Азотная Кислота
АЗОТНАЯ КИСЛОТА HNО3, сильная одноосновная неорганическая кислота; многотоннажный продукт химической промышленности.
Свойства. Бесцветная жидкость; плотность безводной HNО3 1513 кг/м3; tпл - 41,59°С, tкип 82,6°С (с разложением). С водой азотная кислота смешивается в любых соотношениях, образует азеотропную смесь (68,4% по массе HNО3, tкип - 120,7°С). Азотная кислота ограниченно растворима в эфире. Концентрированная кислота неустойчива, при нагревании или под действием света разлагается: 4ΗΝО3 = 4ΝО2 + 2Н2О + О2; образующийся NO2 окрашивает кислоту в жёлтый (при высоких концентрациях NO2- в красный) цвет и придаёт ей специфический запах.
Азотная кислота - сильный окислитель. Под действием азотной кислоты металлы (за исключением Zr, Nb, Rh, Та, Ir, Pt, Au) превращаются в нитраты или оксиды, сера окисляется до Н2SO4, фосфор - до Н3РO4, органические соединения окисляются и нитруются. Многие органические вещества (бумага, масло, древесина, уголь и прочее) при воздействии концентрированной HNО3 воспламеняются. Некоторые металлы (например, Al, Fe), легко растворяющиеся в разбавленной HNО3, устойчивы к действию концентрированной HNO3, которая их «пассивирует» в результате образования малорастворимой оксидной плёнки. Смесь концентрированной азотной и соляной кислот (соотношение по объёму 1:3) — так называемая царская водка - растворяет золото и платиновые металлы. Смесь 100%-ной HNО3 и 96%-ной Н2SО4 (соотношение по объёму 9:1) называется меланжем. Соли азотной кислоты - нитраты.
Реклама
Получение. В середине 17 века И. Глаубер предложил получать азотную кислоту при нагревании до 150°С калиевой селитры с концентрированной серной кислотой: KNO3 + + Н2SО4 = HNО3 + KHSО4. До начала 20 века этот способ применяли в промышленности, заменяя калиевую селитру более дешёвой природной чилийской селитрой NaNО3. Современный способ получения 55-58%-ной HNО3 основан на каталитическом окислении аммиака NH3 кислородом воздуха. Производство включает: получение NO, окисление его до NО2, абсорбцию NО2 водой, очистку отходящих газов от оксидов азота. NO получают окислением аммиака: 4NH3 + 5О2 = 4NO + 6Н2О; в качестве катализатора используют сетку из сплавов Pt (80-95%) с металлами платиновой группы в сочетании с оксидным неплатиновым катализатором. Окисление NO (по реакции 2NO + О2 = 2NО2) протекает в газовой фазе при охлаждении нитрозных газов (смесь NO и NО2), полученных на стадии окисления NH3, при температуре до 160-250°С. Абсорбцию NО2 водой (3NО2 + Н2О = 2HNO3 + NO) осуществляют в тарельчатых колоннах. Очищают отходящие газы путём каталитического восстановления оксидов азота до N2 аммиаком или природным горючим газом.
Концентрированную азотную кислоту получают двумя способами. Первый способ основан на ректификации тройных смесей, содержащих HNO3, Н2О и водоотнимающий агент Н2SО4 или Mg(NО3)2; при этом конденсируются пары 100%-ной HNО3. Второй способ основан на реакции 2N2O4+ 2Н2О + О2 = 4HNO3; при использовании чистого кислорода и давлении около 5 МПа образуется 97-99%-ная HNО3; при использовании воздуха и при давлении 0,7-1,0 МПа образуется 80-85%-ная HNО3 и азеотропная смесь HNО3 с водой. HNО3 с содержанием примесей менее 1•10-6 % по массе получают ректификацией 97-98%-ной HNО3 в аппаратах из силикатного или кварцевого стекла.
Применение. Разбавленная HNО3 в основном используется в производстве нитрата аммония и комплексных минеральных удобрений, нитратов Na, К, Са и других, в гидрометаллургии; концентрированная HNО3 - при получении взрывчатых веществ, серной и фосфорной кислот, ароматических нитросоединений, красителей, как компонент ракетного топлива, для травления металлов и другого.
Концентрированная HNО3 при соприкосновении с органическими веществами вызывает пожары и взрывы. Вдыхание паров азотной кислоты приводит к отравлению, попадание концентрированной HNО3 на кожу вызывает ожоги.
Мировое производство азотной кислоты (в пересчёте на 100%-ную HNО3) - около 105 миллионов т/год (2000 год), в том числе 12 миллионов т/год в Российской Федерации.
Лит.: Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности / Под редактор В. М. Олевского. М., 1985.
А. И. Михайличенко, А. М. Алексеев.