Ազոտական Թթու: քիմիական միացություն

 

Մաքուր ազոտական թթուն գրգռող հոտով, հեղձուցիչ, սուր հոտով, անգույն, օդում ծխացող հեղուկ է, ազոտի երկօքսիդն այն ներկում է դեղնանարնջագույն, կախված թթվի խտությունից և մաքրության աստիճանից ։ Ուժեղ թթու է և օժտված թթուներին բնորոշ հատկություններով։ Փոխազդում է հիմնային օքսիդների, հիմքերի, աղերի, ամոնիակի հետ։ Ազոտական թթուն ուժեղ օքսիդիչ է. փոխազդում է զանազան վերականգնիչների հետ։ Ընդ որում՝ օքսիդիչ ուժը կախված է թթվի լուծույթի կոնցենտրացիայից, օգտագործում են «նոսր» և «խիտ» թթուները։ Վերօքս ռեակցիաներում ազոտը քառավալենտ է և +5-ից կարող է վերականգնվել մինչև +4 և ավելի ցածր օքսիդացման աստիճաններ, մինչև անգամ -3, որը կախված է ինչպես թթվի կոնցենտրացիայից, այնպես էլ վերականգնիչի ուժգնությունից։ Ազոտական թթվում ջրային լուծույթները վերածվում են բյուրեղահիդրատների.

• մոնոհիդրատներ HNO₃·H₂O, T_հլ = −37, 62 °C
• եռհիդրատներ HNO₃·3H₂O, T_հլ = −18, 47 °C

Ուժեղ ազոտական թթուն ձևավորում է 2 բյուրեղավանդակներ.

• բազմանկյան տարածական ձև՝ P 2₁/a, a = 1, 623 նմ, b = 0, 857 նմ, c = 0, 631, β = 90°, Z = 16;
• շեղանկյան տարածական ձև

Ազոտական թթվում ազոտը քառավալենտ է՝ +5 օքսիդացման աստիճանով։ Ազոտական թթուն անգույն, օդում ծխացող հեղուկ է։ Պնդանում է −41, 59 °C, եռում `+82, 6 °C:

• հիմնային օքսիդների հետ`

${\displaystyle ~{\mathsf {MgO+2HNO_{3}\longrightarrow (MgNO_{3})_{2}+2H_{2}O}}}$ 

• հիմքերի հետ՝

${\displaystyle ~{\mathsf {Fe(OH)_{3}+3HNO_{3}\longrightarrow Fe(NO_{3})_{3}+3H_{2}O}}}$ 

• աղերի հետ՝

${\displaystyle ~{\mathsf {CH_{3}COOK+HNO_{3}\longrightarrow KNO_{3}+CH_{3}COOH}}}$ 

• ամոնիակի հետ՝

${\displaystyle ~{\mathsf {NH_{3}+HNO_{3}\longrightarrow NH_{4}NO_{3}}}}$ 

Աղյուսակում բերված են ազոտական թթվի ֆիզիկական հատկությունները

Խիտ և նոսր ազոտական թթուները միմյանցից տարբերվում են քիմիական հատկություններով։ Տաքացնելիս քայքայվում են։

 

Ոսկին և պլատինային շարքի մետաղները չեն փոխազդում ազոտական թթվի հետ ոչ մի խտության դեպքում։ Որպես ուժեղ թթու ազոտական թթուն փոխազդում է՝

1. Հիմնային և ամֆոտեր օքսիդների հետ
2. Հիմքերի հետ՝
3. դուրս է մղում թույլ թթուները իրենց աղերից
4. մետաղների հետ փոխազդում է տարբեր կերպ.

ա. մետաղների, որոնք լարվածության շարքում գտնվում են ջրածնից աջ։
բ. մետաղների, որոնք լարվածության շարքում գտնվում են ջրածնից ձախ։

Ազոտական թթուն մետաղների հետ փոխազդելով առաջացնում է մետաղի աղ, ջուր և թթվի վերականգնման արգասիք։

Ազոտական թթվի վերականգնման արգասիքը մետաղների հետ ռեակցիաններում

 

Ազոտական թթուն որպես ուժեղ թթու՝
ա) փոխազդում է հիմնային և ամֆոտեր օքսիդների հետ.

${\displaystyle ~{\mathsf {CuO+2HNO_{3}\longrightarrow Cu(NO_{3})_{2}+H_{2}O}}}$ 
${\displaystyle ~{\mathsf {ZnO+2HNO_{3}\longrightarrow Zn(NO_{3})_{2}+H_{2}O}}}$ 

բ) հիմքերի հետ.

${\displaystyle ~{\mathsf {KOH+HNO_{3}\longrightarrow KNO_{3}+H_{2}O}}}$ 

գ) թույլ թթվից աղի դուրս մղում.

${\displaystyle {\mathsf {CaCO_{3}+2HNO_{3}\longrightarrow Ca(NO_{3})_{2}+H_{2}O+CO_{2}\uparrow }}}$ 

Նաև բարձր ջերմաստիճանում և լույսի առկայության դեպքում ազոտական թթուն քայքայվում է.

 

 

${\displaystyle {\mathsf {4HNO_{3}\longrightarrow 4NO_{2}\uparrow +O_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}$ 

Փոխազդում է նաև մետաղների հետ.

${\displaystyle {\mathsf {Zn+4HNO_{3}(60\%)\longrightarrow Zn(NO_{3})_{2}+2NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}$ 

${\displaystyle {\mathsf {3Zn+8HNO_{3}(30\%)\longrightarrow 3Zn(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}}$ 

${\displaystyle {\mathsf {4Zn+10HNO_{3}(20\%)\longrightarrow 4Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}O\uparrow +5H_{2}O}}}$ 

${\displaystyle {\mathsf {5Zn+12HNO_{3}(10\%)\longrightarrow 5Zn(NO_{3})_{2}+N_{2}\uparrow +6H_{2}O}}}$ 

${\displaystyle ~{\mathsf {4Zn+10HNO_{3}(3\%)\longrightarrow 4Zn(NO_{3})_{2}+NH_{4}NO_{3}+3H_{2}O}}}$ 

Ազոտական թթուն փոխազդում է նաև արոմատիկ ածխաջրածինների հետ։ Որպես օրինակ է՝ 2, 6-երկբրոմ, 4-նիտրոֆենոլի ստացումը՝

Հետևյալ շարքում մեծանում է թթվային հատկությունները ${\displaystyle {\mathsf {\Leftarrow NO_{2},NO,N_{2}O,N_{2},NH_{4}NO_{3}\Rightarrow }}}$  թուլանում է մետաղական հատկությունները։ Ազոտական թթվի և HCl-ի խառնուրդը կոչվում է արքայաջուր։ Այդ խառնուրդն ունի այնպիսի ուժեղ օքսիդիչ հատկություններ, որ լուծում է նույնիսկ ոսկին և պլատինը.

${\displaystyle {\mathsf {Au+HNO_{3}+4HCl\longrightarrow H[AuCl_{4}]+NO\uparrow +2H_{2}O}}}$ 

${\displaystyle {\mathsf {3Pt+4HNO_{3}+18HCl\longrightarrow 3H_{2}[PtCl_{6}]+4NO\uparrow +8H_{2}O}}}$ 

Ազոտական թթուն լաբորատորիայում ստանում են կալիումի նիտրատի (չոր աղ) և խիտ ծծմբական թթվի փոխազդեցությամբ՝ գոլորշու ձևով, որն այնուհետև անցկացնելով սառնարանի միջով՝ վերածում են հեղուկի.

${\displaystyle {\mathsf {KNO_{3}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow[{^{o}t}]{}}KHSO_{4}+HNO_{3}\uparrow }}}$ 

Ազոտական թթվի արդյունաբերական ստացումը բաղկացած է երեք փուլից.

 

• Ամոնիակը խառնում են թթվածնի հետ և մղում պողպատե իրանով հպումային ապարատ, որտեղ տեղադրված են որպես կատալիզատոր ծառայող պլատինառոդիումային մետաղական ցանցեր։ Տեղի է ունենում ամոնիակի կատալիզային օքսիդացման ռեակցիան.

${\displaystyle {\mathsf {4NH_{3}+5O_{2}{\xrightarrow[{}]{Pt}}4NO+6H_{2}O}}}$ 

Ռեակցիայի հետևանքով անջատվող ջերմությունը բավարար է, որ ապարատում պահպանվի ռեակցիայի ընթացքի համար անհրաժեշտ 800°C ջերմաստիճանը։ Այսինքն՝ ապարատը տաքացվում է միայն գործընթացից առաջ, որից հետո դրա անհրաժեշտությունը վերանում է։

• Այնուհետև գոյացած ազոտի(II) օքսիդը վերածում են ազոտի (IV) օքսիդի։ Փոխարկումն իրականացնում են օքսիդացման աշտարակում, սենյակային ջերմաստիճանում.

${\displaystyle {\mathsf {2NO+O_{2}\rightarrow 2NO_{2}}}}$ 

• Վերջին փուլն իրագործում են կլանման աշտարակում։ Ներքևից տրվում է ազոտի երկօքսիդի և թթվածնի խառնուրդ, իսկ վերևից ցողվում ջուրը։ Լուծման գործընթացն ավելի լավ ընթանալու համար նախ՝ կիրառում են, ինչպես հակահոսանքի սկզբունքը (գազերը և ջուրը շարժվում են դեմ հանդիման), և երկրորդ՝ մեծ մակերես ապահովելովու նպատակով ապարատը լցնում են խեցե օղակներով.

${\displaystyle {\mathsf {4NO_{2}+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow 4HNO_{3}}}}$ 

Ազոտական թթուն գրգռող հոտով, անգույն, օդում ծխացող հեղուկ է։ Ուժեղ թթու է և օժտված է թթուներին բնորոշ հատկություններով։ Փոխազդում է հիմնային օքսիդների, հիմքերի, աղերի, ամոնիակի հետ։ Ազոտական թթուն նաև ուժեղ օքսիդիչ է։ Մետաղների հետ փոխազդելիս անջատվում է ոչ թէ ջրային, այլ ազոտական թթվի վերականգման տարբեր արգասիքներ։ Թթվի կոնցենտրացիայի և մետաղի վերականգնիչ հատկությունից կախված՝ կարող են առաջանալ ազոտի օքսիդներ, ազոտ կամ, նույնիսկ, ամոնիակ։ Բնորոշ է ռեակցիան պղնձի հետ.

${\displaystyle {\mathsf {3Cu+8HNO_{3}(30\%)\longrightarrow 3Cu(NO_{3})_{2}+2NO\uparrow +4H_{2}O}}}$ 

Նույն ձևով ընթանում են ռեակցիաներն արծաթի և սնդիկի հետ։ Երկաթը և ալյումինը խիտ ազոտական թթվի ազդեցությամբ պատվում են օքսիդային թաղանթով, պասիվանում են սենյակային ջերմաստիճանում չեն փոխազդում թթվի հետ։ Իսկ ոսկին ու պլատինը չեն փոխազդում ազոտական թթվի հետ անգամ տաքացնելիս։ Ազոտական թթուն օքսիդացնում է նաև մի շարք ոչմետաղներ՝ C, P, S՝ դրանց վերածելով օքսիդների կամ թթուների։ Օրինակ՝

${\displaystyle {\mathsf {S+6HNO_{3}(60\%)\longrightarrow H_{2}SO_{4}+6NO_{2}\uparrow +2H_{2}O}}}$ 
${\displaystyle {\mathsf {S+2HNO_{3}(40\%)\longrightarrow H_{2}SO_{4}+2NO\uparrow }}}$ 
${\displaystyle {\mathsf {P+5HNO_{3}(60\%)\longrightarrow H_{3}PO_{4}+5NO_{2}\uparrow +H_{2}O}}}$ 
${\displaystyle {\mathsf {3P+5HNO_{3}(30\%)+2H_{2}O\longrightarrow 3H_{3}PO_{4}+5NO\uparrow }}}$ 

Ազոտական թթվի բնորոշ ռեակցիաներից մեկը սպիտակուցների հետ փոխազդելն է, որի հետևանքով վերջիններս ստանում են դեղին գույն։ Այդ պատճառով թթուն մարդու մաշկի վրա ընկնելիս առաջացնում է դեղին բծեր։ Խիտ ազոտական թթվի մեծ մասն օգտագործվում է ամոնիումի նիտրատ ստանալու համար։ Օգտագործվում է մանրաթելերի, օրինակ՝ նայլոն, ինչպես նաև պայթուցիկ նյութեր, օրինակ՝ տոլ և դինամիտ ստանալու համար։ Երկաթի և ալյումինի հետ խիտ ազոտական թթուն սովորական պայմաններում չի փոխազդում։

Ազոտական թթվի աղերը կոչվում են նիտրատներ։ Բոլոր նիտրատներն անկայուն են և շիկացնելիս քայքայվում են։ Նիտրատի քայքայման արգասիքները կախված են էլեկտրաքիմիական շարքում մետաղի գրաված դիրքից։

${\displaystyle {\mathsf {MeNO_{3}\longrightarrow MeNO_{2}+O_{2}}}}$  (եթե մետաղը գտնվում է Mg-ից ձախ)
${\displaystyle {\mathsf {MeNO_{3}\longrightarrow MeO+NO_{2}+O_{2}}}}$  (եթե մետաղը գտնվում է Mg-ից մինչև Cu-ը ներառյալ)
${\displaystyle {\mathsf {MeNO_{3}\longrightarrow Me+NO_{2}+O_{2}}}}$  (եթե մետաղը գտնվում է Cu-ից աջ)

Նիտրատ իոնը՝ NO₃^-, ասել է թե՝ նիտրատները հայտնաբերում են հետևյալ կերպ։ Ենթադրվող աղին խառնում են պղնձի փոշի և ազդում խիտ ծծմբական թթվով։ Տաքացման պայմաններում գոյացող գորշ գազի(NO₂) առաջացումը կվկայի նիտրատի առկայության մասին։ Ընթացող ռեակցիաները կալիումի նիտրատի պարագայում ունեն հետևյալ տեսքը.

${\displaystyle {\mathsf {2KNO_{3}+H_{2}SO_{4}\longrightarrow K_{2}SO_{4}+2HNO_{3}}}}$ 

Ազոտական թթվի ստացման ուղին՝ դա թթվի նոսրացումն է և ամոնիումի նիտրատի չոր թորումը, ըստ երևույթին առաջին անգամ նկարագրվել է VIII դարում Ջաբիրի աշխատություններում։ Այս մեթոդը որոշ փոփոխություններով, առավել կարևոր էր, որը փոխվեց եվրոպացի և արաբ ալքիմիկոսների կողմից XVII դարում։ XVII դարում Գլաուբերը առաջարկեց ցնդող թթուներից նրանց աղերի, ծծմբական թթու, ինչպես նաև ազոտական թթուն կալիումի նիտրատից ստանալու եղանակները, որը թույլ տվեց քիմիական պրակտիկայում բացահայտել ազոտական թթվի կոնցենտրացիան և ուսումնասիրել նրա հատկությունները։ Գլաուբեիր եղանակը կիրառվել է XX դարում, որն էլ միակ գոյություն ունեցող բացահայտումն էր, որի շնորհիվ հնարավոր եղավ կալիումի նիտրատը փոխարինել ավելի էժան հումքով՝ նատրիումի նիտրատով։ Լոմոնոսովի ժամանակ ազոտական թթուն անվանում էին ուժեղ օղի։

 

Ազոտական թթուն միակն է այն թթուներից, որի արտադրանքը, ամենամեծն է քիմիական արդյունաբերությունում։

Ազոտական թթվի արտադրությունը

 

Նրա արտադրության ժամանակակից եղանակը ամոնիակի կատալիտիկ սինթեզն է, պլատին և ռոդիում կատալիզատորների առկայությամբ, որը ուղեկցվում է ջրի կլանմամբ։

${\displaystyle {\mathsf {4NH_{3}+5O_{2}{\xrightarrow[{}]{Pt}}4NO+6H_{2}O}}}$ 
${\displaystyle {\mathsf {2NO+O_{2}\rightarrow 2NO_{2}}}}$ 
${\displaystyle {\mathsf {4NO_{2}+O_{2}+2H_{2}O\rightarrow 4HNO_{3}}}}$ 

Բոլոր 3 ռեակցիաները էկզոթերմ ռեակցիաներ են, առաջին՝ անշրջելի է, մյուսները՝ շրջելի։: Ազոտական թթվի կոնցենտրացիան ստանալու համար կա՛մ փոխում են 3-րդ ռեակցիայի ուղղությունը, բարձրացնելով ջերմությունը մինչև 50 °C, կա՛մ ազոտական թթվին ավելացնում են ծծմբական թթու և եռացնում են։Առաջին անգամ ազոտական թթու ստացել են ալքիմիկոսները, տաքացնելով ամոնիումի խառնուրդը և երկաթի սուլֆատը.

${\displaystyle {\mathsf {4KNO_{3}+2FeSO_{4}\cdot 7H_{2}O{\xrightarrow[{^{o}t}]{}}Fe_{2}O_{3}+2K_{2}SO_{4}+2HNO_{3}\uparrow +2NO_{2}\uparrow +6H_{2}O}}}$ 

Մաքուր ազոտական թթու առաջինը ստացել է Յոհան Ռուդոլֆ Գլաուբերը, կալիումի նիտրատի և ծծմբական թթվի փոխազդեցությունից.

${\displaystyle {\mathsf {KNO_{3}+H_{2}SO_{4}{\xrightarrow[{^{o}t}]{}}KHSO_{4}+HNO_{3}\uparrow }}}$ 

Ազոտական թթվի աղերը լուծելի են և ունեն մեծ կիրառություն։ Ալկալիական մետաղների, ինչպես նաև ամոնիումի նիտրատները օգտագործվում են որպես ազոտական պարարտանյութեր։ Դրանք կոչվում են սելիտրաներ։ Պայթեցման աշխատանքներում լայնորեն օգտագործում են դինամիտը (եռնիտրոգլիցերինը) և տրոտիլը (եռնիտրոտոլուոլը), որոնք ստացվում են ազոտական թթվի հետ գլիցերինի և տոլուոլի ռեակցիաների միջոցով։ Մեծ քանակությամբ ազոտական թթու ծախսվում է ներկանյութերի արտադրությունում։ Օգտագործում են նաև տարբեր տոնիկներում (թարմացնող լուծույթներում)։ Ազոտական թթուն կախված օրգանիզմում ազդեցությունից պատկանում է 3-րդ դասի վտանգավորության շարքին։ Նրա գոլորշիներ շատ վնասակար են, շնչուղիներում առաջացնում են դող, իսկ հենց թթուն մաշկի վրա թողնում է դժվար բուժվող խոցեր։ Մաշկի վրա առաջացնում է դեղին բծեր։ Տաքացնելիս կամ լույսի տակ մնալուց թթուն դառնում է ավելի վտանգավոր։ Ազոտական թթվի շրջանառու գոտին օդում կազմում է ըստ NO₂-ի 2մգ/մ ³.

• Ходаков Ю. В., Эпштейн Д. А., Глориозов П. А. Неорганическая химия. Учебник для 9 класса. - 7-е изд. - М.: Просвещение, 1976. - 2 350 000 экз.
• Энциклопедический словарь юного химика, Сост. В. А. Крицман, В. В. Станцо. - 2-е издание, М., 1990.
• Ахметов Н. С. «Общая и неорганическая химия» М.: Высшая школа, 2001

• Ազոտական թթու - Հոդվածը Քիմիական հանրագիտարանից
• NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards
• National Pollutant Inventory – Nitric Acid Fact Sheet
• Calculators: surface tensions, and densities, molarities and molalities of aqueous nitric acid