Азотная кислота
Азотная кислота, HNO3, одноосновная сильная кислота, при обычных условиях бесцветная жидкость; один из наиболее важных продуктов химической промышленности. Структурная формула:
Физические и химические свойства. Плотность безводной азотной кислоты 1522 кг/м3, tпл — 41,15°С, tкип 84° С. С водой смешивается во всех отношениях, причём образует азеотропную смесь, содержащую 69,2% азотной кислоты с tкип 121,8°C. Известны кристаллогидраты HNO3×H2O с tпл —37,85° С и HNO3×3H2O c tпл —18,5°С. В отсутствии воды азотная кислота неустойчива, разлагается на свету с выделением кислорода уже при обычных температурах (4HNO3 = 4NO2 + 2H2O + O2), причём выделяющейся двуокисью азота окрашивается в жёлтый, а при высоких концентрациях NO2 — в красный цвет. Азотная кислота — сильный окислитель, окисляет серу до серной кислоты, фосфор — до фосфорной кислоты. Только золото, тантал и некоторые платиновые металлы не реагируют с азотной кислотой. С большинством металлов азотная кислота взаимодействует преимущественно с выделением окислов азота: ЗСu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O. Некоторые металлы, например железо, хром, алюминий, легко растворяющиеся в разбавленной азотной кислоте, устойчивы к воздействию концентрированной азотной кислоты, что объясняется образованием на поверхности металла защитного слоя окисла. Такая особенность позволяет хранить и перевозить концентрированную азотную кислоту в стальных ёмкостях. Смесь концентрированной азотной кислоты и соляной кислоты (1:3), называется царской водкой, растворяет даже золото и платину. Органические соединения под действием азотной кислоты окисляются или нитруются, причём в последнем случае остаток азотной кислоты — нитрогруппа — NO2+ замещает в органических соединениях водород (см. Нитрование). Соли азотной кислоты называютя нитратами, а соли с Na,K, Са, NH4+ также селитрами.
Получение и применение. В 13 в. было описано получение азотной кислоты нагреванием калиевой селитры с квасцами, железным купоросом и глиной. В середине 17 в. И. Р. Глаубер предложил получать азотную кислоту при умеренном (до 150°C) нагревании калиевой селитры с концентрированной серной кислотой: KNO3 + H2SO4 = HNO3 + KHSO4 До начала 20 в. этот способ применяли в промышленности, заменяя калиевую селитру более дешёвой природной чилийской селитрой NaNO3.
Современный способ производства азотной кислоты основан на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. Основные стадии процесса: контактное окисление аммиака до окиси азота: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O; окисление окиси азота до двуокиси и поглощение смеси так называемых «нитрозных газов» водой: 2NO + O2 = 2NO2; 3NO2 + H2O = 2HNO3+NO. Смесь аммиака (10 — 12% ) с воздухом пропускают через нагретую до 750 — 900° С сетку катализатора, которым служат сплавы платины — тройной (93% Pt, 3% Rh, 4% Pd) или двойной (90 — 95% Pt, 10 — 5% Rh). Используют также двухступенчатый катализатор (1-я ступень — платиноидная сетка, 2-я — неплатиновый катализатор), что позволяет на 25 — 30% сократить расход платины. Время контакта воздушно-аммиачной смеси с катализатором не должно превышать 1 мсек, иначе образовавшаяся окись азота разлагается. Вторая стадия процесса — окисление NO до N02 и растворение NO2 в воде — может быть проведена при атмосферном давлении, под давлением до 1 Мн/м2 (10 кгс/см2) или комбинированным способом, при котором под давлением происходит только поглощение нитрозных газов водой. Получают азотную кислоту с концентрациями 45 — 49% или (при использовании давления) 55 — 58% . Дистилляцией таких растворов может быть получена азотная кислота азеотропного состава. Более концентрированную кислоту (до 100% ) получают перегонкой растворов азотной кислоты с концентрированной H2SO4 или прямым синтезом — взаимодействием N2O4 с водой (или разбавленной азотной кислоты) и кислородом: 2N2O4 + 2H2O + O2 = =4HNO3. В СССР производят 97 — 98%-ную азотную кислоту.
Важнейшие области применения азотной кислоты — производство азотных и комбинированных удобрений, взрывчатых веществ (тринитротолуола и др.), органических красителей. В органическом синтезе широко применяют смесь концентрированной азотной кислоты и серной кислоты — «нитрующую смесь». Азотную кислоту используют в камерном способе производства серной кислоты, для получения фосфорной кислоты из фосфора, как окислитель ракетного топлива. В металлургии азотную кислоту применяют для травления и растворения металлов, а также для разделения золота и серебра.
Вдыхание паров азотной кислоты приводит к отравлению, попадание азотной кислоты (особенно концентрированной) на кожу вызывает ожоги. Предельно допустимое содержание азотной кислоты в воздухе промышленных помещений равно 50 мг/м3 в пересчёте на N2O5. Концентрированная азотная кислота при соприкосновении с органическими веществами
Вызывает пожары и взрывы.
Лит.: Атрощенко В. И., Каргин С. И., Технология азотной кислоты, М. — Л., 1949; Миниович М. А., О современном состоянии и о перспективах развития производства разбавленной азотной кислоты, «Журнал прикладной химии», 1958, т. 31, в. 8; Миниович М. А., Азотная кислота, КХЭ, т. 1, М., 1961, с. 74-79.
Э. Б. Шиллер.