها، می تواند با عناصر فلزی غیرفعال مانند مس یا نقره نیز واکنش نشان دهد. معرف ها و محصولات متقابل هم با غلظت خود اسید و هم با فعالیت فلز تعیین می شوند.

رقیق کردن اسید نیتریک و خواص آن

اگر کسر جرمی HNO 3 0.4-0.6 باشد، این ترکیب تمام خواص یک اسید قوی را نشان می دهد. به عنوان مثال، به کاتیون های هیدروژن و آنیون های باقی مانده اسید تجزیه می شود. نشانگرها در یک محیط اسیدی، به عنوان مثال، تورنسل بنفش، در حضور بیش از حد یون H +، رنگ خود را به قرمز تغییر می دهد. مهمترین ویژگی واکنش های اسید نیترات با فلزات عدم امکان آزادسازی هیدروژن است که به آب اکسید می شود. در عوض، ترکیبات مختلفی تشکیل می شود - اکسیدهای نیتروژن. به عنوان مثال، در فرآیند برهمکنش نقره با مولکول های اسید نیتریک که فرمول آن HNO 3 است، مونوکسید نیتروژن، آب و نمک - نیترات نقره یافت می شود. درجه اکسیداسیون نیتروژن در آنیون پیچیده کاهش می یابد، زیرا سه الکترون اضافه می شود.

با عناصر فلزی فعال مانند منیزیم، روی، کلسیم، اسید نیترات واکنش نشان می دهد و اکسید نیتریک تشکیل می دهد که ظرفیت آن کوچکترین است، 1 است. نمک و آب نیز تشکیل می شوند:

4Mg + 10HNO 3 \u003d NH 4 NO 3 + 4Mg (NO 3) 2 + 3H 2 O

اگر اسید نیتریک که فرمول شیمیایی آن HNO 3 است، بسیار رقیق باشد، در این حالت، محصولات حاصل از برهمکنش آن با فلزات فعال متفاوت خواهد بود. این می تواند آمونیاک، نیتروژن آزاد یا اکسید نیتریک (I) باشد. همه چیز به عوامل خارجی بستگی دارد که شامل درجه آسیاب فلز و دمای مخلوط واکنش است. به عنوان مثال، معادله تعامل آن با روی به شکل زیر خواهد بود:

Zn + 4HNO 3 \u003d روی (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

اسید HNO 3 غلیظ (96-98%) در واکنش با فلزات به دی اکسید نیتروژن کاهش می یابد و این معمولاً به موقعیت فلز در سری N. Beketov بستگی ندارد. این در اغلب موارد، به عنوان مثال، هنگام تعامل با نقره اتفاق می افتد.

بیایید استثنا قاعده را به خاطر بسپاریم: در شرایط عادی، اسید نیتریک غلیظ با آهن، آلومینیوم و کروم واکنش نشان نمی دهد، بلکه آنها را غیرفعال می کند. این بدان معنی است که یک فیلم اکسید محافظ روی سطح فلز تشکیل می شود و از تماس بیشتر با مولکول های اسید جلوگیری می کند. مخلوطی از یک ماده با اسید هیدروکلریک غلیظ به نسبت 3: 1 به نام aqua regia. او توانایی حل کردن طلا را دارد.

نحوه واکنش اسید نیترات با غیر فلزات

خواص اکسید کننده قوی یک ماده منجر به این واقعیت می شود که در واکنش های آن با عناصر غیر فلزی، دومی به شکل اسیدهای مربوطه منتقل می شود. به عنوان مثال، گوگرد به سولفات، بور به بوریک و فسفر به اسیدهای فسفات اکسید می شود. معادلات واکنش زیر این را تایید می کند:

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

به دست آوردن اسید نیتریک

راحت ترین روش آزمایشگاهی برای به دست آوردن یک ماده، برهمکنش نیترات ها با اسید سولفات غلیظ است. با حرارت کم انجام می شود و اجازه نمی دهد دما افزایش یابد، زیرا در این حالت محصول حاصل تجزیه می شود.

در صنعت، اسید نیتریک را می توان از راه های مختلفی به دست آورد. به عنوان مثال، اکسیداسیون آمونیاک به دست آمده از نیتروژن و هیدروژن اتمسفر. تولید اسید در چند مرحله انجام می شود. اکسیدهای نیتروژن محصولات میانی خواهند بود. ابتدا مونوکسید نیتروژن NO تشکیل می شود، سپس با اکسیژن اتمسفر اکسید می شود و به دی اکسید نیتروژن تبدیل می شود. در نهایت در واکنش با آب و اکسیژن اضافی، اسید نیترات رقیق (60-40%) از NO 2 تولید می شود. اگر با اسید سولفات غلیظ تقطیر شود، کسر جرمی HNO 3 در محلول را می توان به 98 افزایش داد.

روش فوق برای تولید اسید نیترات اولین بار توسط بنیانگذار صنعت نیتروژن در روسیه، I. Andreev، در آغاز قرن بیستم ارائه شد.

کاربرد

همانطور که به یاد داریم، فرمول شیمیایی اسید نیتریک HNO 3 است. در صورتی که اسید نیترات محصولی با تناژ بالا در تولید مواد شیمیایی باشد، چه ویژگی خواص شیمیایی کاربرد آن را تعیین می کند؟ این یک توانایی اکسیداسیون بالای ماده است. در صنعت داروسازی برای تولید دارو استفاده می شود. این ماده به عنوان ماده اولیه برای سنتز ترکیبات انفجاری، پلاستیک ها، رنگ ها عمل می کند. اسید نیترات در فناوری نظامی به عنوان یک عامل اکسید کننده برای سوخت موشک استفاده می شود. از حجم زیاد آن در تولید مهمترین انواع کودهای نیتروژنی – نمکدان استفاده می شود. آنها به افزایش عملکرد مهم ترین محصولات و افزایش محتوای پروتئین در میوه ها و توده سبز کمک می کنند.

کاربردهای نیترات ها

با در نظر گرفتن خواص اصلی، تولید و استفاده از اسید نیتریک، ما بر استفاده از مهمترین ترکیبات آن - نمک ها تمرکز خواهیم کرد. آنها نه تنها کودهای معدنی هستند، بلکه برخی از آنها در صنایع نظامی اهمیت زیادی دارند. به عنوان مثال، مخلوطی از 75% نیترات پتاسیم، 15% زغال سنگ ریز و 5% گوگرد را پودر سیاه می گویند. آمونال، یک ماده منفجره، از نیترات آمونیوم و همچنین زغال سنگ و پودر آلومینیوم به دست می آید. یکی از ویژگی‌های جالب نمک‌های اسید نیترات توانایی تجزیه آن‌ها هنگام گرم شدن است.

علاوه بر این، محصولات واکنش بستگی به این دارد که کدام یون فلزی بخشی از نمک است. اگر عنصر فلزی در سری فعالیت سمت چپ منیزیم باشد، نیتریت ها و اکسیژن آزاد در محصولات یافت می شوند. اگر فلزی که بخشی از نیترات است از منیزیم تا مس قرار گیرد، پس از گرم شدن نمک، دی اکسید نیتروژن، اکسیژن و اکسید عنصر فلزی تشکیل می شود. نمک های نقره، طلا یا پلاتین در دمای بالا فلز آزاد، اکسیژن و دی اکسید نیتروژن را تشکیل می دهند.

در مقاله ما متوجه شدیم که فرمول شیمیایی اسید نیتریک در شیمی چیست و چه ویژگی هایی از خواص اکسید کننده آن مهم است.