Химические соединения

Азотная кислота

Азо́тная кислота́, HNO3, сильная одноосновная неорганическая кислота; многотоннажный продукт химической промышленности.

Свойства

Бесцветная жидкость; плотность безводной HNO3 1513 кг/м3; tпл –41,59 °C, tкип 82,6 °C (с разложением). С азотная кислота смешивается в любых соотношениях, образует (68,4 % по массе HNO3, tкип 120,7 °C). Азотная кислота ограниченно растворима в эфире. Концентрированная кислота неустойчива, при нагревании или под действием света разлагается: 4HNO3=4NO2+2H2O+O24HNO_3 = 4NO_2+2H_2O+O_2Образующийся 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, Ta, Ir, Pt, Au) превращаются в или , окисляется до H2SO4, – до H3PO4, органические соединения окисляются и нитруются. Многие органические вещества (бумага, масло, , уголь и др.) при воздействии концентрированной HNO3 воспламеняются. Некоторые металлы (например, Al, Fe), легко растворяющиеся в разбавленной HNO3, устойчивы к действию концентрированной HNO3, которая их «пассивирует» в результате образования малорастворимой оксидной плёнки. Смесь концентрированной азотной и (соотношение по объёму 1:3) – т. н. – растворяет и платиновые металлы. Смесь 100%-ной HNO3 и 96%-ной H2SO4 (соотношение по объёму 9:1) называется меланжем. Соли азотной кислоты – нитраты.

Получение

В середине 17 в. предложил получать азотную кислоту при нагревании до 150 °C калиевой селитры с концентрированной серной кислотой: KNO3+H2SO4=HNO3+KHSOKNO_3 + H_2SO_4 = HNO_3 + KHSO4. До начала 20 в. этот способ применяли в промышленности, заменяя калиевую селитру более дешёвой природной чилийской селитрой NaNO3. Современный способ получения 55–58%-ной HNO3 основан на каталитическом окислении NH3 кислородом воздуха. Производство включает: получение NO, окисление его до NO2, NO2 водой, очистку отходящих газов от оксидов азота. NO получают окислением аммиака: 4NH3+5O2=4NO+6H2O4NH_3 + 5O_2 = 4NO + 6H_2O; в качестве используют сетку из Pt (80–95 %) с металлами платиновой группы в сочетании с оксидным неплатиновым катализатором. Окисление NO (по реакции 2NO+O2=2NO22NO + O_2 = 2NO_2) протекает в газовой фазе при охлаждении нитрозных газов (смесь NO и NO2), полученных на стадии окисления NH3, при температуре до 160–250 °C. Абсорбцию NO2 водой (3NO2+H2O=2HNO3+NO3NO_2 + H_2O = 2HNO_3 + NO) осуществляют в . 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 тройных смесей, содержащих HNO3, H2O и водоотнимающий агент – H2SO4 или Mg(NO3)2; при этом конденсируются пары 100%-ной HNO3. Второй способ основан на реакции 2N2O4+2H2O+O2=4HNO32N_2O_4 + 2H_2O + O_2 = 4HNO_3; при использовании чистого и давлении около 5 МПа образуется 97–99%-ная HNO3; при использовании воздуха и при давлении 0,7–1,0 МПа образуется 80–85%-ная HNO3 и азеотропная смесь HNO3 с водой. HNO3 с содержанием примесей менее 1·10–6 % по массе получают ректификацией 97–98%-ной HNO3 в аппаратах из силикатного или кварцевого стекла.

Применение

Разбавленная HNO3 в основном используется в производстве и комплексных , нитратов Na, K, Ca и др., в ; концентрированная HNO3 – при получении (ВВ), и , ароматических нитросоединений, красителей, как компонент ракетного топлива, для травления металлов и др.

Концентрированная HNO3 при соприкосновении с органическими веществами вызывает пожары и взрывы. Вдыхание паров азотной кислоты приводит к , попадание концентрированной HNO3 на кожу вызывает .

Мировое производство азотной кислоты (в пересчёте на 100%-ную HNO3) около 750 млн т/год (2020), в том числе 13,8 млн т/год (2020) в РФ.