Азотная кислота - одноосновная сильная кислота, при нормальных условиях бесцветная жидкость, является одним из важнейших продуктов химической промышленности.
Физические и химические свойства
Плотность безводной азотной кислоты ? = 1522 кг/м3, температура плавления tпл- 41,15°С, температура кипения tкип 84° С.
С водой смешивается в любых отношениях с образованием азеотропной смеси с tкип = 121,8°C, содержащей 69,2% кислоты. Также существуют кристаллогидраты HNO3•H2O с tпл -37,85°С и HNO3•3H2O c tпл-18,5°С. В отсутствии воды азотная кислота неустойчива, разлагается на свету с выделением кислорода уже при обычных температурах (4HNO3 > 4NO2 + 2H2O + O2), причём выделяющейся двуокисью азота окрашивается в жёлтый цвет, а при высоких концентрациях NO2 - в красный.
Азотная кислота является сильным окислителем, окисляет серу до серной кислоты, фосфор - до фосфорной кислоты. Только золото, тантал и некоторые платиновые металлы не реагируют с азотной кислотой. С большинством металлов азотная кислота взаимодействует преимущественно с выделением окислов азота: ЗСu + 8HNO3 > 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O.
Некоторые металлы, например железо, хром, алюминий, легко растворяющиеся в разбавленной азотной кислоте, но устойчивы к воздействию концентрированной, что объясняется образованием на поверхности металла защитного слоя окисла. Такая особенность позволяет хранить и перевозить концентрированную азотную кислоту в стальных ёмкостях.
Смесь концентрированной азотной и соляной кислоты в отношении 1:3, называемая царской водкой, растворяет даже золото и платину. Органические соединения под действием азотной кислоты окисляются или нитруются, причём в последнем случае остаток (нитрогруппа NO2+) замещает в органических соединениях водород (происходит нитрование).
Соли азотной кислоты называютя нитратами, а соли с Na,K, Са, NO4+ - селитрами.
Получение
В 13 в. было описано получение азотной кислоты нагреванием калиевой селитры с квасцами, железным купоросом и глиной.
В середине 17 в. И. Р. Глаубер предложил получать азотную кислоту при умеренном (до 150°C) нагревании калиевой селитры с концентрированной серной кислотой: KNO3 + H2SO4 > HNO3 + KHSO4 До начала 20 в. этот способ применяли в промышленности, заменяя калиевую селитру более дешёвой природной чилийской селитрой NaNO3.
Современный способ производства азотной кислоты основан на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. Основные стадии процесса: контактное окисление аммиака до окиси азота: 4NH3 + 5O2 > 4NO + 6H2O;окисление окиси азота до двуокиси и поглощение смеси «нитрозных газов» водой:
2NO + O2 > 2NO2
3NO2 + H2O > 2HNO3 + NOсмесь аммиака (10 - 12% ) с воздухом пропускают через нагретую до 750 - 900°С сетку катализатора, которым служат сплавы платины - тройной (93% Pt, 3% Rh, 4% Pd) или двойной (90 - 95% Pt, 10 - 5% Rh)окисление NO до NO2 и растворение NO2 в воде - может быть проведенj при атмосферном давлении, под давлением до 1 Мн/м2 или комбинированным способом, при котором под давлением происходит только поглощение нитрозных газов водой. Получают азотную кислоту с концентрациями 45 - 49% или (при использовании давления) 55 - 58% . Дистилляцией таких растворов может быть получена азотная кислота азеотропного состава. Более концентрированную кислоту (до 100% ) получают перегонкой растворов азотной кислоты с концентрированной H2SO4 или прямым синтезом - взаимодействием N2O4 с водой (или разбавленной азотной кислотой) и кислородом: 2N2O4 + 2H2O + O2 > 4HNO3.
Применение азотной кислоты
Важнейшие области применения азотной кислоты - производство азотных и комбинированных удобрений, взрывчатых веществ (тринитротолуола и др.), органических красителей.
В органическом синтезе широко применяют смесь концентрированной азотной и серной кислоты - «нитрующую смесь».
Азотную кислоту используют в камерном способе производства серной кислоты, для получения фосфорной кислоты из фосфора, как окислитель ракетного топлива.
В металлургии азотую кислоту применяют для травления и растворения металлов, а также для разделения золота и серебра.
Токсичность
Вдыхание паров азотной кислоты приводит к отравлению, попадание кислоты (особенно концентрированной) на кожу вызывает ожоги. Предельно допустимое содержание азотной кислоты в воздухе промышленных помещений равно 50 мг/м3 в пересчёте на N2O5.
Концентрированная азотная кислота при соприкосновении с органическими веществами вызывает пожары и взрывы.
