Азотная кислота - Nitric acid

Resonance description of the bonding in the nitric acid molecule
Ball-and-stick model of nitric acid
Resonance space-filling model of nitric acid
Имена
Название ИЮПАК
Азотная кислота
Другие имена
Aqua fortis , Spirit of Niter, Eau forte , нитрат водорода, Acidum nitricum
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
3DMet
ЧЭБИ
ЧЭМБЛ
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.028.832 Edit this at Wikidata
Номер ЕС
1576
КЕГГ
MeSH Азотная + кислота
Номер RTECS
UNII
Номер ООН 2031 г.
  • InChI = 1S / HNO3 / c2-1 (3) 4 / ч (H, 2,3,4) checkY
    Ключ: GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI = 1 / HNO3 / c2-1 (3) 4 / ч (H, 2,3,4)
    Ключ: GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYAO
  • [N +] (= O) (O) [O-]
  • ВКЛ (= O) = O
Характеристики
H N O 3
Молярная масса 63,012  г · моль -1
Появление Бесцветная дымящаяся жидкость желтого или красного цвета
Запах едкий, удушающий
Плотность 1,51 г см -3 , 1,41 г см -3 [68% масс.]
Температура плавления -42 ° С (-44 ° F, 231 К)
Точка кипения 83 ° C (181 ° F, 356 K) 68% раствор кипит при 121 ° C (250 ° F, 394 K)
Смешиваемый
журнал P -0,13
Давление газа 48 мм рт. Ст. (20 ° C)
Кислотность (p K a ) -1,4
Основание конъюгата Нитрат
−1,99 × 10 −5  см 3 / моль
1,397 (16,5 ° С)
2,17 ± 0,02 Д
Термохимия
146 Дж · моль −1 · K −1
−207 кДж · моль −1
Опасности
Паспорт безопасности ICSC 0183
Пиктограммы GHS GHS03: Oxidizing GHS05: Corrosive
Сигнальное слово GHS Опасность
H272 , H300 , H310 , H330 , H373 , H411
P210 , P220 , P260 , P305 + 351 + 338 , P310 , P370 + 378
NFPA 704 (огненный алмаз)
4
0
2
точка возгорания Не воспламеняется
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
138 частей на миллион (крыса, 30 мин)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
TWA 2 частей на миллион (5 мг / м 3 )
REL (рекомендуется)
TWA 2 ppm (5 мг / м 3 )
ST 4 ppm (10 мг / м 3 )
IDLH (Непосредственная опасность)
25 частей на миллион
Родственные соединения
Другие анионы
Азотистая кислота
Другие катионы
Нитрат натрия Нитрат
калия Нитрат
аммония
Родственные соединения
Пятиокись азота
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
checkY проверить  ( что есть   ?) checkY☒N
Ссылки на инфобоксы

Азотная кислота ( HНЕТ 3), также известный как aqua fortis ( лат. «сильная вода») и спирт селитры , является очень едкой минеральной кислотой .

Чистое соединение бесцветно, но более старые образцы имеют тенденцию приобретать желтый оттенок из-за разложения на оксиды азота и воды. Наиболее коммерчески доступная азотная кислота имеет концентрацию 68% в воде. Когда раствор содержит более 86% HNO 3 , его называют дымящей азотной кислотой . В зависимости от количества присутствующего диоксида азота дымящаяся азотная кислота далее характеризуется как красная дымящая азотная кислота при концентрациях выше 86% или белая дымящая азотная кислота при концентрациях выше 95%.

Азотная кислота является основным реагентом, используемым для нитрования - добавления нитрогруппы , как правило, к органической молекуле . В то время как некоторые образующиеся нитросоединения являются взрывчатыми веществами , чувствительными к ударам и температуре , некоторые из них достаточно стабильны для использования в боеприпасах и подрывных работах, в то время как другие по-прежнему более стабильны и используются в качестве пигментов в чернилах и красителях. Азотная кислота также обычно используется в качестве сильного окислителя .

Физические и химические свойства

Коммерчески доступная азотная кислота представляет собой азеотроп с водой при концентрации 68% HNO 3 . Этот раствор имеет температуру кипения 120,5 ° C при 1 атм. Он известен как «концентрированная азотная кислота». Чистая концентрированная азотная кислота представляет собой бесцветную жидкость при комнатной температуре.

Известны два твердых гидрата: моногидрат (HNO 3 · H 2 O или [H 3 O] NO 3 ) и тригидрат (HNO 3 · 3H 2 O).

Иногда можно увидеть более старую шкалу плотности с концентрированной азотной кислотой, обозначенной как 42 °  Боме .

Загрязнение диоксидом азота

Дымящаяся азотная кислота, загрязненная желтым диоксидом азота

Азотная кислота подвержена термическому или легкому разложению, поэтому ее часто хранили в бутылках из коричневого стекла:

Эта реакция может вызвать некоторые существенные изменения давления пара над жидкостью, поскольку образующиеся оксиды азота частично или полностью растворяются в кислоте.

Двуокись азота (NO 2 ) остается растворенной в азотной кислоте, окрашивая ее в желтый или даже красный цвет при более высоких температурах. В то время как чистая кислота имеет тенденцию выделять белые пары при контакте с воздухом, кислота с растворенным диоксидом азота выделяет красновато-коричневые пары, что приводит к общим названиям «красная дымящая азотная кислота» и «белая дымящая азотная кислота». Оксиды азота (NO x ) растворимы в азотной кислоте.

Дымящаяся азотная кислота

Дымящаяся азотная кислота технического сорта содержит 98% HNO 3 и имеет плотность 1,50 г / см 3 . Этот сорт часто используется в производстве взрывчатых веществ. Он не такой летучий и не такой агрессивный, как безводная кислота, и имеет приблизительную концентрацию 21,4 М.

Красная дымящая азотная кислота , или RFNA, содержит значительные количества растворенного диоксида азота (NO 2 ), при этом раствор приобретает красновато-коричневый цвет. Из-за растворенного диоксида азота плотность красной дымящей азотной кислоты ниже 1,490 г / см 3 .

Ингибируется дымящей азотной кислоты (либо IWFNA или IRFNA ) могут быть получены путем добавления 0,6 до 0,7% фтористого водорода (HF). Этот фторид добавляется для защиты от коррозии в металлических резервуарах. Фторид создает слой фторида металла, который защищает металл.

Безводная азотная кислота

Белая дымящаяся азотная кислота, чистая азотная кислота или WFNA, очень близка к безводной азотной кислоте. По результатам анализа он доступен в виде 99,9% азотной кислоты. Одной из спецификаций дымящейся азотной кислоты является то, что она содержит максимум 2% воды и максимум 0,5% растворенного NO 2 . Безводная азотная кислота имеет плотность 1,513 г / см 3 и приблизительную концентрацию 24 молярных. Безводная азотная кислота представляет собой бесцветную подвижную жидкость с плотностью 1,512 г / см 3, которая затвердевает при -42 ° C с образованием белых кристаллов. При разложении на NO 2 и воду он приобретает желтый оттенок. Температура кипения составляет 83 ° C. Обычно его хранят в стеклянной небьющейся бутылке из янтаря с вдвое большим объемом свободного пространства для повышения давления, но даже с этими мерами предосторожности необходимо ежемесячно вентилировать бутылку, чтобы сбросить давление.

Структура и склеивание

Два основных резонансных представления HNO 3

Две связи N – O эквивалентны и относительно короткие (это можно объяснить теориями резонанса; канонические формы демонстрируют характер двойной связи в этих двух связях, что делает их более короткими, чем типичные связи N – O), а также третья связь N – O удлиненная, потому что атом O также присоединен к протону.

Реакции

Кислотно-основные свойства

Азотная кислота обычно считается сильной кислотой при температуре окружающей среды. Есть некоторые разногласия по поводу значения константы диссоциации кислоты, хотя значение p K a обычно указывается как меньше -1. Это означает, что азотная кислота в разбавленном растворе полностью диссоциирует, за исключением очень кислых растворов. Значение p K a увеличивается до 1 при температуре 250 ° C.

Азотная кислота может действовать как основание по отношению к кислоте, такой как серная кислота :

HNO 3 + 2 H 2 SO 4НЕТ+
2
+ H 3 O + + 2  HSO-
4
; Константа равновесия : K ≈ 22 

Нитрония ион , NO+
2
, является активным реагентом в реакциях ароматического нитрования . Поскольку азотная кислота обладает как кислотными, так и основными свойствами, она может подвергаться реакции автопротолиза, подобной самоионизации воды :

2 HNO 3НЕТ+
2
+ НЕТ-
3
+ H 2 O

Реакции с металлами

Азотная кислота реагирует с большинством металлов, но детали зависят от концентрации кислоты и природы металла. Разбавленная азотная кислота ведет себя как обычная кислота в реакции с большинством металлов. Магний , марганец и цинк выделяют H 2 :

Mg + 2 HNO 3 → Mg (NO 3 ) 2 + H 2 ( нитрат магния )
Mn + 2 HNO 3 → Mn (NO 3 ) 2 + H 2 ( нитрат марганца (II) )

Азотная кислота может окислять неактивные металлы, такие как медь и серебро . С этими неактивными или менее электроположительными металлами продукты зависят от температуры и концентрации кислоты. Например, медь реагирует с разбавленной азотной кислотой при температуре окружающей среды со стехиометрией 3: 8:

3 Cu + 8 HNO 3 → 3 Cu 2+ + 2 NO + 4 H 2 O + 6 NO-
3

Образовавшийся оксид азота может реагировать с атмосферным кислородом с образованием диоксида азота. При более концентрированной азотной кислоте диоксид азота образуется непосредственно в реакции со стехиометрией 1: 4:

Cu + 4 H + + 2 NO-
3
→ Cu 2+ + 2 NO 2 + 2 H 2 O

При реакции с азотной кислотой большинство металлов дает соответствующие нитраты. Некоторые металлоиды и металлы дают оксиды; например, Sn , As , Sb и Ti окисляются до SnO 2 , As 2 O 5 , Sb 2 O 5 и TiO 2 соответственно.

Некоторые драгоценные металлы , такие как чистое золото и металлы платиновой группы, не реагируют с азотной кислотой, хотя чистое золото реагирует с царской водкой , смесью концентрированной азотной кислоты и соляной кислоты . Однако некоторые менее благородные металлы ( Ag , Cu , ...), присутствующие в некоторых золотых сплавах, относительно бедных золотом, такие как окрашенное золото, могут легко окисляться и растворяться азотной кислотой, что приводит к изменению цвета поверхности сплава золота. Азотная кислота используется в ювелирных магазинах как дешевое средство для быстрого обнаружения сплавов с низким содержанием золота (<14 карат ) и быстрой оценки чистоты золота.

Являясь мощным окислителем, азотная кислота бурно реагирует со многими неметаллическими соединениями, и реакции могут быть взрывоопасными. Конечные продукты могут варьироваться в зависимости от концентрации кислоты, температуры и используемого восстановителя . Реакция протекает со всеми металлами, кроме ряда благородных металлов и некоторых сплавов . Как правило, окислительные реакции происходят в основном с концентрированной кислотой, что способствует образованию диоксида азота (NO 2 ). Однако мощные окислительные свойства азотной кислоты имеют термодинамическую природу, но иногда реакции ее окисления протекают кинетически неблагоприятно. Присутствие небольшого количества азотистой кислоты (HNO 2 ) значительно увеличивает скорость реакции.

Хотя хром (Cr), железо (Fe) и алюминий (Al) легко растворяются в разбавленной азотной кислоте, концентрированная кислота образует слой оксида металла, который защищает основную массу металла от дальнейшего окисления. Формирование этого защитного слоя называется пассивацией . Типичные концентрации пассивирования находятся в диапазоне от 20% до 50% по объему (см. ASTM A967-05). Металлы, пассивируемые концентрированной азотной кислотой, - это железо , кобальт , хром , никель и алюминий .

Реакции с неметаллами

Являясь мощной окисляющей кислотой , азотная кислота бурно реагирует со многими органическими материалами, и реакции могут быть взрывоопасными. Гидроксильная группа, как правило , зачищать водород из органической молекулы с образованием воды, а остальные нитрогруппы происходит Водород в. Нитрование органических соединений азотной кислотой - основной метод синтеза многих распространенных взрывчатых веществ, таких как нитроглицерин и тринитротолуол (ТНТ). Поскольку возможно очень много менее стабильных побочных продуктов, эти реакции необходимо тщательно контролировать термически, а побочные продукты удалять для выделения желаемого продукта.

Взаимодействие с неметаллическими элементами, за исключением азота, кислорода, благородных газов , кремния и галогенов, отличных от йода, обычно окисляет их до высшей степени окисления в виде кислот с образованием диоксида азота для концентрированной кислоты и оксида азота для разбавленной кислоты. кислота.

C графит + 4 HNO 3 → CO 2 + 4 NO 2 + 2 H 2 O

или

3 C графит + 4 HNO 3 → 3 CO 2 + 4 NO + 2 H 2 O

Концентрированная азотная кислота окисляет I 2 , P 4 и S 8 до HIO 3 , H 3 PO 4 и H 2 SO 4 соответственно. Хотя он реагирует с графитом и аморфным углеродом, он не реагирует с алмазом; он может отделить алмаз от окисляемого графита.

Ксантопротеиновый тест

Азотная кислота реагирует с белками с образованием желтых нитрированных продуктов. Эта реакция известна как ксантопротеиновая реакция . Это испытание проводится путем добавления концентрированной азотной кислоты к испытуемому веществу и последующего нагревания смеси. Если присутствуют белки, содержащие аминокислоты с ароматическими кольцами, смесь становится желтой. При добавлении основания, такого как аммиак , цвет становится оранжевым. Эти изменения цвета вызваны нитрованными ароматическими кольцами в белке. Ксантопротеиновая кислота образуется, когда кислота контактирует с эпителиальными клетками . Соответствующие местные изменения цвета кожи указывают на несоответствие мер безопасности при обращении с азотной кислотой.

Производство

Азотная кислота образуется при реакции диоксида азота (NO 2 ) с водой .

4 NO 2 + 2 H 2 O → 2 HNO 3 + NO + NO 2 + H 2 O

Чистая реакция:

3 NO 2 + H 2 O → 2 HNO 3 + NO

Обычно оксид азота, полученный в результате реакции, повторно окисляется кислородом воздуха с образованием дополнительного количества диоксида азота.

Барботирование диоксида азота через перекись водорода может помочь увеличить выход кислоты.

2 NO 2 + H 2 O 2 → 2 HNO 3

Растворы азотной кислоты товарного качества обычно содержат от 52% до 68% азотной кислоты. Производство азотной кислоты осуществляется с помощью процесса Оствальда , названного в честь немецкого химика Вильгельма Оствальда . В этом процессе безводный аммиак окисляется до оксида азота в присутствии платинового или родиевого сетчатого катализатора при высокой температуре около 500 К и давлении 9 атм.

4 NH 3 (г) + 5 O 2 (г) → 4 NO (г) + 6 H 2 O (г) (ΔH = -905,2 кДж / моль)

Затем оксид азота реагирует с кислородом воздуха с образованием диоксида азота.

2 NO (г) + O 2 (г) → 2 NO 2 (г) (ΔH = −114 кДж / моль)

Впоследствии он абсорбируется водой с образованием азотной кислоты и оксида азота.

3 NO 2 (г) + H 2 O (л) → 2 HNO 3 (водн.) + NO (г) (ΔH = −117 кДж / моль)

Оксид азота возвращается в цикл для повторного окисления. В качестве альтернативы, если последний шаг выполняется на воздухе:

4 NO 2 (г) + O 2 (г) + 2 H 2 O (л) → 4 HNO 3 (водн.)

Полученная водная HNO 3 может быть сконцентрирована перегонкой примерно до 68% по массе. Дальнейшая концентрация до 98% может быть достигнута путем обезвоживания концентрированной H 2 SO 4 . Используя аммиак, полученный в процессе Габера , конечный продукт может быть получен из азота, водорода и кислорода, получаемых из воздуха и природного газа в качестве единственного сырья.

Лабораторный синтез

В лаборатории азотную кислоту можно получить путем термического разложения нитрата меди (II) с образованием двуокиси азота и газообразного кислорода, которые затем пропускаются через воду с образованием азотной кислоты.

2 Cu (NO 3 ) 2 → 2 CuO + 4 NO 2 + O 2

Затем, следуя процессу Оствальда :

НЕТ
2
+ H
2
O
HNO
2
+ HNO
3

В качестве альтернативы, реакция равных молей любой нитратной соли, такой как нитрат натрия, с серной кислотой (H 2 SO 4 ) и перегонка этой смеси при температуре кипения азотной кислоты 83 ° C. Нелетучий остаток гидросульфата металла остается в емкости для перегонки. Полученная красная дымящая азотная кислота может быть преобразована в белую азотную кислоту.

NaNO 3 + H 2 SO 4 → HNO 3 + NaHSO 4

Растворенный NO x легко удаляется при пониженном давлении при комнатной температуре (10–30 минут при 200  мм рт. Ст. Или 27  кПа ) с получением дымящейся азотной кислоты белого цвета. Эту процедуру также можно выполнить при пониженном давлении и температуре за один этап, чтобы получить меньше газообразного диоксида азота.

Разбавленная азотная кислота может быть сконцентрирована перегонкой до 68% кислоты, что является азеотропом с максимальной температурой кипения. В лаборатории дальнейшее концентрирование включает перегонку с серной кислотой или нитратом магния , которые служат в качестве дегидратирующих агентов. Такая перегонка должна производиться в цельностеклянном аппарате при пониженном давлении, чтобы предотвратить разложение кислоты. В промышленности высококонцентрированная азотная кислота производится путем растворения дополнительного количества диоксида азота в 68% -ной азотной кислоте в абсорбционной башне. Растворенные оксиды азота либо удаляются в случае белой дымящей азотной кислоты, либо остаются в растворе с образованием красной дымящей азотной кислоты. Совсем недавно были разработаны электрохимические средства для получения безводной кислоты из концентрированного исходного сырья азотной кислоты.

Использует

Азотная кислота в лаборатории

Основное промышленное использование азотной кислоты - производство удобрений . Азотная кислота нейтрализуется аммиаком с образованием нитрата аммония . Это приложение потребляет 75–80% из 26 миллионов тонн, производимых ежегодно (1987 г.). Другие основные области применения - производство взрывчатых веществ, прекурсоров нейлона и специальных органических соединений.

Прекурсор органических соединений азота

В органическом синтезе , промышленном и других, нитрогруппа является универсальной функциональной группой . Смесь азотной и серной кислот представляет нитро заместитель на различных ароматических соединений путем электрофильного ароматического замещения . Многие взрывчатые вещества, например тротил , готовятся таким образом:

C 6 H 5 CH 3 + 3 HNO 3C 6 H 2 ( NO 2 ) 3 CH 3 + 3 H 2 O

Либо концентрированная серная кислота, либо олеум поглощают лишнюю воду.

H 2 S 2 O 7 + H 2 O → 2 H 2 SO 4

Нитрогруппа может быть восстановлена до аминогруппы , что позволяет синтезировать анилиновые соединения из различных нитробензолов :

Aniline from Nitrobenzene.svg

Использование в качестве окислителя

Предшественник нейлона , адипиновая кислота , производится в больших масштабах путем окисления «масла КА» - смеси циклогексанона и циклогексанола - азотной кислотой.

Ракетное топливо

Азотная кислота использовалась в различных формах в качестве окислителя в жидкостных ракетах . Эти формы включают красную дымящую азотную кислоту, белую дымящую азотную кислоту, смеси с серной кислотой и эти формы с ингибитором HF. IRFNA (ингибированная красная дымящаяся азотная кислота ) была одним из трех компонентов жидкого топлива для ракеты BOMARC .

Ниша использует

Обработка металлов

Азотная кислота может использоваться для преобразования металлов в окисленные формы, например для преобразования металлической меди в нитрат меди . Его также можно использовать в сочетании с соляной кислотой в качестве царской водки для растворения благородных металлов, таких как золото (как хлористоводородная кислота ). Эти соли можно использовать для очистки золота и других металлов с чистотой выше 99,9% с помощью процессов перекристаллизации и селективного осаждения .

Аналитический реагент

В элементном анализе с помощью ICP-MS , ICP-AES , GFAA и Flame AA разбавленная азотная кислота (0,5–5,0%) используется в качестве матричного соединения для определения следов металлов в растворах. Для такого определения требуется сверхчистая кислота с примесью следов металлов, поскольку небольшие количества ионов металлов могут повлиять на результат анализа.

Он также обычно используется в процессе разложения проб мутной воды, проб ила, твердых проб, а также других типов уникальных проб, которые требуют элементного анализа с помощью ICP-MS , ICP-OES , ICP-AES , GFAA и пламенной атомно-абсорбционной спектроскопии. . Обычно для этих перевариваний используется 50% раствор покупной HNO.
3
смешанный с деионизированной водой типа 1.

В электрохимии азотная кислота используется в качестве химического легирующего агента для органических полупроводников и в процессах очистки необработанных углеродных нанотрубок .

Деревообработка

В низкой концентрации (примерно 10%) азотная кислота часто используется для искусственного старения сосны и клена . Получаемый цвет - серо-золотой, очень похожий на очень старое дерево, обработанное воском или маслом ( отделка деревом ).

Травитель и чистящее средство

Коррозионное воздействие азотной кислоты используется для некоторых специальных применений, таких как травление при печати, травление нержавеющей стали или чистка кремниевых пластин в электронике.

Раствор азотной кислоты, воды и спирта Nital используется для травления металлов с целью выявления микроструктуры. ISO 14104 - один из стандартов, подробно описывающих эту хорошо известную процедуру.

Азотная кислота используется либо в сочетании с соляной кислотой, либо отдельно для очистки покровных стекол и предметных стекол в высокотехнологичной микроскопии. Он также используется для очистки стекла перед серебрением при изготовлении серебряных зеркал.

Имеющиеся в продаже водные смеси, содержащие 5–30% азотной кислоты и 15–40% фосфорной кислоты , обычно используются для очистки пищевого и молочного оборудования, в первую очередь, для удаления осажденных соединений кальция и магния (либо осаждаемых из технологического потока, либо в результате использования жесткой воды. во время производства и очистки). Содержание фосфорной кислоты помогает пассивировать сплавы черных металлов от коррозии разбавленной азотной кислотой.

Азотная кислота может использоваться в качестве точечного теста на алкалоиды, такие как ЛСД , давая различные цвета в зависимости от алкалоида.

Безопасность

Азотная кислота - это едкая кислота и мощный окислитель . Основная опасность, которую представляет он, - это химические ожоги , так как он выполняет кислотный гидролиз с белками ( амидом ) и жирами ( сложным эфиром ), что, следовательно, разлагает живые ткани (например, кожу и плоть ). Концентрированная азотная кислота окрашивает кожу человека в желтый цвет из-за ее реакции с кератином . Эти желтые пятна при нейтрализации становятся оранжевыми. Однако системные эффекты маловероятны, и вещество не считается канцерогеном или мутагеном.

Стандартная процедура первой помощи при попадании кислоты на кожу, как и в случае с другими едкими веществами, - орошение большим количеством воды. Мытье продолжают не менее 10–15 минут, чтобы охладить ткань, окружающую кислотный ожог, и предотвратить вторичное повреждение. Загрязненную одежду немедленно снимают, а кожу под ней тщательно промывают.

Являясь сильным окислителем, азотная кислота может реагировать с такими соединениями, как цианиды , карбиды или металлические порошки, взрывоопасно и со многими органическими соединениями , такими как скипидар , бурно и гиперголично (т.е. самовоспламеняясь). Следовательно, его следует хранить вдали от оснований и органических веществ.

Использование при кислотных атаках

Азотная кислота - один из наиболее распространенных типов кислот, используемых при кислотных атаках .

История

Азотная кислота сначала засвидетельствовано в псевдо-Geber «s De inventione Veritatis („На открытие истины“) (после того, как с. 1300). Он также был описан в работах, приписываемых Альберту Великому и Рамону Луллю , которые приготовили его путем дистилляции смеси, содержащей селитру и зеленый купорос, и назвал ее «eau forte» (аква фортис).

В 17 веке Иоганн Рудольф Глаубер разработал способ получения азотной кислоты путем дистилляции нитрата калия с серной кислотой. В 1776 году Антуан Лавуазье процитировал работу Джозефа Пристли , чтобы указать, что он может быть преобразован из оксида азота (который он называет «азотистый воздух») «в сочетании с примерно равным объемом самой чистой части обычного воздуха и значительной количество воды ". В 1785 году Генри Кавендиш определил его точный состав и показал, что его можно синтезировать, пропуская поток электрических искр через влажный воздух . В 1806 году Хамфри Дэви сообщил о результатах обширных экспериментов по электролизу дистиллированной воды, сделав вывод, что азотная кислота образуется на аноде из растворенного атмосферного азота. Он использовал высоковольтную батарею и инертные электроды и сосуды, такие как конусы золотых электродов, которые дублировались как сосуды, перекрытые влажным асбестом.

Промышленное производство азотной кислоты из атмосферного воздуха началось в 1905 году с процесса Биркеланда – Эйде , также известного как дуговый процесс. Этот процесс основан на окислении атмосферного азота кислородом воздуха до оксида азота с помощью очень высокотемпературной электрической дуги. Выходы оксида азота примерно до 4–5% были получены при 3000 ° C и меньше при более низких температурах. Оксид азота охлаждали и окисляли оставшимся атмосферным кислородом до диоксида азота, который впоследствии абсорбировали водой в ряду насадочных колонн или тарельчатых колонных абсорбционных колонн с получением разбавленной азотной кислоты. Первые башни барботировали диоксид азота через воду и инертные кварцевые фрагменты. Около 20% образовавшихся оксидов азота остались непрореагировавшими, поэтому последние колонны содержали раствор щелочи для нейтрализации остальных. Этот процесс был очень энергоемким и был быстро вытеснен процессом Оствальда, когда стал доступен дешевый аммиак.

Другой ранний метод производства был изобретен французским инженером Альбертом Нодоном около 1913 года. Его метод производил азотную кислоту путем электролиза нитрата кальция, превращенного бактериями из азотистых веществ в торфяных болотах. Глиняный горшок, окруженный известью, был погружен в торф и обшит просмоленными бревнами, чтобы образовался отсек для угольного анода, вокруг которого образуется азотная кислота. Азотную кислоту откачивали из стеклянной трубы, опущенной на дно котла. Пресная вода закачивалась в верхнюю часть через другую стеклянную трубу, чтобы заменить удаленную жидкость. Интерьер был наполнен коксом . Чугунные катоды были погружены в окружающий их торф. Сопротивление составляло около 3 Ом на кубический метр, а подаваемое напряжение - около 10 вольт. Добыча с одного месторождения составила 800 тонн в год.

После того, как в 1913 году был введен процесс Габера для эффективного производства аммиака, производство азотной кислоты из аммиака с использованием процесса Оствальда обогнало производство по процессу Биркеланда – Эйда. Этот метод производства используется до сих пор.

В популярной культуре

Азотная кислота - важный элемент сюжета японской манги « Доктор Стоун» , история которой вращается вокруг загадочного окаменения всех людей на Земле. Высококоррозионные свойства кислоты делают ее важным компонентом жидкости возрождения , устраняющей окаменение.

Примечания

использованная литература

внешние ссылки