Азотная кислота: свойства, получение и применение¶

Азотная кислота — неорганическое соединение с химической формулой HNO₃, одноосновная сильная кислота, при обычных условиях представляющая собой бесцветную жидкость с резким удушливым запахом. Относится к важнейшим продуктам основной химической промышленности; мировое производство измеряется десятками миллионов тонн в год. В чистом виде неустойчива: под действием света и тепла разлагается с выделением диоксида азота, окрашивающего жидкость в жёлто-бурый цвет.

¶Физические и химические свойства

Молярная масса HNO₃ — 63,01 г/моль, плотность безводной кислоты — около 1,51 г/см³, температура плавления — −41,6 °C, кипения — 82,6 °C. С водой смешивается в любых соотношениях с выделением теплоты. Содержащая 68,4 % HNO₃ смесь кипит при постоянной температуре 121,6 °C — это так называемая азеотропная (постояннокипящая) кислота, которую перегонкой нельзя сконцентрировать выше указанного содержания.

Азотная кислота — сильный окислитель. Концентрированная кислота пассивирует железо, алюминий, хром, покрывая их оксидной плёнкой, поэтому хранится в алюминиевых ёмкостях. Она реагирует почти со всеми металлами (кроме золота, платины и ряда благородных металлов), причём продуктами восстановления азота могут быть NO₂, NO, N₂O, N₂, NH₄NO₃ — в зависимости от концентрации кислоты и активности металла. Смесь концентрированной азотной и соляной кислот (1:3) — «царская водка» — растворяет золото и платину.

Соли азотной кислоты называются нитратами (селитрами). При нагревании они разлагаются с выделением кислорода, что обусловливает их применение как окислителей.

¶Получение

В промышленности азотную кислоту получают каталитическим окислением аммиака — так называемым нитрозным способом, разработанным в начале XX века. Процесс включает три стадии:

1. Каталитическое окисление аммиака до оксида азота(II) на платино-родиевых сетках при 800–900 °C:

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O.

1. Окисление NO до NO₂ кислородом воздуха.
2. Поглощение NO₂ водой с образованием HNO₃ и возвратом NO в цикл:

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO.

Аммиак, в свою очередь, синтезируют из азота и водорода (процесс Габера — Боша). Концентрирование кислоты выше 68 % проводят перегонкой с водоотнимающими средствами (серной кислотой, нитратом магния) или под давлением.

В лаборатории азотную кислоту получают действием концентрированной серной кислоты на нитраты при нагревании.

¶Применение

Основные направления использования:

• Производство удобрений — нитрат аммония, нитрат калия и другие селитры; это крупнейший потребитель кислоты.
• Синтез взрывчатых веществ — тринитротолуол, нитроглицерин, нитроцеллюлоза, аммонал.
• Металлургия — травление и растворение металлов, обработка поверхностей.
• Промышленный синтез — получение нитросоединений, красителей, фармацевтических препаратов, пластмасс, искусственных волокон.
• Ракетное топливо — как окислитель в составе некоторых компонентов.
• Лабораторная практика — реагент для анализа и пробоподготовки.

¶Техника безопасности

Азотная кислота и её пары токсичны, вызывают химические ожоги кожи и слизистых, разрушают органические материалы. При попадании на кожу образуются долго незаживающие жёлтые пятна. Работа с кислотой требует вытяжной вентиляции, средств индивидуальной защиты (очки, перчатки, спецодежда). При разбавлении кислоту приливают к воде, а не наоборот. Хранение — в стеклянной или алюминиевой таре, вдали от восстановителей и органических веществ.

¶Значение

Азотная кислота — базовое сырьё для производства азотных удобрений и многих продуктов органического синтеза. Её промышленное освоение в начале XX века позволило связать атмосферный азот и обеспечить сельское хозяйство доступными удобрениями, что существенно повлияло на рост урожайности и продовольственную обеспеченность.