ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 10. ПІДГРУПА НІТРОГЕНУ

§ 10.7. Нітратна кислота

Добування. У лабораторних умовах нітратну (азотну) кислоту добувають з її солей дією концентрованої сульфатної кислоти:

KNO₃ + H₂SO₄ = HNO₃ + KHSO₄.

Реакція відбувається при слабкому нагріванні (сильне нагрівання розкладає HNO₃).

У промисловості нітратну кислоту добувають каталітичним окисненням аміаку, який, у свою чергу, утворюється при сполученні водню і азоту повітря. Відкриття промислового способу окиснення аміаку до нітратної кислоти належить інженеру-хіміку І. І. Андрєєву — засновнику азотної промисловості в Росії. Він запропонував застосовувати при окисненні аміаку киснем повітря каталізатор — платинову сітку — і реалізував цей спосіб спочатку на дослідній установці в Макіївці (1916), а потім на заводі в Донецьку (колишній Юзовці) (1917).

Увесь процес добування нітратної кислоти можна розділити на три етапи:

1) окиснення аміаку на платиновому каталізаторі до NO:

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6Н₂О;

2) окиснення киснем повітря NO до NO₂:

2NO + О₂ = 2NO₂;

3) поглинання NO2 водою при надлишку кисню:

4NO₂ + 2Н₂O + О₂ = 4HNO₃.

Вихідні продукти — аміак і повітря — старанно очищають від шкідливих домішок, що отруюють каталізатор (сірководень, пил, масла тощо).

За цим способом утворюється розведена (40—60 %-ва) кислота. Концентровану нітратну кислоту (96—98 %-ву) добувають перегонкою розведеної кислоти у суміші з концентрованою сульфатною кислотою. При цьому випаровується тільки нітратна кислота.

Розведену нітратну кислоту зберігають і перевозять у тарі з хромистої сталі, концентровану — в алюмінієвій тарі. Невелику кількість її зберігають у скляних бутлях.

Фізичні властивості. Нітратна кислота — безбарвна рідина з їдким запахом. Дуже гігроскопічна, “димить” на повітрі, оскільки її пара з вологою повітря утворює краплі туману. Змішується з водою у будь-яких співвідношеннях. Кипить при 86 °С.

Хімічні властивості. Структурні формули нітратної кислоти та їх пояснення див. § 3.10.

У HNO₃ валентність нітрогену дорівнює 4, ступінь окиснення +5, координаційне число нітрогену 3.

Розведена нітратна кислота має всі властивості кислот. Вона належить до сильних кислот. У водних розчинах дисоціює:

HNO₃ ⇆ Н⁺ +NO^3-.

Під дією теплоти і світла частково розкладається:

4HNO₃ = 4NO₂ + 2Н₂О + O₂.

Тому зберігають її в прохолодному і темному місці. Найважливіша хімічна властивість нітратної кислоти полягає в тому, що вона є сильним окисником і взаємодіє майже з усіма металами.

Застосування. Азотна кислота — один з найважливіших продуктів основної хімічної промисловості. Велика кількість її витрачається на виробництво азотних добрив, вибухових речовин, лікарських речовин, барвників, пластичних мас, штучних волокон та інших матеріалів. Димляча нітратна кислота застосовується у ракетній техніці як окисник ракетного палива.