Ιδιότητες νιτρικού οξέος. Ειδικές ιδιότητες νιτρικού και πυκνού θειικού οξέος
ΟΡΙΣΜΟΣ
ΚΑΘΑΡΗ Νιτρικό οξύ- άχρωμο υγρό, στους -42 o C στερεοποιείται σε διαφανή κρυσταλλική μάζα (η δομή του μορίου φαίνεται στο Σχ. 1).
Στον αέρα, όπως το συμπυκνωμένο υδροχλωρικό οξύ, «καπνίζει», αφού οι ατμοί του σχηματίζουν μικρές σταγόνες ομίχλης με την υγρασία του αέρα.
Το νιτρικό οξύ δεν είναι ισχυρό. Ήδη υπό την επίδραση του φωτός σταδιακά αποσυντίθεται:
4HNO 3 = 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O.
Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία και όσο πιο συμπυκνωμένο είναι το οξύ, τόσο πιο γρήγορα γίνεται η αποσύνθεση. Το διοξείδιο του αζώτου που απελευθερώνεται διαλύεται στο οξύ και του δίνει ένα καφέ χρώμα.
Ρύζι. 1. Η δομή του μορίου του νιτρικού οξέος.
Τραπέζι 1. Φυσικές ιδιότητεςνιτρικό οξύ.
Παρασκευή νιτρικού οξέος
Το νιτρικό οξύ σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της δράσης οξειδωτικών παραγόντων στο νιτρώδες οξύ:
5HNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5HNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O.
Το άνυδρο νιτρικό οξύ μπορεί να παρασκευαστεί με απόσταξη υπό μειωμένη πίεση ενός συμπυκνωμένου διαλύματος νιτρικού οξέος παρουσία P 4 O 10 ή H 2 SO 4 σε μια πλήρως γυάλινη συσκευή χωρίς λίπανση στο σκοτάδι.
Η βιομηχανική διαδικασία για την παραγωγή νιτρικού οξέος βασίζεται στην καταλυτική οξείδωση της αμμωνίας σε θερμαινόμενη πλατίνα:
NH 3 + 2O 2 = HNO 3 + H 2 O.
Χημικές ιδιότητες του νιτρικού οξέος
Το νιτρικό οξύ είναι ένα από τα ισχυρότερα οξέα. σε αραιά διαλύματα διασπάται πλήρως σε ιόντα. Τα άλατά του ονομάζονται νιτρικά.
HNO 3 ↔H + + NO 3 - .
Μια χαρακτηριστική ιδιότητα του νιτρικού οξέος είναι η έντονη οξειδωτική του ικανότητα. Το νιτρικό οξύ είναι ένας από τους πιο ενεργητικούς οξειδωτικούς παράγοντες. Πολλά αμέταλλα οξειδώνονται εύκολα από αυτό μετατρέποντας στα αντίστοιχα οξέα. Έτσι, όταν βράζεται με νιτρικό οξύ, το θείο οξειδώνεται σταδιακά σε θειικό οξύ, ο φώσφορος σε φωσφορικό οξύ. Ένας άνθρακας που σιγοκαίει βυθισμένος σε συμπυκνωμένο HNO 3 αναφλέγεται έντονα.
Το νιτρικό οξύ δρα σε όλα σχεδόν τα μέταλλα (με εξαίρεση τον χρυσό, την πλατίνα, το ταντάλιο, το ρόδιο, το ιρίδιο), μετατρέποντάς τα σε νιτρικά άλατα και ορισμένα μέταλλα σε οξείδια.
Το πυκνό νιτρικό οξύ παθητικοποιεί ορισμένα μέταλλα.
Όταν το αραιό νιτρικό οξύ αντιδρά με μέταλλα χαμηλής δράσης, όπως ο χαλκός, απελευθερώνεται διοξείδιο του αζώτου. Στην περίπτωση των πιο ενεργών μετάλλων - σίδηρος, ψευδάργυρος - σχηματίζεται οξείδιο του διαζώτου. Ιδιαίτερα αραιωμένο νιτρικό οξύ αντιδρά με ενεργά μέταλλα - ψευδάργυρο, μαγνήσιο, αλουμίνιο - για να σχηματίσει ιόν αμμωνίου, το οποίο δίνει νιτρικό αμμώνιο με το οξύ. Συνήθως σχηματίζονται πολλά προϊόντα ταυτόχρονα.
Cu + HNO 3 (conc) = Cu(NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O;
Cu + HNO 3 (αραιό) = Cu (NO 3) 2 + NO + H 2 O;
Mg + HNO 3 (αραιό) = Mg(NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O;
Zn + HNO 3 (πολύ αραιό) = Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O.
Όταν το νιτρικό οξύ δρα σε μέταλλα, το υδρογόνο, κατά κανόνα, δεν απελευθερώνεται.
S + 6HNO 3 = H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 O;
3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO.
Ένα μείγμα που αποτελείται από 1 όγκο νιτρικού οξέος και 3-4 όγκους πυκνού υδροχλωρικού οξέος ονομάζεται aqua regia. Το Aqua regia διαλύει ορισμένα μέταλλα που δεν αντιδρούν με το νιτρικό οξύ, συμπεριλαμβανομένου του «βασιλιά των μετάλλων» - του χρυσού. Η δράση του εξηγείται από το γεγονός ότι το νιτρικό οξύ οξειδώνει το υδροχλωρικό οξύ με την απελευθέρωση ελεύθερου χλωρίου και το σχηματισμό χλωριούχου αζώτου (III), ή νιτροζυλοχλωριδίου, NOCl:
HNO 3 + 3HCl = Cl 2 + 2H 2 O + NOCl.
Εφαρμογή νιτρικού οξέος
Το νιτρικό οξύ είναι μια από τις πιο σημαντικές ενώσεις αζώτου: σε μεγάλες ποσότητεςΧρησιμοποιείται στην παραγωγή αζωτούχων λιπασμάτων, εκρηκτικών και οργανικών βαφών, χρησιμεύει ως οξειδωτικός παράγοντας σε πολλές χημικές διεργασίες, χρησιμοποιείται στην παραγωγή θειικού οξέος με τη μέθοδο του νιτρώδους και χρησιμοποιείται για την κατασκευή βερνικιών και φιλμ κυτταρίνης.
Παραδείγματα επίλυσης προβλημάτων
ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ 1
Λεπτομέρειες Κατηγορία: Προβολές: 7174
ΝΙΤΡΙΚΟ ΟΞΥ, HNO 3, λαμβάνεται με τη διάλυση οξειδίων του αζώτου στο νερό:
3NO 2 + H 2 O = 2HN 3 + NO
N 2 O 3 + H 2 O = HNO 3 + NO
N2O5 + H2O = 2HNO3
Φυσικές ιδιότητες του νιτρικού οξέος. Μοριακό βάρος - 63,016; άχρωμο υγρό με χαρακτηριστική οσμή. σημείο βρασμού 86°, σημείο τήξεως -47°. ειδικό βάρος 1,52 στις 15°; κατά την απόσταξη, λόγω της αποσύνθεσης του 2HNO 3 = N 2 O 3 + 2O + H 2 O, το νιτρικό οξύ απελευθερώνει αμέσως οξυγόνο, N 2 O 3 και νερό. Η απορρόφηση του τελευταίου προκαλεί αύξηση του σημείου βρασμού. Σε υδατικό διάλυμα, το ισχυρό νιτρικό οξύ περιέχει συνήθως οξείδια του αζώτου και η παρασκευή εντελώς άνυδρου νιτρικού οξέος παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες. Είναι αδύνατο να ληφθεί άνυδρο νιτρικό οξύ με απόσταξη, καθώς έχουν ελάχιστη ελαστικότητα υδατικά διαλύματανιτρικό οξύ, δηλαδή η προσθήκη νερού στο οξύ και αντίστροφα μειώνει την πίεση των ατμών (και αυξάνει το σημείο βρασμού). Ως εκ τούτου, ως αποτέλεσμα της απόσταξης ενός ασθενούς οξέος (D< 1,4) получается постоянно кипящий остаток D = 1,415, с содержанием 68% HNО 3 и с температурой кипения 120°,5 (735 мм). Перегонка при пониженном давлении дает остаток с меньшим содержанием HNО 3 , при υψηλή πίεση του αίματος- με υψηλή περιεκτικότητα σε HNO 3. Οξύ D = 1,503 (85%), καθαρισμένο με εμφύσηση αέρα από N 2 O 4, δίνει ένα υπόλειμμα με 77,1% HNO 3 κατά την απόσταξη. Κατά την απόσταξη, το οξύ D = 1,55 (99,8%) δίνει πρώτα ένα διάλυμα D = 1,62, έντονα χρωματισμένο από οξείδια του αζώτου, και το υπόλοιπο οξύ D = 1,49. Οτι. Το υπόλειμμα από την απόσταξη του νιτρικού οξέος περιέχει πάντα το οξύ που αντιστοιχεί στην ελάχιστη ελαστικότητα (μέγιστο σημείο βρασμού). Το άνυδρο οξύ μπορεί να ληφθεί μόνο με ανάμιξη ισχυρού (99,1%) νιτρικού οξέος με νιτρικό ανυδρίτη.
Με την κατάψυξη, προφανώς, είναι αδύνατο να ληφθεί οξύ πάνω από 99,5%. Με τις νέες μεθόδους (Valentiner) εκχύλισης νιτρικού οξέος από άλατα, το οξύ είναι αρκετά καθαρό, αλλά με τις παλιές χρειαζόταν ο καθαρισμός του κυρίως από χλωριούχες ενώσεις και από ατμούς N 2 O 4. Το ισχυρότερο οξύ έχει D0 = 1,559, D15 = 1,53, και 100% HNO3 - D4 = 1,5421 (Veley και Manley). Το 100% οξύ αναθυμιάζεται στον αέρα και προσελκύει υδρατμούς τόσο έντονα όσο το θειικό οξύ. Ένα οξύ με D = 1,526 θερμαίνεται όταν αναμιγνύεται με χιόνι.
Θερμότητα σχηματισμού (από 1/2 H 2 + 1/2 N 2 + 3/2 O 2):
HNO 3 – ατμός + 34400 θερμ
HNO 3 – υγρό + 41600 θερμ
HNO 3 – κρύσταλλα + 42200 θερμ
HNO 3 – διάλυμα + 48800 θερμ
Θερμότητα αραίωσης: όταν προστίθεται ένα σωματίδιο H 2 O σε HNO 3 - 3,30 Cal, δύο σωματίδια - 4,9 Cal, πέντε σωματίδια - 6,7 Cal, δέκα - 7,3 Cal. Περαιτέρω προσθήκη δίνει μια ασήμαντη αύξηση στο θερμικό αποτέλεσμα. Με τη μορφή κρυστάλλων παίρνετε:
1) HNO 3 ·H 2 O = H 3 NO 4 - ρομβικά δισκία που θυμίζουν AgNO 3, σημείο τήξης = -34° (-38°);
2) HNO 3 (H 2 O) 2 = H 5 NO 5 - βελόνες, σημείο τήξης -18°.2, σταθερό μόνο κάτω από -15°. Η καμπύλη θερμοκρασίας κρυστάλλωσης του υδατικού οξέος έχει τρεις ευτητικές (στους -66°.3, στους -44°.2, στους -43°) και δύο μέγιστα (HNO 3 H 2 O -38°, HNO 3 3H 2 O -18 °,2). Τα ίδια ειδικά σημεία παρατηρούνται για τις θερμότητες του διαλύματος και για τις στροφές της καμπύλης ηλεκτρικής αγωγιμότητας, αλλά στην τελευταία παρατηρούνται επίσης 2HNO 3 ·H 2 O και HNO 3 ·10H 2 O. Από όσα μόλις ειπώθηκαν και από σε αναλογία με τα φωσφορικά οξέα, προκύπτει ότι σε διαλύματα νιτρικού οξέος υπάρχει το ένυδρο άλας του HNO 3, αλλά αποσυντίθεται πολύ εύκολα, γεγονός που καθορίζει την υψηλή αντιδραστικότητα του HNO 3. Το νιτρικό οξύ που περιέχει NO 2 σε διάλυμα ονομάζεται κάπνισμα(το κόκκινο).
Χημικές ιδιότητες. Το καθαρό HNO 3 αποσυντίθεται εύκολα και κιτρινίζει λόγω της αντίδρασης 2HNO 3 = 2NO 2 + O 2 + H 2 O και της απορρόφησης του προκύπτοντος νιτρώδους ανυδρίτη. Το καθαρό νιτρικό οξύ και γενικά το ισχυρό νιτρικό οξύ είναι σταθερά μόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες. Το κύριο χαρακτηριστικό του νιτρικού οξέος είναι η εξαιρετικά ισχυρή οξειδωτική του ικανότητα λόγω της απελευθέρωσης οξυγόνου. Έτσι, όταν δρα σε μέταλλα (εκτός από Pt, Rh, Ir, Au, στα οποία το HNO 3 δεν έχει καμία επίδραση απουσία χλωρίου), το νιτρικό οξύ οξειδώνει το μέταλλο, απελευθερώνοντας οξείδια του αζώτου, όσο χαμηλότερος είναι ο βαθμός οξείδωσης, τόσο πιο ενεργητικό το οξειδωμένο μέταλλο ήταν ως αναγωγικός παράγοντας. Για παράδειγμα, ο μόλυβδος (Pb) και ο κασσίτερος (Sn) δίνουν N 2 O 4. ασήμι - κυρίως N 2 O 3. Το θείο, ειδικά πρόσφατα κατακρημνισμένο, οξειδώνεται εύκολα· ο φώσφορος, όταν θερμαίνεται ελαφρά, μετατρέπεται σε φωσφορώδες οξύ. Ο καυτός άνθρακας αναφλέγεται στους ατμούς του νιτρικού οξέος και στο ίδιο το νιτρικό οξύ. Η οξειδωτική δράση του ατμίζοντος κόκκινου οξέος είναι μεγαλύτερη από εκείνη του άχρωμου οξέος. Ο σίδηρος που βυθίζεται σε αυτό γίνεται παθητικός και δεν είναι πλέον ευαίσθητος στη δράση του οξέος. Το άνυδρο νιτρικό οξύ ή αναμεμειγμένο με θειικό οξύ έχει πολύ ισχυρή επίδραση στις κυκλικές οργανικές ενώσεις (βενζόλιο, ναφθαλίνιο κ.λπ.), δίνοντας νιτροενώσεις C 6 H 5 H + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + HOH. Η νίτρωση των παραφινών γίνεται αργά και μόνο υπό τη δράση ενός ασθενούς οξέος (υψηλού βαθμού ιοντισμού). Ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης ουσιών που περιέχουν υδροξύλιο (γλυκερίνη, ίνες) με νιτρικό οξύ, λαμβάνονται νιτρικοί εστέρες, που λανθασμένα ονομάζονται νιτρογλυκερίνη, νιτροκυτταρίνη κ.λπ. Όλα τα πειράματα και όλες οι εργασίες με νιτρικό οξύ πρέπει να πραγματοποιούνται σε καλά αεριζόμενο δωμάτιο , αλλά κατά προτίμηση υπό ειδικό προσχέδιο .
Ανάλυση . Για να ανιχνεύσετε ίχνη νιτρικού οξέος, χρησιμοποιήστε: 1) διφαινυλενοδανυλοδιυδροτριαζόλη (εμπορικά γνωστή ως «νιτρόν»). 5 ή 6 σταγόνες διαλύματος νιτρονίου 10% σε οξικό οξύ 5% χύνονται σε 5-6 cm 3 του διαλύματος δοκιμής, προσθέτοντας σε αυτό εκ των προτέρων μία σταγόνα H 2 SO 4: παρουσία αξιοσημείωτων ποσοτήτων NO 3 ιόντα, απελευθερώνεται ένα άφθονο ίζημα, σε πολύ αδύναμα διαλύματα, απελευθερώνονται κρύσταλλοι σε σχήμα βελόνας. σε 0° ακόμη και 1/80000 Το HNO 3 μπορεί να ανοίξει με νιτρόν. 2) βρουκίνη σε διάλυμα. αναμειγνύεται με το διάλυμα δοκιμής και χύνεται προσεκτικά κατά μήκος του τοιχώματος του δοκιμαστικού σωλήνα σε ισχυρό θειικό οξύ. στο σημείο επαφής και των δύο στρωμάτων στον δοκιμαστικό σωλήνα, σχηματίζεται ένα ροζ-κόκκινο χρώμα, που από κάτω γίνεται πρασινωπό.
Για να προσδιορίσετε την ποσότητα του HNO 3 σε ένα διάλυμα ατμίζοντος νιτρικού οξέος, πρέπει να τιτλοποιήσετε το N 2 O 4 με ένα διάλυμα KMnO 4, να προσδιορίσετε την πυκνότητα του υγρού με ένα υδρόμετρο και να αφαιρέσετε τη διόρθωση για την περιεκτικότητα σε N 2 O 4 αναφέρεται σε ειδικό πίνακα.
Βιομηχανικές μέθοδοι για την παραγωγή νιτρικού οξέος. Το νιτρικό οξύ εκχυλίζεται. αρ. από αλάτι. Προηγουμένως, η εξόρυξη αλατιού γινόταν στο λεγόμενο. «salpetriere», ή «burts», όπου, ως αποτέλεσμα της ανάμειξης κοπριάς, ούρων κ.λπ. με παλιό γύψο, σταδιακά, εν μέρει λόγω της δράσης των βακτηρίων, εμφανίζεται οξείδωση της ουρίας και άλλων οργανικών ενώσεων αζώτου (αμίνες, αμίδια κ.λπ.) στο νιτρικό οξύ, σχηματίζοντας νιτρικό ασβέστιο με ασβεστόλιθο. Τις ζεστές μέρες, ειδικά στο νότο (για παράδειγμα, στην Ινδία και στο Κεντρική Ασία), η διαδικασία προχωρά πολύ γρήγορα.
Στη Γαλλία το 1813 εξήχθησαν έως και 2.000.000 κιλά άλατος από άλατα. 25 μεγάλα ζώα παράγουν περίπου 500 κιλά άλας ετησίως. Σε ορισμένες περιοχές, με βασικό έδαφος πλούσιο σε ζωικά υπολείμματα (για παράδειγμα, η περιοχή Kuban), είναι πιθανό να υπάρχει αξιοσημείωτη ποσότητα νιτρικών αλάτων στο έδαφος, αλλά όχι επαρκής για εκχύλιση. Αξιοσημείωτες ποσότητες εξορύσσονται στην κοιλάδα του Γάγγη και βρίσκονται στα φρούρια μας στην Κεντρική Ασία, όπου τα αποθέματα εδάφους που περιέχουν άλατα φτάνουν τους 17 τόνους σε κάθε μέρος, αλλά η περιεκτικότητα σε άλατα σε αυτό δεν υπερβαίνει το 3%. Αποθέσεις νιτρικού νατρίου - Χιλιανό - ανακαλύφθηκαν το 1809. Βρίσκονται κυρίως στην επαρχία Tarapaca, μεταξύ 68° 15" και 70° 18" ανατολικού γεωγραφικού μήκους και 19° 17" και 21° 18" νότιου γεωγραφικού πλάτους, αλλά βρίσκονται επίσης νοτιότερα και βόρεια (στο Περού και τη Βολιβία). Το κοίτασμα τους βρίσκεται σε υψόμετρο 1100 μ. πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Τα κοιτάσματα έχουν μήκος περίπου 200 km, πλάτος 3-5 km και έχουν μέση περιεκτικότητα σε NaNO 3 30-40%. Λήψη αποθεμάτων ετήσια ανάπτυξηκατανάλωση 50.000 τόνων μπορεί να είναι αρκετή για 300 χρόνια. Το 1913 εξήχθησαν 2.738.000 τόνοι, αλλά οι εξαγωγές στην Ευρώπη μειώθηκαν κάπως, αν και, μετά από μια πολύ αισθητή πτώση των εξαγωγών κατά τη διάρκεια του πολέμου, αυξήθηκαν ελαφρά και πάλι από το 1920. Συνήθως στην κορυφή βρίσκεται μια «φωτιά» (πάχος 50 cm - 2 m ), που αποτελείται από χαλαζία και άστρο άμμο, και κάτω από αυτό "kalihe" (25 cm - 1,5 m), που περιέχει αλάτι (τα κοιτάσματα βρίσκονται στην έρημο δίπλα σε κοιτάσματα αλατιού και άλατος ασβεστίου βορίου). Η σύνθεση του "kalihe" είναι πολύ διαφορετική. περιέχει NaNO 3 - από 30% έως 70%, άλατα ιωδίου και ιωδίου - έως 2%, χλωριούχο νάτριο - 16-30%, θειικά άλατα - έως 10%, άλατα μαγνησίου - έως 6%. Οι καλύτερες ποικιλίεςπεριέχουν κατά μέσο όρο: NaNO 3 - 50%, NaCl - 26%, Na 2 SO 4 - 6%, MgSO 4 - 3%. Το NaNO 3 διαλύεται σε υψηλές θερμοκρασίες έτσι ώστε πολύ περισσότερο NaNO 3 περνά στο διάλυμα από το NaCl, η διαλυτότητα του οποίου αυξάνεται ελαφρώς με τη θερμοκρασία. Από 3 τόνους «καλίχε» παίρνετε 1 τόνο ακατέργαστης άλας με μέση περιεκτικότητα 95-96% άλας. Από 1 λίτρο μητρικής άλμης λαμβάνονται συνήθως 2,5-5 g ιωδίου. Τυπικά, η ακατέργαστη άλατα έχει καφέ χρώμα, λόγω της ανάμειξης οξειδίου του σιδήρου. Για λίπασμα χρησιμοποιείται αλάτι που περιέχει έως και 1-2% χλωριούχες ενώσεις. Το καθαρό νιτρικό νάτριο είναι άχρωμο, διαφανές, μη υγροσκοπικό εάν δεν περιέχει ενώσεις χλωρίου. κρυσταλλώνεται σε κύβους. Για να ληφθεί νιτρικό οξύ, το άλας θερμαίνεται με θειικό οξύ. η αλληλεπίδραση ακολουθεί την εξίσωση:
NaNO 3 + H 2 SO 4 = HNO 3 + NaSO 4
δηλ. λαμβάνεται θειικό οξύ. Το τελευταίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή υδροχλωρίου με φρύξη ενός μείγματος NaHSO 4 και NaCl σε μούφες. Για αλληλεπίδραση σύμφωνα με την εξίσωση
Θεωρητικά, είναι απαραίτητο να ληφθούν 57,6 kg H 2 SO 4 ή 60 kg οξέος 66° Bẻ ανά 100 kg NaNO 3. Μάλιστα, για να αποφευχθεί η αποσύνθεση, λαμβάνεται 20-30% περισσότερο θειικό οξύ. Η αλληλεπίδραση πραγματοποιείται σε οριζόντιους κυλινδρικούς θαλάμους σιδήρου μήκους 1,5 m, διαμέτρου 60 cm, με τοιχώματα πάχους 4 cm. Κάθε κύλινδρος περιέχει 75 kg άλατος και 75 kg H 2 SO 4. Οι ατμοί πρώτα περνούν μέσα από ένα κεραμικό ψυγείο, ψύχονται με νερό ή μέσω ενός κεκλιμένου κεραμικού σωλήνα, μετά από απορροφητές: «κύλινδροι» ή «μπομπονιέρες», δηλαδή μεγάλες κεραμικές «φιάλες Wulf». Εάν ληφθεί θειικό οξύ 60 ° ẻ (71%) και τοποθετηθούν 4 kg νερού ανά 100 kg άλατος στον πρώτο απορροφητή, τότε λαμβάνεται οξύ 40-42 ° ẻ (38-41%). Χρησιμοποιώντας οξύ στους 66° ẻ (99,6%) και ξηρό άλας, παίρνουμε 50 ° ẻ (53%). Για να αποκτήσετε οξύ στους 36° º, τοποθετούνται 8 λίτρα νερού στον πρώτο απορροφητή, 4 λίτρα στον δεύτερο και 2,6 λίτρα στους επόμενους. Το ατμίζον νιτρικό οξύ λαμβάνεται με αντίδραση άλατος με τη μισή ποσότητα θειικού οξέος που απαιτείται από τον υπολογισμό. Επομένως, η μέθοδος παράγει οξύ μολυσμένο με νιτροζυλοχλωρίδιο και άλλες ουσίες που αφήνονται στην αρχή της διαδικασίας και με οξείδια του αζώτου στο τέλος της απόσταξης. Τα οξείδια του αζώτου απομακρύνονται σχετικά εύκολα φυσώντας ένα ρεύμα αέρα μέσα από το οξύ. Είναι πολύ πιο κερδοφόρο να εργάζεστε σε αποθήκες, που περιβάλλονται από φωτιά από όλες τις πλευρές και έχουν έναν σωλήνα στο κάτω μέρος για την απελευθέρωση όξινου θειικού που περιέχει αξιοσημείωτη ποσότητα οξέος. Το γεγονός είναι ότι ο χυτοσίδηρος δεν διαβρώνεται από το οξύ εάν θερμανθεί επαρκώς και εάν η επαφή με τη φωτιά από όλες τις πλευρές εμποδίζει την καθίζηση των σταγόνων οξέος. Σε τέτοιους αποστακτήρες (πλάτος 1,20 και διάμετρος 1,50 m, με πάχος τοιχώματος 4-5 cm), το άλας επεξεργάζεται με θειικό οξύ σε αναλογία 450 kg και ακόμη και 610 kg άλατος ανά 660 kg H 2 SO 4 ( 66 ° Bẻ). Αντί για κυλίνδρους, χρησιμοποιούνται τώρα συχνά κάθετοι σωλήνεςή συνδέστε αυτούς τους σωλήνες σε κυλίνδρους.
Σύμφωνα με τη μέθοδο Guttmann, η αποσύνθεση πραγματοποιείται σε αποθήκες από χυτοσίδηρο που αποτελούνται από πολλά μέρη (Εικ. 1 και 1α). Τα μέρη συνδέονται με στόκο, που συνήθως αποτελείται από 100 μέρη ρινίσματα σιδήρου, 5 μέρη θείου, 5 μέρη χλωριούχου αμμωνίου με όσο το δυνατόν λιγότερο νερό. οι αποστακτήρες και, εάν είναι δυνατόν, η καταπακτή φόρτωσης περικλείονται μέσα πλινθοδομήκαι θερμαίνεται με αέρια κλιβάνου.
800 kg άλατος και 800 kg θειικού οξέος 95% φορτώνονται στον αποστακτήρα και η απόσταξη πραγματοποιείται για 12 ώρες. αυτό καταναλώνει περίπου 100 κιλά άνθρακα. Χρησιμοποιούνται επίσης κυλινδρικοί αποστακτήρες. Οι ατμοί που απελευθερώνονται εισέρχονται πρώτα στον κύλινδρο 8. μετά περάστε μια σειρά από κεραμικούς σωλήνες, 12 και 13, τοποθετημένες σε ξύλινο κουτί με νερό. Εδώ οι ατμοί συμπυκνώνονται σε νιτρικό οξύ, το οποίο ρέει μέσω των σωλήνων 22 της εγκατάστασης Gutman και 23 στη συλλογή 28, και το συμπύκνωμα από τον κύλινδρο 8 εισέρχεται επίσης εδώ. Το νιτρικό οξύ που δεν έχει συμπυκνωθεί στους σωλήνες 12 εισέρχεται μέσω του 15α σε έναν πύργο γεμάτο με μπάλες και πλυμένο με νερό. Τα τελευταία ίχνη οξέος που δεν απορροφήθηκαν στον πύργο συλλαμβάνονται στον κύλινδρο 43a. αέρια μεταφέρονται μέσω του σωλήνα 46a καμινάδα. Για την οξείδωση των οξειδίων του αζώτου που σχηματίζονται κατά την απόσταξη, ο αέρας αναμιγνύεται στα αέρια απευθείας στην έξοδο από τον αποστακτήρα. Εάν χρησιμοποιείται ισχυρό θειικό οξύ και αποξηραμένο αλάτι στην παραγωγή, τότε λαμβάνεται άχρωμο νιτρικό οξύ 96-97%. Σχεδόν όλο το οξύ συμπυκνώνεται στους σωλήνες, μόνο ένα μικρό μέρος (5%) απορροφάται στον πύργο, δίνοντας 70% νιτρικό οξύ, το οποίο προστίθεται στο επόμενο φορτίο νιτρικών. Οτι. Το αποτέλεσμα είναι άχρωμο νιτρικό οξύ, χωρίς χλώριο, με απόδοση 98-99% της θεωρίας. Η μέθοδος του Gutman έχει γίνει ευρέως διαδεδομένη λόγω της απλότητας και του χαμηλού κόστους εγκατάστασης.
Το οξύ 96-100% εξάγεται από το άλας με τη μέθοδο Valentiner, με απόσταξη υπό μειωμένη πίεση (30 mm) σε χυτοσιδήρου αποδοχές μίγματος 1000 kg NaNO 3, 1000 kg H2SO 4 (66 ° Βẻ) και τέτοια ποσότητα ασθενές οξύ HNO 3 που προσθέτουν μαζί του 100 κιλά νερό. Η απόσταξη διαρκεί 10 ώρες, με αέρα να εισάγεται συνεχώς στο κράμα. Η αλληλεπίδραση συμβαίνει στις 120°, αλλά στο τέλος της διαδικασίας εμφανίζεται μια «κρίση» (1 ώρα) και είναι δυνατοί ισχυροί κραδασμοί (στις 120-130 °). Μετά από αυτό, η θέρμανση φέρεται στους 175-210°. Η σωστή πύκνωση και η σύλληψη του οξέος είναι πολύ σημαντική. Οι ατμοί από τον αποστακτήρα εισέρχονται στον κύλινδρο, από αυτόν σε 2 πολύ ψυχόμενα πηνία, από αυτά σε μια συλλογή (όπως μια φιάλη Wulf), ακολουθούμενη από ένα πηνίο ξανά και μετά σε 15 κύλινδρους, πίσω από τους οποίους τοποθετείται μια αντλία. Με φορτίο 1000 kg NaNO 3 σε 6-8 ώρες, λαμβάνονται 600 kg HNO 3 (48° º), δηλαδή το 80% του κανόνα.
Για να ληφθεί νιτρικό οξύ από νορβηγικό νιτρικό (ασβέστιο), το τελευταίο διαλύεται, προστίθεται ισχυρό νιτρικό οξύ και αναμιγνύεται θειικό οξύ, μετά το οποίο το νιτρικό οξύ φιλτράρεται από τον γύψο.
Αποθήκευση και συσκευασία. Για την αποθήκευση νιτρικού οξέος, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε γυάλινα, πηλό και καθαρό αλουμίνιο (όχι περισσότερο από 5% ακαθαρσίες), καθώς και πιάτα κατασκευασμένα από ειδικό ατσάλι Krupp (V2A) ανθεκτικό στο πυρίτιο. Γιατί όταν το ισχυρό νιτρικό οξύ δρα σε ξύλο, πριονίδι, κουρέλια, βρεγμένα φυτικό λάδι, κ.λπ. είναι πιθανές εστίες και πυρκαγιές (για παράδειγμα, εάν ένα μπουκάλι σκάσει κατά τη μεταφορά), τότε το νιτρικό οξύ μπορεί να μεταφερθεί μόνο σε ειδικά τρένα. Το νέφτι αναφλέγεται ιδιαίτερα εύκολα όταν θερμαίνεται όταν έρχεται σε επαφή με ισχυρό νιτρικό οξύ.
Εφαρμογή: 1) με τη μορφή αλάτων για λίπασμα, 2) για την παραγωγή εκρηκτικών, 3) για την παραγωγή ημικατεργασμένων προϊόντων για βαφές, και εν μέρει τις ίδιες τις βαφές. Ch. αρ. άλατα νιτρικού οξέος ή νιτρικού (νάτριο, αμμώνιο, ασβέστιο και κάλιο) χρησιμοποιούνται για λιπάσματα. Το 1914, η παγκόσμια κατανάλωση αζώτου με τη μορφή νιτρικού της Χιλής έφτασε τους 368.000 τόνους και με τη μορφή νιτρικού οξέος από τον αέρα - 10.000 τόνους Το 1925, η κατανάλωση θα έπρεπε να είχε φτάσει τους 360.000 τόνους νιτρικού οξέος από τον αέρα. Η κατανάλωση νιτρικού οξέος αυξάνεται πολύ κατά τη διάρκεια του πολέμου λόγω της δαπάνης για εκρηκτικά, τα κυριότερα από τα οποία είναι η νιτρογλυκερίνη και η νιτροκυτταρίνη. ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ, νιτροενώσεις (νιτροτολουόλιο, TNT, μελινίτης κ.λπ.) και ουσίες για θρυαλλίδες (φθοριούχος υδράργυρος). Σε καιρό ειρήνης, το νιτρικό οξύ δαπανάται για την παραγωγή νιτροενώσεων, για παράδειγμα, νιτροβενζολίου, για τη μετάβαση σε βαφές μέσω ανιλίνης, που λαμβάνεται από νιτροβενζόλιο με αναγωγή. Σημαντικές ποσότητες νιτρικού οξέος χρησιμοποιούνται για τη χάραξη μετάλλων. Τα άλατα του νιτρικού οξέος (αλατούρα) χρησιμοποιούνται για εκρηκτικά (νιτρικό αμμώνιο - στα άκαπνα, νιτρικό κάλιο - σε μαύρη σκόνη) και για πυροτεχνήματα (νιτρικό βάριο - για πράσινο).
Πρότυπο νιτρικού οξέος. Το πρότυπο νιτρικού οξέος υπάρχει μέχρι στιγμής μόνο στην ΕΣΣΔ και εγκρίθηκε από την Επιτροπή Τυποποίησης στο STO ως υποχρεωτικό πρότυπο για όλη την Ένωση (OST-47) για οξύ στους 40° Bẻ. Το πρότυπο ορίζει την περιεκτικότητα σε HNO 3 σε νιτρικό οξύ στο 61,20% και περιορίζει την περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες: θειικό οξύ όχι περισσότερο από 0,5%, χλώριο όχι περισσότερο από 0,8%, σίδηρος όχι περισσότερο από 0,01%, στερεό υπόλειμμα όχι περισσότερο από 0,9%. Το τυπικό νιτρικό οξύ δεν πρέπει να περιέχει ίζημα. Το πρότυπο ρυθμίζει τη σχέση μεταξύ πωλητή και αγοραστή, ρυθμίζοντας αυστηρά τις μεθόδους δειγματοληψίας και ανάλυσης. Η περιεκτικότητα σε νιτρικό οξύ προσδιορίζεται με προσθήκη NaOH στο οξύ και εκ νέου τιτλοδότηση με το οξύ. Η περιεκτικότητα σε θειικό οξύ προσδιορίζεται με τη μορφή BaSO 4 με καθίζηση BaCl 2. Η περιεκτικότητα σε χλώριο προσδιορίζεται με τιτλοδότηση σε αλκαλικό μέσο με νιτρικό άργυρο. Η περιεκτικότητα σε σίδηρο προσδιορίζεται με κατακρήμνιση σεσκιοξειδίων με αμμωνία, αναγωγή του οξειδίου του σιδήρου σε δισθενή σίδηρο και επακόλουθη τιτλοδότηση του KMnO 4. Η συσκευασία του νιτρικού οξέος δεν είναι ακόμη στάνταρ. Χωρίς να αγγίζει το μέγεθος, το βάρος και την ποιότητα του δοχείου, το πρότυπο ορίζει τη συσκευασία του νιτρικού οξέος σε γυάλινα δοχεία και δίνει οδηγίες για τον τρόπο συσκευασίας και σφράγισης του.
Παρασκευή νιτρικού οξέος.
I. Από τον αέρα. Η σύνθεση νιτρικού οξέος από τον αέρα υπό τη δράση ενός βολταϊκού τόξου επαναλαμβάνει ως ένα βαθμό τη διαδικασία που συμβαίνει στη φύση υπό την επίδραση εκκενώσεων ατμοσφαιρικού ηλεκτρισμού. Ο Cavendish ήταν ο πρώτος που παρατήρησε (το 1781) το σχηματισμό οξειδίων του αζώτου κατά την καύση του H 2 στον αέρα και στη συνέχεια (το 1784) όταν ένας ηλεκτρικός σπινθήρας διέρχεται από τον αέρα. Οι Mutman και Gopher το 1903 ήταν οι πρώτοι που προσπάθησαν να μελετήσουν την ισορροπία: N 2 + O 2 2NO. Περνώντας ένα βολταϊκό τόξο εναλλασσόμενου ρεύματος στα 2000-4000 V μέσω του αέρα, πρακτικά πέτυχαν συγκέντρωση ΝΟ από 3,6 έως 6,7 vol.%. Η κατανάλωση ενέργειας ανά 1 kg HNO 3 έφτασε τις 7,71 kWh. Στη συνέχεια, ο Nernst μελέτησε αυτή την ισορροπία περνώντας αέρα μέσα από ένα σωλήνα ιριδίου. Επιπλέον, οι Nernst, Jellinek και άλλοι ερευνητές εργάστηκαν προς την ίδια κατεύθυνση. Με την παρέκταση των πειραματικών αποτελεσμάτων της μελέτης της ισορροπίας μεταξύ αέρα και οξειδίου του αζώτου, ο Nernst μπόρεσε να υπολογίσει ότι στη δεξιά πλευρά της εξίσωσης προσδιορίζεται περιεκτικότητα 7 % κατ' όγκο NO σε θερμοκρασία 3750 ° (δηλ. περίπου στη θερμοκρασία του βολταϊκού τόξου).
Η προτεραιότητα της ιδέας της τεχνικής χρήσης ενός βολταϊκού τόξου για τη στερέωση του ατμοσφαιρικού αζώτου ανήκει στη Γαλλίδα ερευνήτρια Lefebre, η οποία το 1859 κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας τη μέθοδό της για την παραγωγή νιτρικού οξέος από τον αέρα στην Αγγλία. Αλλά εκείνη την εποχή το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας ήταν πολύ υψηλό για να επιτευχθεί η μέθοδος του Lefebre πρακτική σημασία. Αξίζει επίσης να αναφερθούν οι πατέντες του McDougal (An. P. 4633, 1899) και η μέθοδος Bradley and Lovejoy που εφαρμόστηκε σε τεχνική κλίμακα, που εκμεταλλεύτηκε το 1902 η αμερικανική εταιρεία Atmospheric Products С° (με 1 εκατομμύριο δολάρια κεφαλαίου) με χρησιμοποιώντας την ενέργεια των καταρρακτών του Νιαγάρα. Οι προσπάθειες χρήσης τάσης 50.000 V για τον καθορισμό του ατμοσφαιρικού αζώτου, που έγιναν από τον Kowalski και τον συνεργάτη του I. Moscytski, θα πρέπει επίσης να χρονολογηθούν σε αυτήν την εποχή. Αλλά η πρώτη σημαντική επιτυχία στην παραγωγή νιτρικού οξέος από τον αέρα έφερε η ιστορική ιδέα του Νορβηγού μηχανικού Birkeland, ο οποίος επρόκειτο να χρησιμοποιήσει την ικανότητα του τελευταίου να τεντώνεται σε ένα ισχυρό ηλεκτρομαγνητικό πεδίο για να αυξήσει την απόδοση των οξειδίων του αζώτου. όταν διέρχεται βολταϊκό τόξο μέσω του αέρα. Ο Birkeland συνδύασε αυτή την ιδέα με έναν άλλο Νορβηγό μηχανικό Eide και τη μετέφρασε σε τεχνική εγκατάσταση, η οποία παρείχε αμέσως μια οικονομικά αποδοτική ευκαιρία για τη λήψη νιτρικού οξέος από τον αέρα. Λόγω της συνεχούς αλλαγής της κατεύθυνσης του ρεύματος και της δράσης του ηλεκτρομαγνήτη, η προκύπτουσα φλόγα του βολταϊκού τόξου έχει μια σταθερή τάση, όπως λες, να φουσκώνει σε διαφορετικές πλευρές, που οδηγεί στο σχηματισμό ενός βολταϊκού τόξου που κινείται γρήγορα όλη την ώρα με ταχύτητα έως και 100 m/sec, δημιουργώντας την εντύπωση ενός ήρεμα φλεγόμενου φαρδύ ηλεκτρικού ήλιου με διάμετρο 2 m και άνω. Ένα ισχυρό ρεύμα αέρα διοχετεύεται συνεχώς μέσω αυτού του ήλιου, και ο ίδιος ο ήλιος περικλείεται σε έναν ειδικό κλίβανο από πυρίμαχο πηλό, δεμένο σε χαλκό (Εικ. 1, 2 και 3).
Τα κοίλα ηλεκτρόδια του βολταϊκού τόξου ψύχονται από το εσωτερικό με νερό. Αέρα μέσω καναλιών ΕΝΑστην επένδυση από πυρίμαχο του κλιβάνου μπαίνει στον θάλαμο τόξου b? μέσω του οξειδωμένου αερίου φεύγει από τον κλίβανο και ψύχεται χρησιμοποιώντας τη θερμότητά του για τη θέρμανση των λεβήτων της συσκευής εξάτμισης. Μετά από αυτό, το ΝΟ εισέρχεται στους πύργους οξείδωσης, όπου οξειδώνεται από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε NO 2. Η τελευταία διεργασία είναι μια εξώθερμη διεργασία (2NO + O 2 = 2NO 2 + 27Cal), και επομένως συνθήκες που αυξάνουν την απορρόφηση θερμότητας ευνοούν σημαντικά την αντίδραση προς αυτή την κατεύθυνση. Στη συνέχεια, το διοξείδιο του αζώτου απορροφάται από το νερό σύμφωνα με τις ακόλουθες εξισώσεις:
3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO
2NO 2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2
Σε μια άλλη μέθοδο, το αντιδρών μίγμα αερίων ψύχεται κάτω από 150° πριν την απορρόφηση. σε αυτή τη θερμοκρασία, η αντίστροφη αποσύνθεση – NO 2 = NO + O – σχεδόν δεν πραγματοποιείται. Έχοντας υπόψη ότι υπό ορισμένες συνθήκες η ισορροπία NO + NO 2 N 2 O 3 επιτυγχάνεται με μέγιστη περιεκτικότητα σε N 2 O 3, μπορεί να επιτευχθεί με έκχυση καυτών νιτρωδών αερίων ακόμη και πριν από την πλήρη οξείδωσή τους, σε θερμοκρασία 200 έως 300 °, με διάλυμα σόδας ή καυστικής σόδας, αντί για νιτρικά άλατα - καθαρά νιτρώδη (μέθοδος Norsk Hydro). Κατά την έξοδο από τον κλίβανο, ο εμφυσημένος αέρας περιέχει από 1 έως 2% οξείδια του αζώτου, τα οποία δεσμεύονται αμέσως με αντίθετες πίδακες νερού και στη συνέχεια εξουδετερώνονται με ασβέστη για να σχηματίσουν ασβέστιο, το λεγόμενο. «Νορβηγικό» αλάτι. Η διεξαγωγή της ίδιας της διαδικασίας N 2 + O 2 2NO - 43,2 Cal απαιτεί τη δαπάνη μιας σχετικά μικρής ποσότητας ηλεκτρικής ενέργειας, δηλαδή: για να ληφθεί 1 τόνος δεσμευμένου αζώτου με τη μορφή NO μόνο 0,205 kW-έτος. Εν τω μεταξύ, στις καλύτερες σύγχρονες εγκαταστάσεις είναι απαραίτητο να δαπανηθούν 36 φορές περισσότερα, δηλαδή περίπου 7,3 και έως 8 kW-έτη ανά 1 τόνο. Με άλλα λόγια, πάνω από το 97% της ενέργειας που δαπανάται δεν πηγαίνει στον σχηματισμό του ΝΟ, αλλά στη δημιουργία για αυτή τη διαδικασία ευνοϊκές συνθήκες. Για να μετατοπιστεί η ισορροπία προς την υψηλότερη δυνατή περιεκτικότητα σε ΝΟ, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιηθεί μια θερμοκρασία από 2300 έως 3300° (η περιεκτικότητα σε ΝΟ στους 2300° είναι 2 vol% και για 3300° - 6 vol%), αλλά σε τέτοιες θερμοκρασίες το 2ΝΟ αποσυντίθεται γρήγορα πίσω στο N 2 + O 2. Ως εκ τούτου, σε ένα μικρό κλάσμα του δευτερολέπτου είναι απαραίτητο να αφαιρέσετε το αέριο από τις θερμές περιοχές στις πιο ψυχρές και να το ψύξετε τουλάχιστον στους 1500°, όταν η αποσύνθεση του ΝΟ προχωρεί πιο αργά. Η ισορροπία N 2 + O 2 2NO επιτυγχάνεται στις 1500° σε 30 ώρες, στις 2100° σε 5 δευτερόλεπτα, στις 2500° σε 0,01 δευτερόλεπτα. και στις 2900° - σε 0,000035 sec.
Η μέθοδος του Schonherr, ενός υπαλλήλου της BASF, διαφέρει από τη μέθοδο των Birkeland και Eide σε σημαντικές βελτιώσεις. Σε αυτή τη μέθοδο, αντί για μια παλλόμενη και ακόμα διακοπτόμενη φλόγα ενός βολταϊκού τόξου μεταβλητόςρεύμα, εφαρμόστε μια ήρεμη φλόγα υψηλής μόνιμοςρεύμα Αυτό αποτρέπει το συχνό φύσημα από τη φλόγα, το οποίο είναι πολύ επιβλαβές για τη διαδικασία. Το ίδιο αποτέλεσμα, ωστόσο, μπορεί να επιτευχθεί με ένα βολταϊκό τόξο εναλλασσόμενου ρεύματος, αλλά φυσώντας αέρα μέσω της φλόγας που καίγεται όχι σε ευθεία γραμμή, αλλά με τη μορφή ενός ανέμου δίνης κατά μήκος της φλόγας του βολταϊκού τόξου. Επομένως, ο φούρνος θα μπορούσε σχεδιασμένο ως μάλλον στενό μεταλλικός σωλήνας, επιπλέον, ώστε η φλόγα του τόξου να μην αγγίζει τα τοιχώματά του. Το διάγραμμα σχεδιασμού του κλιβάνου Schongherr φαίνεται στο Σχ. 4.
Μια περαιτέρω βελτίωση στη μέθοδο τόξου γίνεται με τη μέθοδο Pauling (Εικ. 5). Τα ηλεκτρόδια στον κλίβανο καύσης μοιάζουν με εκκένωσης κέρατος. Ένα βολταϊκό τόξο μήκους 1 m που σχηματίζεται ανάμεσά τους εκτοξεύεται προς τα πάνω από ένα ισχυρό ρεύμα αέρα. Στο στενότερο σημείο της σπασμένης φλόγας, το τόξο αναφλέγεται ξανά χρησιμοποιώντας πρόσθετα ηλεκτρόδια.
Ένας ελαφρώς διαφορετικός σχεδιασμός ενός κλιβάνου για την οξείδωση του αζώτου στον αέρα κατοχυρώθηκε από τον I. Moscicki. Το ένα από τα δύο ηλεκτρόδια (Εικ. 6) έχει σχήμα επίπεδου δίσκου και βρίσκεται σε πολύ κοντινή απόσταση από το άλλο ηλεκτρόδιο. Το άνω ηλεκτρόδιο είναι σωληνοειδές και ουδέτερα αέρια ρέουν μέσα από αυτό σε μια γρήγορη ροή και στη συνέχεια εξαπλώνονται σε κώνο.
Η φλόγα του βολταϊκού τόξου φέρεται σε κυκλική κίνηση υπό την επίδραση ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, και ο γρήγορος πίδακας αερίου σε σχήμα κώνου αποτρέπει βραχυκυκλώματα. Λεπτομερής περιγραφήολόκληρη η εγκατάσταση δίνεται στο W. Waeser, Luftstickstoff-Industrie, σελ. 475, 1922. Ένα εργοστάσιο στην Ελβετία (Chippis, Wallis) λειτουργεί σύμφωνα με τη μέθοδο του I. Mościcki, παράγοντας 40% HNO 3 . Μια άλλη μονάδα στην Πολωνία (Bory-Jaworzno) έχει σχεδιαστεί για 7000 kW και θα πρέπει να παράγει συμπυκνωμένο HNO 3 και (NH 4) 2 SO 4. Για τη βελτίωση της απόδοσης των οξειδίων του αζώτου και την αύξηση της φλόγας του βολταϊκού τόξου, ΠρόσφαταΤο αρχικό προϊόν δεν είναι ο αέρας, αλλά ένα πιο πλούσιο σε οξυγόνο μείγμα αζώτου και οξυγόνου, με αναλογία 1: 1. Το γαλλικό εργοστάσιο στο Laroche-de-Rham λειτουργεί με ένα τέτοιο μείγμα με πολύ καλά αποτελέσματα.
Συνιστάται η συμπύκνωση του προκύπτοντος τετροξειδίου του αζώτου N 2 O 4 σε υγρό με ψύξη στους -90°. Τέτοιο υγρό τετροξείδιο του αζώτου, που λαμβάνεται από προξηραμένα αέρια - οξυγόνο και αέρα, δεν αντιδρά με μέταλλα και επομένως μπορεί να μεταφερθεί σε χαλύβδινες βόμβες και να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή HNO 3 σε ισχυρές συγκεντρώσεις. Το τολουόλιο χρησιμοποιήθηκε ως ψυκτικό σε αυτήν την περίπτωση κάποτε, αλλά λόγω της αναπόφευκτης διαρροής οξειδίων του αζώτου και της επίδρασής τους στο τολουόλιο, σημειώθηκαν τρομερές εκρήξεις στα εργοστάσια Tschernewitz (στη Γερμανία) και Bodio (στην Ελβετία), καταστρέφοντας και τις δύο επιχειρήσεις. Εκχύλιση N 2 O 4 από μίγμα αερίων. επιτυγχάνεται επίσης μέσω της απορρόφησης του N 2 O 4 από το silica gel, το οποίο απελευθερώνει το απορροφούμενο N 2 O 4 όταν θερμαίνεται.
II. Οξείδωση επαφής της αμμωνίας. Όλες οι περιγραφόμενες μέθοδοι για την παραγωγή συνθετικού νιτρικού οξέος απευθείας από τον αέρα, όπως ήδη αναφέρθηκε, είναι οικονομικά αποδοτικές μόνο εάν είναι διαθέσιμη φθηνή υδροηλεκτρική ενέργεια. Το πρόβλημα του δεσμευμένου αζώτου (βλέπε Άζωτο) δεν θα μπορούσε να θεωρηθεί ότι έχει επιλυθεί οριστικά εάν δεν είχε βρεθεί μέθοδος για την παραγωγή σχετικά φθηνού συνθετικού νιτρικού οξέος. Η απορρόφηση του δεσμευμένου αζώτου από τα λιπάσματα από τα φυτά διευκολύνεται ιδιαίτερα εάν αυτά τα λιπάσματα είναι άλατα νιτρικού οξέος. Οι ενώσεις αμμωνίου που εισάγονται στο έδαφος πρέπει πρώτα να υποστούν νιτροποίηση στο ίδιο το έδαφος (βλ. Αζωτούχα λιπάσματα). Επιπλέον, το νιτρικό οξύ, μαζί με το θειικό οξύ, είναι η βάση πολλών κλάδων της χημικής βιομηχανίας και των στρατιωτικών υποθέσεων. Η παραγωγή εκρηκτικών υλών και πυρίτιδας χωρίς καπνό (TNT, νιτρογλυκερίνη, δυναμίτης, πικρινικό οξύ και πολλά άλλα), βαφών ανιλίνης, σελλουλόιντ και ρεγιόν, πολλών φαρμάκων κ.λπ. είναι αδύνατη χωρίς νιτρικό οξύ. Γι' αυτό στη Γερμανία, που αποκόπηκε από την πηγή της χιλιανής άλατος λόγω αποκλεισμού κατά τη διάρκεια του Παγκόσμιου Πολέμου και ταυτόχρονα δεν είχε φθηνή υδροηλεκτρική ενέργεια, σε ένα μεγάλο βαθμόΗ παραγωγή συνθετικού νιτρικού οξέος αναπτύχθηκε με τη μέθοδο της επαφής, ξεκινώντας από άνθρακα ή συνθετική αμμωνία με οξείδωση με ατμοσφαιρικό οξυγόνο με τη συμμετοχή καταλυτών. Κατά τη διάρκεια του πολέμου (1918), η Γερμανία παρήγαγε έως και 1000 τόνους νιτρικού οξέος και νιτρικού αμμωνίου την ημέρα.
Το 1788, ο Milner στο Cambridge καθιέρωσε τη δυνατότητα οξείδωσης της NH 3 σε οξείδια του αζώτου υπό τη δράση του υπεροξειδίου του μαγγανίου όταν θερμαίνεται. Το 1839, ο Kuhlman καθιέρωσε τη δράση επαφής της πλατίνας κατά την οξείδωση της αμμωνίας με τον αέρα. Τεχνικά, η μέθοδος οξείδωσης αμμωνίας σε νιτρικό οξύ αναπτύχθηκε από τους Ostwald και Brouwer και κατοχυρώθηκε από αυτούς το 1902. (Είναι ενδιαφέρον ότι στη Γερμανία η αίτηση του Ostwald απορρίφθηκε λόγω αναγνώρισης προτεραιότητας για τον Γάλλο χημικό Kuhlmann.) Υπό τη δράση του λεπτά διαμερισμένη πλατίνα και η αργή ροή του αερίου μίγματος, η οξείδωση προχωρά σύμφωνα με την αντίδραση 4NH 3 + ZO 2 = 2N 2 + 6H 2 O. Επομένως, η διαδικασία θα πρέπει να αυστηρά ρυθμισμένο τόσο με την έννοια της σημαντικής ταχύτητας κίνησης του πίδακα αερίου που διοχετεύεται μέσω του «μετατροπέα» επαφής όσο και με την έννοια της σύνθεσης του μείγματος αερίων. Το μείγμα αερίων που εισέρχεται στους «μετατροπείς» θα πρέπει. είχε προηγουμένως καθαριστεί επιμελώς από σκόνη και ακαθαρσίες που θα μπορούσαν να «δηλητηριάσουν» τον καταλύτη πλατίνας.
Μπορεί να υποτεθεί ότι η παρουσία πλατίνας προκαλεί την αποσύνθεση του μορίου NH 3 και το σχηματισμό μιας ασταθούς ενδιάμεσης ένωσης της πλατίνας με υδρογόνο. Σε αυτή την περίπτωση, το άζωτο στο status nascendi υπόκειται σε οξείδωση από το ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Η οξείδωση της NH 3 σε HNO 3 προχωρά με τις ακόλουθες αντιδράσεις:
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H20;
Ψυγμένο άχρωμο αέριο NO, που αναμιγνύεται με ένα νέο τμήμα αέρα, οξειδώνεται αυθόρμητα περαιτέρω για να σχηματίσει NO 2 ή N 2 O 4:
2NO + O 2 = 2NO 2, ή N 2 O 4;
η διάλυση των αερίων που προκύπτουν στο νερό παρουσία περίσσειας αέρα ή οξυγόνου συνδέεται με περαιτέρω οξείδωση σύμφωνα με την αντίδραση:
2NO 2 + O + H 2 O = 2HNO 3,
μετά την οποία λαμβάνεται HNO 3, με αντοχή περίπου 40 έως 50%. Με απόσταξη του προκύπτοντος ΗΝΟ 3 με ισχυρό θειικό οξύ, μπορεί τελικά να ληφθεί συμπυκνωμένο συνθετικό νιτρικό οξύ. Σύμφωνα με τον Ostwald, ο καταλύτης πρέπει να αποτελείται από μεταλλική πλατίνα επικαλυμμένη με μερική ή εντελώς σπογγώδη πλατίνα ή μαύρο λευκόχρυσο.
Η αντίδραση θα πρέπει να λάβει χώρα όταν η κόκκινη θερμότητα μόλις έχει αρχίσει και με σημαντικό ρυθμό ροής του μείγματος αερίων, που αποτελείται από 10 ή περισσότερα μέρη αέρα ανά 1 ώρα NH 3. Η αργή ροή του μίγματος αερίων προωθεί την πλήρη αποσύνθεση του NH 3 σε στοιχεία. Με ένα πλέγμα επαφής πλατίνας 2 cm, η ταχύτητα ροής αερίου πρέπει να είναι 1-5 m/sec, δηλαδή ο χρόνος επαφής του αερίου με την πλατίνα δεν πρέπει να υπερβαίνει το 1/100 sec. Βέλτιστες θερμοκρασίεςβρίσκεται περίπου 300°. Το μίγμα αερίων προθερμαίνεται. Όσο υψηλότερος είναι ο ρυθμός ροής του μείγματος αερίων, τόσο μεγαλύτερη είναι η έξοδος ΝΟ. Δουλεύοντας με πολύ παχύ πλέγμα πλατίνας (καταλύτη) με μείγμα αμμωνίας και αέρα που περιέχει περίπου 6,3% NH 3, οι Neumann και Rose έλαβαν τα ακόλουθα αποτελέσματα σε θερμοκρασία 450 ° (με επιφάνεια επαφής πλατίνας 3,35 cm 2):
Περισσότερο ή λιγότερο περιεχόμενο NH 3 έχει επίσης μεγάλης σημασίαςνα κατευθύνει τη χημική διαδικασία, η οποία μπορεί να προχωρήσει είτε σύμφωνα με την εξίσωση: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (με περιεκτικότητα 14,38% NH 3), είτε σύμφωνα με την εξίσωση: 4NH 3 + 7O 2 = 4NO 2 + 6Η 2 Ο (με περιεκτικότητα μίγματος 10,74% NH 3). Με λιγότερη επιτυχία από την πλατίνα, ίσως. Χρησιμοποιήθηκαν επίσης και άλλοι καταλύτες (οξείδιο του σιδήρου, βισμούθιο, δημήτριο, θόριο, χρώμιο, βανάδιο, χαλκός). Από αυτά, μόνο η χρήση οξειδίου του σιδήρου σε θερμοκρασία 700-800°, με απόδοση 80 έως 85% NH 3, αξίζει προσοχής.
Η θερμοκρασία παίζει σημαντικό ρόλο στην οξειδωτική διαδικασία της μετάβασης του NH 3 στο HNO 3. Η ίδια η αντίδραση οξείδωσης αμμωνίας είναι εξώθερμη: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O + 215,6 Cal. Μόνο αρχικά είναι απαραίτητο να θερμανθεί η συσκευή επαφής· στη συνέχεια η αντίδραση συμβαίνει λόγω της δικής της θερμότητας. Ο τεχνικός σχεδιασμός των «μετατροπέων» για την οξείδωση της αμμωνίας διαφορετικών συστημάτων είναι ξεκάθαρος από τα σχήματα που δίνονται (Εικ. 7-8).
Το σχήμα παραγωγής HNO 3 σύμφωνα με την επί του παρόντος αποδεκτή μέθοδο Franck-Caro φαίνεται στο Σχ. 9.
Στο σχ. Το 10 δείχνει ένα διάγραμμα της οξείδωσης του NH 3 στο εργοστάσιο των Meister Lucius and Brünning στο Hechst.
Στις σύγχρονες εγκαταστάσεις, η οξείδωση του NH 3 σε NO πραγματοποιείται με απόδοση έως και 90%, και η επακόλουθη οξείδωση και απορρόφηση των οξειδίων του αζώτου που προκύπτουν από το νερό - με απόδοση έως και 95%. Έτσι, η όλη διαδικασία δίνει μια απόδοση δεσμευμένου αζώτου 85-90%. Η παραγωγή HNO 3 από νιτρικά άλατα κοστίζει σήμερα (σε όρους 100% HNO 3) 103 $ ανά 1 τόνο, σύμφωνα με τη διαδικασία τόξου, 97,30 $ ανά 1 τόνο, ενώ 1 τόνος HNO 3 που λαμβάνεται με οξείδωση NH -3 κοστίζει μόνο 85,80 $ . Είναι αυτονόητο ότι αυτοί οι αριθμοί θα μπορούσαν να είναι είναι μόνο κατά προσέγγιση και εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος της επιχείρησης, το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας και πρώτων υλών, αλλά και πάλι δείχνουν ότι η μέθοδος επαφής για την παραγωγή HNO 3 προορίζεται να καταλάβει κυρίαρχη θέση στο εγγύς μέλλον σε σύγκριση με άλλες μεθόδους.
δείτε επίσης
Το νιτρικό οξύ είναι μια από τις κύριες ενώσεις αζώτου. Χημική φόρμουλα– HNO3. Τι φυσικές και χημικές ιδιότητες έχει λοιπόν αυτή η ουσία;
Φυσικές ιδιότητες
Το καθαρό νιτρικό οξύ είναι άχρωμο, έχει έντονη οσμή και έχει την ιδιότητα να «καπνίζει» όταν εκτίθεται στον αέρα. Μοριακή μάζαείναι 63 g/mol. Σε θερμοκρασία -42 βαθμών μετατρέπεται σε στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης και μετατρέπεται σε λευκή μάζα. Το άνυδρο νιτρικό οξύ βράζει στους 86 βαθμούς. Όταν αναμιγνύεται με νερό, σχηματίζει διαλύματα που διαφέρουν μεταξύ τους σε συγκέντρωση.
Αυτή η ουσία είναι μονοβασική, δηλαδή έχει πάντα μία καρβοξυλική ομάδα. Μεταξύ των οξέων που είναι ισχυροί οξειδωτικοί παράγοντες, το νιτρικό οξύ είναι ένα από τα ισχυρότερα. Αντιδρά με πολλά μέταλλα και αμέταλλα, οργανικές ενώσεις λόγω αναγωγής του αζώτου
Τα νιτρικά είναι άλατα του νιτρικού οξέος. Χρησιμοποιούνται συχνότερα ως λιπάσματα στη γεωργία.
Χημικές ιδιότητες
Ο ηλεκτρονικός και δομικός τύπος του νιτρικού οξέος απεικονίζεται ως εξής:
Ρύζι. 1. Ηλεκτρονική φόρμουλανιτρικό οξύ.
Το πυκνό νιτρικό οξύ εκτίθεται στο φως και, υπό την επιρροή του, μπορεί να αποσυντεθεί σε οξείδια του αζώτου. Τα οξείδια, με τη σειρά τους, αλληλεπιδρούν με το οξύ, διαλύονται σε αυτό και δίνουν στο υγρό μια κιτρινωπή απόχρωση:
4HNO 3 =4NO 2 +O 2 +2H 2 O
Η ουσία πρέπει να φυλάσσεται σε δροσερό και σκοτεινό μέρος. Καθώς η θερμοκρασία και η συγκέντρωσή του αυξάνονται, η διαδικασία αποσύνθεσης γίνεται πολύ πιο γρήγορα. Το άζωτο σε ένα μόριο νιτρικού οξέος έχει πάντα σθένος IV, κατάσταση οξείδωσης +5 και αριθμό συντονισμού 3.
Δεδομένου ότι το νιτρικό οξύ είναι ένα πολύ ισχυρό οξύ, σε διαλύματα αποσυντίθεται πλήρως σε ιόντα. Αντιδρά με βασικά οξείδια, με βάσεις και με άλατα ασθενέστερων και πιο πτητικών οξέων.
Ρύζι. 2. Νιτρικό οξύ.
Αυτό το μονοβασικό οξύ είναι ένας ισχυρός οξειδωτικός παράγοντας. Το νιτρικό οξύ προσβάλλει πολλά μέταλλα. Ανάλογα με τη συγκέντρωση, τη δραστηριότητα του μετάλλου και τις συνθήκες αντίδρασης, μπορεί να μειωθεί με τον ταυτόχρονο σχηματισμό ενός άλατος νιτρικού οξέος (νιτρικό) σε ενώσεις.
Όταν το νιτρικό οξύ αντιδρά με μέταλλα χαμηλής δράσης, σχηματίζεται NO 2:
Cu+4HNO 3 (συμπ.)=Cu(NO 3) 2 +2NO 2 +2H 2 O
Το αραιό νιτρικό οξύ σε αυτή την περίπτωση μειώνεται σε ΝΟ:
3Cu+8HNO 3 (αραιωμένο)=3Сu(NO 3) 2 +2NO+4H 2 O
Εάν περισσότερα ενεργά μέταλλα αντιδράσουν με αραιό νιτρικό οξύ, απελευθερώνεται ΝΟ 2:
4Mg+10HNO3 (αραιωμένο)=4Mg(NO 3) 2 +N 2 O+5H 2 O
Το πολύ αραιό νιτρικό οξύ, όταν αλληλεπιδρά με ενεργά μέταλλα, ανάγεται σε άλατα αμμωνίου:
4Zn+10HNO 3 (πολύ αραιό)=4Zn(NO 3) 2 +NH 4 NO 3 +3H 2 O
Το Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti είναι σταθερά σε πυκνό νιτρικό οξύ. «Παθητικοποιεί» τα μέταλλα Al, Fe, Cr ως αποτέλεσμα του σχηματισμού μεμβρανών οξειδίου στην επιφάνεια των μετάλλων.
Ένα μείγμα που σχηματίζεται από έναν όγκο συμπυκνωμένου νιτρικού και τρεις όγκους πυκνού υδροχλωρικού (υδροχλωρικού) οξέος ονομάζεται «aqua regia».
Ρύζι. 3. Βασιλική βότκα.
Τα μη μέταλλα οξειδώνονται με νιτρικό οξύ στα αντίστοιχα οξέα και το νιτρικό οξύ, ανάλογα με τη συγκέντρωση, ανάγεται σε NO ή NO 2:
C + 4HNO 3 (συμπ.) = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O
S+6HNO 3 (συμπ.)=H 2 SO 4 +6NO 2 +2H 2 O
Το νιτρικό οξύ είναι ικανό να οξειδώνει ορισμένα κατιόντα και ανιόντα, καθώς και ανόργανες ομοιοπολικές ενώσεις, όπως το υδρόθειο.
3H 2 S+8HNO 3 (αραιωμένο)= 3H 2 SO 4 +8NO+4H 2 O
Το νιτρικό οξύ αλληλεπιδρά με πολλές οργανικές ουσίες και ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου στο μόριο της οργανικής ουσίας αντικαθίστανται από νιτροομάδες - NO 2. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται νίτρωση.
Νιτρικό οξύ και οι ιδιότητές του.
Το καθαρό νιτρικό οξύ HNO 3 είναι ένα άχρωμο υγρό. Στον αέρα «καπνίζει», όπως το συμπυκνωμένο υδροχλωρικό οξύ, αφού οι ατμοί του σχηματίζουν μικρά σταγονίδια ομίχλης με την υγρασία του αέρα.
Το νιτρικό οξύ δεν είναι ισχυρό. Ήδη υπό την επίδραση του φωτός σταδιακά αποσυντίθεται:
4HN0 3 = 4N0 2 + 0 2 + 2H 2 0.
Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία και όσο πιο συμπυκνωμένο είναι το οξύ, τόσο πιο γρήγορα γίνεται η αποσύνθεση. Το διοξείδιο του αζώτου που απελευθερώνεται διαλύεται στο οξύ και του δίνει ένα καφέ χρώμα.
Το νιτρικό οξύ είναι ένα από τα ισχυρότερα οξέα: σε αραιά διαλύματα αποσυντίθεται πλήρως σε ιόντα H+ και N0_.
Το νιτρικό οξύ είναι ένας από τους πιο ενεργητικούς οξειδωτικούς παράγοντες. Πολλά αμέταλλα οξειδώνονται εύκολα από αυτό μετατρέποντας στα αντίστοιχα οξέα. Έτσι, το θείο, όταν βράζεται με νιτρικό οξύ, οξειδώνεται σταδιακά σε θειικό οξύ, ο φώσφορος σε φωσφορικό οξύ.
Το νιτρικό οξύ δρα σχεδόν σε όλα τα μέταλλα (βλ. ενότητα 11.3.2), μετατρέποντάς τα σε νιτρικά άλατα και ορισμένα μέταλλα σε οξείδια.
Το συμπυκνωμένο HNO 3 παθητικοποιεί ορισμένα μέταλλα.
Η κατάσταση οξείδωσης του αζώτου στο νιτρικό οξύ είναι +5. Λειτουργώντας ως οξειδωτικός παράγοντας, το HNO 3 μπορεί να αναχθεί σε διάφορα προϊόντα:
4 +3 +2 +1 0 -3
N0 2 N 2 0 3 NO N 2 O N 2 NH 4 N0 3
Ποια από αυτές τις ουσίες σχηματίζεται, δηλαδή πόσο βαθιά ανάγεται το νιτρικό οξύ σε μια δεδομένη περίπτωση, εξαρτάται από τη φύση του αναγωγικού παράγοντα και από τις συνθήκες αντίδρασης, κυρίως από τη συγκέντρωση του οξέος. Όσο υψηλότερη είναι η συγκέντρωση HNO3, τόσο λιγότερο βαθιά μειώνεται. Όταν αντιδρά με πυκνό οξύ, το ΝΟ2 απελευθερώνεται συχνότερα. Όταν το αραιό νιτρικό οξύ αντιδρά με μέταλλα χαμηλής δράσης, για παράδειγμα, χαλκό, απελευθερώνεται ΝΟ. Στην περίπτωση των πιο ενεργών μετάλλων - σιδήρου, σχηματίζεται ψευδάργυρος - N2O. Ιδιαίτερα αραιωμένο νιτρικό οξύ αντιδρά με ενεργά μέταλλα - ψευδάργυρο, μαγνήσιο, αλουμίνιο - για να σχηματίσει ιόν αμμωνίου, το οποίο δίνει νιτρικό αμμώνιο με το οξύ. Συνήθως σχηματίζονται πολλά προϊόντα ταυτόχρονα.
Cu + HN0 3 (συμπ.) - Cu (N0 3) 2 + N0 2 + H 2 0;
Cu + HN03 (αραιωμένο) -^ Cu(N03) 2 + N0 + H2O;
Mg + HN0 3 (αραιωμένο) -> Mg(N0 3) 2 + N 2 0 + n 2 0;
Zn + HN0 3 (πολύ αραιό) - Zn(N0 3) 2 + NH 4 N0 3 + H 2 0.
Όταν το νιτρικό οξύ δρα σε μέταλλα, το υδρογόνο, κατά κανόνα, δεν απελευθερώνεται.
Όταν τα μη μέταλλα οξειδώνονται, το πυκνό νιτρικό οξύ, όπως στην περίπτωση των μετάλλων, ανάγεται σε NO 2, για παράδειγμα
S + 6HNO 3 = H 2 S0 4 + 6N0 2 + 2H 2 0.
ZR + 5HN0 3 + 2N 2 0 = ZN 3 RO 4 + 5N0
Τα διαγράμματα που δίνονται απεικονίζουν τις πιο χαρακτηριστικές περιπτώσεις αλληλεπίδρασης νιτρικού οξέος με μέταλλα και αμέταλλα. Γενικά, οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής που περιλαμβάνουν HNO 3 είναι πολύπλοκες.
Ένα μείγμα που αποτελείται από 1 όγκο νιτρικού οξέος και 3-4 όγκους πυκνού υδροχλωρικού οξέος ονομάζεται aqua regia. Το Aqua regia διαλύει ορισμένα μέταλλα που δεν αντιδρούν με το νιτρικό οξύ, συμπεριλαμβανομένου του «βασιλιά των μετάλλων» - του χρυσού. Η δράση του εξηγείται από το γεγονός ότι το νιτρικό οξύ οξειδώνει το υδροχλωρικό οξύ με την απελευθέρωση ελεύθερου χλωρίου και το σχηματισμό χλωροξειδίου του αζώτου (1Ν), ή νιτροζυλοχλωριδίου, N0C1:
HN0 3 + ZNS1 = C1 2 + 2H 2 0 + N0C1.
Το νιτροζυλοχλωρίδιο είναι ένα ενδιάμεσο προϊόν της αντίδρασης και αποσυντίθεται:
2N0C1 = 2N0 + C1 2.
Το χλώριο τη στιγμή της απελευθέρωσης αποτελείται από άτομα, γεγονός που καθορίζει την υψηλή οξειδωτική ικανότητα του aqua regia. Οι αντιδράσεις οξείδωσης χρυσού και πλατίνας προχωρούν κυρίως σύμφωνα με τις ακόλουθες εξισώσεις:
Au + HN0 3 + ZNS1 = AuCl 3 + NO + 2H 2 0;
3Pt + 4HN0 3 + 12HC1 = 3PtCl 4 + 4N0 + 8H 2 0.
Το νιτρικό οξύ δρα σε πολλές οργανικές ουσίες με τέτοιο τρόπο ώστε ένα ή περισσότερα άτομα υδρογόνου στο μόριο οργανική ένωσηαντικαθίστανται από νιτροομάδες - NO 2. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται νίτρωση και έχει μεγάλη σημασία στην οργανική χημεία.
Τα άλατα του νιτρικού οξέος ονομάζονται νιτρικά. Όλα διαλύονται καλά στο νερό και όταν θερμανθούν αποσυντίθενται απελευθερώνοντας οξυγόνο. Σε αυτή την περίπτωση, τα νιτρικά άλατα των πιο ενεργών μετάλλων μετατρέπονται σε νιτρώδη:
2KN0 3 = 2KN0 2 +O 2
Εργοστασιακή παραγωγήνιτρικό οξύ. Οι σύγχρονες βιομηχανικές μέθοδοι για την παραγωγή νιτρικού οξέος βασίζονται στην καταλυτική οξείδωση της αμμωνίας με ατμοσφαιρικό οξυγόνο. Κατά την περιγραφή των ιδιοτήτων της αμμωνίας, υποδείχθηκε ότι καίγεται σε οξυγόνο και τα προϊόντα αντίδρασης είναι νερό και ελεύθερο άζωτο. Αλλά με την παρουσία καταλυτών, η οξείδωση της αμμωνίας με οξυγόνο μπορεί να προχωρήσει διαφορετικά. Εάν ένα μείγμα αμμωνίας και αέρα περάσει πάνω από τον καταλύτη, τότε στους 750 °C και σε μια ορισμένη σύνθεση του μείγματος, συμβαίνει σχεδόν πλήρης μετατροπή του NH 3 σε N0:
4NH 3 (r) + 5O 2 (g) = 4NO(r) + 6H 2 O (g), ΑΝ = -907 kJ.
Το NO2 που προκύπτει μετατρέπεται εύκολα σε NO2, το οποίο, με νερό παρουσία ατμοσφαιρικού οξυγόνου, παράγει νιτρικό οξύ.
Τα κράματα με βάση την πλατίνα χρησιμοποιούνται ως καταλύτες για την οξείδωση της αμμωνίας.
Το νιτρικό οξύ που λαμβάνεται με την οξείδωση της αμμωνίας έχει συγκέντρωση που δεν υπερβαίνει το 60%. Εάν είναι απαραίτητο, συμπυκνώνεται.
Η βιομηχανία παράγει αραιωμένο νιτρικό οξύ με συγκεντρώσεις 55, 47 και 45%, και πυκνό νιτρικό οξύ - 98 και 97%. Το συμπυκνωμένο οξύ μεταφέρεται σε δεξαμενές αλουμινίου, το αραιωμένο οξύ μεταφέρεται σε δεξαμενές κατασκευασμένες από ανθεκτικό στα οξέα χάλυβα.
Εισιτήριο 5
2. Ο ρόλος του σιδήρου στις διαδικασίες ζωής του οργανισμού.
Σίδηρος στο σώμα. Ο σίδηρος υπάρχει στο σώμα όλων των ζώων και στα φυτά (κατά μέσο όρο περίπου 0,02%). είναι απαραίτητο κυρίως για το μεταβολισμό του οξυγόνου και τις οξειδωτικές διεργασίες. Υπάρχουν οργανισμοί (οι λεγόμενοι συμπυκνωτές) ικανοί να το συσσωρεύσουν σε μεγάλες ποσότητες (για παράδειγμα, βακτήρια σιδήρου - έως και 17-20% του σιδήρου). Σχεδόν όλος ο σίδηρος στα ζώα και τα φυτά συνδέεται με τις πρωτεΐνες. Η έλλειψη σιδήρου προκαλεί επιβράδυνση της ανάπτυξης και χλώρωση στα φυτά που σχετίζονται με μειωμένο σχηματισμό χλωροφύλλης. Η περίσσεια σιδήρου έχει επίσης επιβλαβή επίδραση στην ανάπτυξη των φυτών, προκαλώντας, για παράδειγμα, στειρότητα των ανθέων του ρυζιού και χλώρωση. Σε αλκαλικά εδάφη, σχηματίζονται ενώσεις σιδήρου που είναι απρόσιτες για απορρόφηση από τις ρίζες των φυτών και τα φυτά δεν τον λαμβάνουν σε επαρκείς ποσότητες. σε όξινα εδάφη, ο σίδηρος μετατρέπεται σε διαλυτές ενώσεις σε υπερβολικές ποσότητες. Όταν υπάρχει ανεπάρκεια ή περίσσεια αφομοιώσιμων ενώσεων σιδήρου στο έδαφος, μπορεί να παρατηρηθούν ασθένειες των φυτών σε μεγάλες εκτάσεις.
Ο σίδηρος εισέρχεται στο σώμα των ζώων και των ανθρώπων με την τροφή (οι πιο πλούσιες πηγές σε αυτόν είναι το συκώτι, το κρέας, τα αυγά, τα όσπρια, το ψωμί, τα δημητριακά, το σπανάκι και τα παντζάρια). Φυσιολογικά, ένα άτομο λαμβάνει 60-110 mg Σιδήρου στη διατροφή του, κάτι που υπερβαίνει σημαντικά τις ημερήσιες ανάγκες του. Η απορρόφηση του σιδήρου που λαμβάνεται από τα τρόφιμα λαμβάνει χώρα στο άνω μέρος του λεπτού εντέρου, από όπου εισέρχεται στο αίμα σε μορφή δεσμευμένη με πρωτεΐνη και μεταφέρεται με το αίμα σε διάφορα όργανα και ιστούς, όπου εναποτίθεται με τη μορφή σιδήρου- σύμπλεγμα πρωτεϊνών - φερριτίνη. Η κύρια αποθήκη σιδήρου στο σώμα είναι το συκώτι και ο σπλήνας. Λόγω της φερριτίνης, πραγματοποιείται η σύνθεση όλων των ενώσεων του σώματος που περιέχουν σίδηρο: η αναπνευστική χρωστική ουσία αιμοσφαιρίνη συντίθεται στο μυελό των οστών, η μυοσφαιρίνη συντίθεται στους μύες, τα κυτοχρώματα και άλλα ένζυμα που περιέχουν σίδηρο συντίθενται σε διάφορους ιστούς. Ο σίδηρος απελευθερώνεται από τον οργανισμό κυρίως μέσω του τοιχώματος του παχέος εντέρου (στον άνθρωπο, περίπου 6-10 mg την ημέρα) και σε μικρό βαθμό από τα νεφρά.
Νιτρικό οξύ- ένα άχρωμο, «καπνιστικό» υγρό στον αέρα με πικάντικη οσμή. Χημικός τύπος HNO3.
Φυσικές ιδιότητες.Σε θερμοκρασία 42 °C σκληραίνει με τη μορφή λευκών κρυστάλλων. Το άνυδρο νιτρικό οξύ βράζει σε ατμοσφαιρική πίεσηκαι 86 °C. Αναμιγνύεται με νερό σε αυθαίρετες αναλογίες.
Όταν εκτίθεται στο φως, το πυκνό HNO3 αποσυντίθεται σε οξείδια του αζώτου:
Το HNO3 αποθηκεύεται σε δροσερό και σκοτεινό μέρος. Το σθένος του αζώτου σε αυτό είναι 4, η κατάσταση οξείδωσης είναι +5, ο αριθμός συντονισμού είναι 3.
Το HNO3 είναι ένα ισχυρό οξύ. Σε διαλύματα αποσυντίθεται πλήρως σε ιόντα. Αλληλεπιδρά με βασικά οξείδια και βάσεις, με άλατα περισσότερο αδύναμα οξέα. Το HNO3 έχει ισχυρή οξειδωτική ικανότητα. Δυνατότητα αναγωγής με τον ταυτόχρονο σχηματισμό νιτρικών σε ενώσεις, ανάλογα με τη συγκέντρωση, τη δραστηριότητα του μετάλλου που αλληλεπιδρά και τις συνθήκες:
1) συγκεντρωμένος HN03, αλληλεπιδρώντας με μέταλλα χαμηλής δράσης, ανάγεται σε οξείδιο του αζώτου (IV) NO2:
2) εάν το οξύ είναι αραιό, τότε ανάγεται σε μονοξείδιο του αζώτου (II) NO:
3) πιο ενεργά μέταλλα ανάγουν το αραιό οξύ σε οξείδιο του αζώτου (I) N2O:
Ένα πολύ αραιό οξύ ανάγεται σε άλατα αμμωνίου:
Το Au, Pt, Rh, Ir, Ta, Ti δεν αντιδρούν με πυκνό HNO3 και τα Al, Fe, Co και Cr «παθητοποιούνται».
4) Το HNO3 αντιδρά με τα αμέταλλα, μειώνοντάς τα στα αντίστοιχα οξέα και το ίδιο ανάγεται σε οξείδια:
5) Το HNO3 οξειδώνει ορισμένα κατιόντα και ανιόντα και ανόργανες ομοιοπολικές ενώσεις.
6) αλληλεπιδρά με πολλές οργανικές ενώσεις - αντίδραση νίτρωσης.
Βιομηχανική παραγωγή νιτρικού οξέος: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O.
Αμμωνία– Το ΝΟ μετατρέπεται σε ΝΟ2, το οποίο, με το νερό παρουσία ατμοσφαιρικού οξυγόνου, παράγει νιτρικό οξύ.
Καταλύτης – κράματα πλατίνας. Το HNO3 που προκύπτει δεν είναι περισσότερο από 60%. Εάν είναι απαραίτητο, συμπυκνώνεται. Η βιομηχανία παράγει αραιωμένο HNO3 (47–45%) και συμπυκνωμένο HNO3 (98–97%). Το συμπυκνωμένο οξύ μεταφέρεται σε δεξαμενές αλουμινίου, το αραιωμένο οξύ μεταφέρεται σε δεξαμενές κατασκευασμένες από ανθεκτικό στα οξέα χάλυβα.
34. Φώσφορος
Φώσφορος(R)βρίσκεται στην 3η περίοδο, στην ομάδα V, της κύριας υποομάδας του περιοδικού συστήματος του Δ.Ι. Μεντελέεφ. Αύξων αριθμός 15, πυρηνικό φορτίο +15, Ar = 30,9738 a.u. Το m... έχει 3 ενεργειακά επίπεδα, υπάρχουν 15 ηλεκτρόνια στο ενεργειακό κέλυφος, εκ των οποίων τα 5 είναι σθένους. Ο φώσφορος έχει ένα d-υποεπίπεδο. Ηλεκτρονική διαμόρφωση P: 1 s2 2s2 2p63 s2 3p33d0. Χαρακτηριστικό είναι ο υβριδισμός sp3, σπανιότερα sp3d1. Το σθένος του φωσφόρου είναι III, V. Η πιο χαρακτηριστική κατάσταση οξείδωσης είναι +5 και -3, λιγότερο χαρακτηριστική: +4, +1, -2, -3. Ο φώσφορος μπορεί να παρουσιάσει τόσο οξειδωτικές όσο και αναγωγικές ιδιότητες: να δέχεται και να δίνει ηλεκτρόνια.
Μοριακή δομή:η ικανότητα σχηματισμού β-δεσμών είναι λιγότερο έντονη από αυτή του αζώτου - σε συνηθισμένες θερμοκρασίες στην αέρια φάση, ο φώσφορος παρουσιάζεται με τη μορφή μορίων P4, που έχουν το σχήμα ισόπλευρων πυραμίδων με γωνίες 60°. Οι δεσμοί μεταξύ των ατόμων είναι ομοιοπολικοί, μη πολικοί. Κάθε άτομο Ρ στο μόριο συνδέεται με άλλα άτομα με β-δεσμούς.
Φυσικές ιδιότητες: Ο φώσφορος σχηματίζει τρία αλλότροπα: λευκό, κόκκινο και μαύρο. Κάθε τροποποίηση έχει το δικό της σημείο τήξης και πήξης.
Χημικές ιδιότητες:
1) όταν θερμαίνεται, το P4 διασπά αναστρέψιμα:
2) πάνω από 2000 °C το P2 αποσυντίθεται σε άτομα:
3) Ο φώσφορος σχηματίζει ενώσεις με αμέταλλα:
Συνδυάζεται άμεσα με όλα τα αλογόνα: 2P + 5Cl2 = 2PCl5.
Όταν αλληλεπιδρά με μέταλλα, ο φώσφορος σχηματίζει φωσφίδια:
Σε συνδυασμό με το υδρογόνο, σχηματίζει αέριο φωσφίνη: Р4 + 6Н2 = 4РН3?.
Όταν αλληλεπιδρά με το οξυγόνο, σχηματίζει τον ανυδρίτη P2O5: P4 + 5O2 = 2P2O5.
Παραλαβή:ο φώσφορος λαμβάνεται με φρύξη του μείγματος Ca3(ΡΟ4 )2 με άμμο και κωκ σε ηλεκτρικό κλίβανο σε θερμοκρασία 1500 °C χωρίς πρόσβαση αέρα: 2Ca3(PO4)2 + 1 °C + 6SiO2 = 6CaSiO3 + 1 °CO + P4?.
Ο φώσφορος δεν υπάρχει στη φύση στην καθαρή του μορφή, αλλά σχηματίζεται ως αποτέλεσμα χημικής δραστηριότητας. Οι κύριες φυσικές ενώσεις του φωσφόρου είναι τα ακόλουθα μέταλλα: Ca3(PO4)2 – φωσφορίτης. Ca3(PO4)2?CaF2 (ή CaCl) ή Ca3(PO4)2?Ca(OH)2 – απατίτης. Εξαιρετική βιολογικής σημασίαςφώσφορος. Ο φώσφορος είναι μέρος ορισμένων φυτικών και ζωικών πρωτεϊνών: πρωτεΐνη στο γάλα, το αίμα, τον εγκέφαλο και τον νευρικό ιστό. Μεγάλη ποσότητα του περιέχεται στα οστά των σπονδυλωτών με τη μορφή ενώσεων: 3Ca3(PO4)2?Ca(OH)2 και 3Ca3(PO4)2?CaCO3?H2O. Ο φώσφορος είναι βασικό συστατικό των νουκλεϊκών οξέων, που παίζει ρόλο στη μετάδοση κληρονομικών πληροφοριών. Ο φώσφορος βρίσκεται στο σμάλτο των δοντιών και στους ιστούς με τη μορφή λεκιθίνης - μια ένωση λιπών με εστέρες φωσφορογλυκερόλης.