Азот, азотна кислота

Реферат на тему:

Азот, азотна кислота

1. Азотна кислота

Чиста азотна кислота HNO₃-безколірна рідина з густиною 1,51 г/см. що при - 42°С загустіває в прозору кристалічну масу. На повітрі вона, як і концентрована соляна кислота, «димить», так як пари її утворюють з вологою дрібні крапельки туману.

Азотна кислота не є стійкою. Уже під впливом світла вона поступово розкладається.

Чим вище температура і чим більш концентрована кислота, тим швидше вона розкладається. При цьому виділяється діоксид азоту, який розчиняється у кислоті і надає їй бурого забарвлення.

Азотна кислота належить до ряду найбільш сильних кислот; в розведених розчинах вона повністю дисоціює на іони Н и- NO₃.

2. Окислювальні властивості азотної кислоти

Характерною властивістю азотної кислоти є її яскраво виражена окислювальна здатність. Азотна кислота - один з найбільш енергійних окисників. Більшість неметалів легко окислюються нею, перетворюючись у відповідні кислоти. Так, сірка при кип'ятінні з азотною кислотою поступово окислюється в сірчану кислоту, фосфор - в фосфорну. Жаринка, поміщена в концентровану HNO₃, яскраво розгоряється.

Азотна кислота діє майже на всі метали (за винятком золота, платини, танталу, родію, іридію), перетворюючи їх у нітрати, а деякі метали - в оксиди.

Концентрована HNO₃пасивує деякі метали. Ще Ломоносов відкрив, що залізо, яке легко розчиняється у розбавленій азотній кислоті, не розчиняється в холодній концентрованій HNO₃. Пізніше було встановлено, що азотна кислота аналогічно діє на хром і алюміній. Ці метали переходять під дією концентрованої азотної кислоти у пасивний стан.

Ступінь окислення азоту в азотній кислоті дорівнює 4-5. Виступаючи як окисник, HNO₃ може відновлюватись до різних продуктів.

Яка з цих речовин утвориться, тобто як глибоко відновиться азотна кислота в тому чи іншому випадку, залежить від природи відновлення і від умов реакції, і перш за все від концентрації кислоти. Чим вище концентрація HNO₃, тим менш глибоко вона відновлюється. При взаємодії розбавленої азотної кислоти з малоактивними металами, наприклад, з міддю, виділяється HNO₃. Сильно розбавлена азотна кислота взаємодіє з активними металами - цинком, магнієм, алюмінієм - з утворенням іона амонію, який дає з кислотою нітрат амонію. Звичайно одночасно утворюються декілька продуктів.

Для ілюстрації наведемо схеми реакцій окиснення деяких металів азотною кислотою;

При дії азотної кислоти на метали, водень, як правило, не виділяється.

Більш розбавлена кислота,як правило, відновлюється до NO_2.

В загальному, окислювально-відновлювальні реакції, які проходять за участі HNO₃, протікають важко.

Суміш, що складається з 1 об'єму азотної і 3-4 об'ємів концентрованої соляної кислоти, називається царською водкою. Царська водка розчиняє деякі метали, що не взаємодіють з азотною кислотою, в тому числі і «царя металів» - золото. Дія її пояснюється тим, що азотна кислота окислює соляну з виділенням вільного хлору і утворенням хлороксиду азоту(III), або хлориду нітрозилу.

Хлорид нітрозилу є проміжним продуктом реакції і розкладається.

Хлор в момент виділення складається з атомів, що і зумовлює високу окислювальну здатність царської водки. Реакції окислення золота і платини протікають в основному згідно певним рівнянням.

З надлишком соляної кислоти хлорид золота(III) і хлорид платини (IV) утворюють комплексні сполуки.

На ряд органічних речовин азотна кислота діє так, що один чи декілька атомів водню в молекулі органічної сполуки заміщуються нітрогрупами. Цей процес називається нітруванням і має велике значення в органічній хімії.

Азотна кислота - це одно з найважливіших сполук азоту. У великих кількостях вона використовується у виробництві азотних добрив, вибухових речовин і органічних фарбників, служить окисником у багатьох хімічних процесах, використовується у виробництві сірчаної кислоти по нітрозному способу, застосовується для виготовлення целюлозних лаків, кіноплівки.

3. Добування азотної кислоти у промисловості

Сучасні промислові способи отримання азотної кислоти ґрунтуються на каталітичному окисленні аміаку киснем повітря. Властивістю аміаку є те, що він горить у кисні, причому продуктами реакції є вода і вільний азот. Але в присутності каталізаторів окислення аміаку киснем може протікати інакше. Якщо пропускати суміш аміаку з повітрям над каталізатором, то при 750°С і певному складі суміші проходить майже повне перетворення.

Те,що утворилося легко переходить в азот, який з водою в присутності кисню з повітря дає азотну кислоту.

В якості каталізаторів при окисленні аміаку використовують сплави на основі платини.

Азотна кислота, що її отримують методом окислення аміаку має концентрацію,що не перевищує 60%. При необхідності її концентрують.

Промисловістю випускається розбавлена азотна кислота з концентрацією 55, 47 і 45%, а концентрована-98 і 97%, Концентровану кислоту перевозять в алюмінієвих цистернах, розбавлену - в цистернах з кислотостійкої сталі.

4. Кругообіг азоту в природі

В процесі гниття органічних речовин значна частина азоту, що є в них, перетворюються в аміак, який під впливом нітрофільних бактерій,що живуть у ґрунті, окислюється в азотну кислоту. Остання, вступаючи в реакцію з карбонатами,що знаходяться в ґрунті, наприклад з карбонатом кальцію, утворює нітрати.

Деяка ж частина азоту завжди виділяється в процесі гниття в вільному виді в атмосферу. Вільний азот виділяється також при горінні органічних речовин, при спалюванні дров, кам'яного вугілля, торфу. Крім того, існують бактерії, котрі при недостатньому доступі повітря можуть відділяти кисень від нітратів, розкладаючи їх з виділенням вільного азоту. Діяльність цих денітрофуючих бактерій призводить до того, що частина азоту з доступної для зелених рослин форми (нітрати) переходить в недоступну (вільний азот). Таким чином, далеко не весь азот, який входив до складу рослин, що загинули, повертається назад до ґрунту: частина його поступово виділяється в вільному вигляді у атмосферу.

Постійне зменшення мінеральних азотних сполук давно мусила б призвести до повного знищення життя на Землі, якби в природі не існували процеси, які поповнюють запаси азоту. До таких процесів належать перш за все електричні розряди, які відбуваються в атмосфері, і під час яких завжди утворюється деяка кількість оксидів азоту; останні з водою дають азотну кислоту, що перетворюється у ґрунті в нітрати. Іншим джерелом поповнення запасів азотних сполук у ґрунті є життєдіяльність так званих азотобактерій, здатних засвоювати атмосферний азот. Деякі з цих бактерій поселяються на коренях рослин із сімейства бобових, викликаючи утворення характерних потовщень - «клубеньків». Тому вони і отримали назву клубенькових бактерій. Засвоюючи атмосферний азот, клубенькові бактерії перетворюють його в азотні сполуки, а рослини, в свою чергу, перетворюють їх в білки та інші складні речовини.

Таким чином, в природі відбувається безперервний кругообіг азоту. Проте, щорічно з урожаєм з полів збирають найбільш багаті білками частини рослин, наприклад зерно. Тому в ґрунт необхідно вносити добрива, відшкодовують в ній важливіші елементи живлення рослин.

Вивчення питань живлення рослин і підвищення їх врожайності шляхом внесення добрив є предметом вивчення спеціальної галузі хімії, що отримала назву агрохімії.