Ազոտական թթու

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Ազոտական թթու
Nitric-acid-2D-dimensions.png
Nitric-acid-3D-balls-B.png
Nitric-acid-3D-vdW-A.png
Ընդհանուր տեղեկություններ
Դասական անվանակարգում Ազոտական թթու
Քիմիական բանաձև HNO3
Ֆիզիկական հատկություններ
Ագրեգատային վիճակ Հեղուկ
Մոլյար կոնցենտրացիա cM 63.012 մոլ/լ
Ջերմային հատկություններ
Գազի ճնշում 56 գՊա մթն.
Քիմիական հատկություններ
Լուծելիությունը ջրում խառնուրդ գ/100 մլ
Օպտիկական հատկություններ
Բեկման ցուցիչ 1.397
Կառուցվածք
Դիպոլ մոմենտ 2.17 ± 0.02
Դասակարգում
CAS համար 7697-37-2
EINECS համար 231-714-2
SMILES O[N+](=O)[O-]
ЕС 231-714-2
RTECS QU5775000
Թունավորություն
ՄԲ50 430
Թունավորություն
NFPA 704.svg
Hazard O.svgHazard C.svg
Եթե հատուկ նշված չէ, ապա բոլոր արժեքները բերված են ստանդարտ պայմանների համար (25 °C, 100 կՊա)

Ազոտական թթու, քիմիական բանաձևն է (HNO3), խիստ անկայուն և պայթունավտանգ նյութ է, ուժեղ միահիմն թթու: Պինդ ազոտական թթուն ունի երկու տարաձևություն` մոնոկլինային և ռոմբիկ բյուրեղացանցով։ Ջրի հետ խառնվում է ցանկացած հարաբերությամբ։ Ջրային միջավայրում համարյա ամբողջությամբ դիսոցվում է իոնների։ Ջրի հետ փոխազդում է 68,4% և 120°C ջերմաստիճանային պայմաններում և մթնոլորտային ճնշման տակ։ Հայտնի են երկու բյուրեղահիդրատներ` մոնոհիդրատ (HNO3·H2O) և եռհիդրատ (HNO3·3H2O)։

Ֆիզիկական և ֆիզիկա-քիմիական հատկությունները[խմբագրել]

Ազոտական թթու

Ազոտական թթուն գրգռող հոտով, հեղձուցիչ, սուր հոտով, անգույն, օդում ծխացող հեղուկ է: 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 [1] և +5-ից կարող է վերականգնվել մինչև +4 և ավելի ցածր օքսիդացման աստիճաններ, մինչև անգամ -3, որը կախված է ինչպե թթվի կոնցենտրացիայից, այնպես էլ վերականգնիչի ուժգնությունից: Ազոտական թթվում ջրային լուծույթները վերածվում են բյուրեղահիդրատների.

  • մոնոհիդրատներ HNO3·H2O, Tհլ = −37,62 °C
  • եռհիդրատներ HNO3·3H2O, Tհլ = −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:

~\mathsf{MgO + 2HNO_3 \longrightarrow (MgNO_3)_2 + 2H_2O}
~\mathsf{Fe(OH)_3 + 3HNO_3 \longrightarrow Fe(NO_3)_3 + 3H_2O}
~\mathsf{CH_3COOK + HNO_3 \longrightarrow KNO_3 + CH_3COOH}
~\mathsf{NH_3 + HNO_3 \longrightarrow NH_4NO_3}


Աղյուսակում բերված են ազոտական թթվի ֆիզիկական հատկությունները

Զանգվածը HNO3 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Կոնցենտրացիան HNO3 (մոլ/լ) 0 1,7 3,6 5,6 7,9 10,4 13,0 15,8 18,5 21 24,01
Խտությունը (գ/սմ3) 1,00 1,05 1,12 1,18 1,25 1,31 1,37 1,42 1,46 1,48 1,513
Մածուցիկություն (մՊա) 1,00 1,04 1,14 1,32 1,55 1,82 2,02 2,02 1,84 1,47 0,88
Հալման ջերմաստիճան (°C) 0 −7 −17 −36 −30 −20 −22 −41 −39 −60 −42
Եռման ջերմաստիճան (°C) 100,0 101,2 103,4 107,0 112,0 116,4 120,4 121,6 116,6 102,0 86,0
Մասնակի ճնշում-ը HNO3 -ում 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,3 1,2 3,9 14,0 36,0 60,0
Մասնակի ճնշում-ը H2O -ում 23,3 22,6 20,2 17,6 14,4 10,5 6,5 3,5 1,2 0,3 0,0

Քիմիական հատկություններ[խմբագրել]

Խիտ և նոսր ազոտական թթուները միմյանցից տարբերվում են քիմիական հատկություններով:

Տաքացնելիս քայքայվում են:

Երկու խոշոր ռեզոնանսային ներկայացուցչություններում HNO3-ը

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

Նոսր HNO3 Խիտ HNO3
Ակտիվ մետաղների,
ինչպես նաև Zn-ի, Fe-ի հետ
Ոչ ակտիվ մետաղների հետ Fe, Al, Cr,Au, Pt, և այլն Ոչ ակտիվ մետաղների հետ Ակտիվ մետաղների հետ
NH4NO3(NH3) NO Չի փոխազդում NO2 N2O
Ազոտական թթու

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

~\mathsf{CuO + 2HNO_3 \longrightarrow Cu(NO_3)_2 + H_2O}
~\mathsf{ZnO + 2HNO_3 \longrightarrow Zn(NO_3)_2 + H_2O}

բ) հիմքերի հետ.

~\mathsf{KOH + HNO_3 \longrightarrow KNO_3 + H_2O}

գ) թույլ թթվից աղի դուրս մղում.

\mathsf{CaCO_3 + 2HNO_3 \longrightarrow Ca(NO_3)_2 + H_2O + CO_2\uparrow}

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

Պղնձի արձագանքը ազոտական թթվում
Ազոտական թթվի 70%-անոց լուծույթը
\mathsf{4HNO_3 \longrightarrow 4NO_2\uparrow + O_2\uparrow + 2H_2O}

Փոխազդում է նաև մետաղների հետ.

\mathsf{Zn + 4HNO_3 (60%) \longrightarrow Zn(NO_3)_2 + 2NO_2\uparrow + 2H_2O}
\mathsf{3Zn + 8HNO_3 (30%)\longrightarrow 3Zn(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O}
\mathsf{4Zn + 10HNO_3 (20%)\longrightarrow 4Zn(NO_3)_2 + N_2O\uparrow + 5H_2O}
\mathsf{5Zn + 12HNO_3 (10%) \longrightarrow 5Zn(NO_3)_2 + N_2\uparrow + 6H_2O}
~\mathsf{4Zn + 10HNO_3 (3%) \longrightarrow 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O}

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

Nitration 2,6-Dibromophenol A.svg

Հետևյալ շարքում մեծանում է թթվային հատկությունները \mathsf{\Leftarrow NO_2, NO, N_2O, N_2,  NH_4NO_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.

\mathsf{Au + HNO_3 + 4HCl \longrightarrow H[AuCl_4]+ NO\uparrow + 2H_2O}
\mathsf{3Pt + 4HNO_3 + 18HCl \longrightarrow 3H_2[PtCl_6] + 4NO\uparrow + 8H_2O}

Ազոտական թթվի ստացումը[խմբագրել]

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

\mathsf{KNO_3 + H_2SO_4 \xrightarrow[^ot]{} KHSO_4 + HNO_3\uparrow}

Ազոտական թթվի արդյունաբերական ստացումը բաղկացած է երեք փուլից.

Ծխացող ազոտական թթուն
  • 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.
\mathsf{4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow[]{Pt} 4NO + 6H_2O}

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.
\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.
\mathsf{4NO_2 + O_2 + 2H_2O \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.

\mathsf{3Cu + 8HNO_3 ( 30%) \longrightarrow 3Cu(NO_3)_2 + 2NO\uparrow + 4H_2O}

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՝

\mathsf{S + 6HNO_3(60%) \longrightarrow H_2SO_4 + 6NO_2\uparrow + 2H_2O}
\mathsf{S + 2HNO_3(40%) \longrightarrow H_2SO_4 + 2NO\uparrow}
\mathsf{P + 5HNO_3 (60%) \longrightarrow H_3PO_4 + 5NO_2\uparrow + H_2O}
\mathsf{3P + 5HNO_3 (30%) + 2H_2O \longrightarrow 3H_3PO_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[խմբագրել]

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

\mathsf{MeNO_3\longrightarrow MeNO_2 + O_2} (եթե մետաղը գտնվում է Mg-ից ձախ)
\mathsf{MeNO_3\longrightarrow MeO + NO_2 + O_2} (եթե մետաղը գտնվում է Mg-ից մինչև Cu-ը ներառյալ)
\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.

\mathsf{2KNO_3 + H_2SO_4\longrightarrow K_2SO_4 + 2HNO_3}

Պատմական տեղեկություններ[խմբագրել]

Ազոտական թթվի ստացման ուղին՝ դա թթվի նոսրացումն է և ամոնիումի նիտրատի չոր թորումը, ըստ երևույթին առաջին անգամ նկարագրվել է 8-րդ դարում Ջաբիրի աշխատություններում: Այս մեթոդը որոշ փոփոխություններով, առավել կարևոր էր, որը փոխվեց եվրոպացի և արաբ ալքիմիկոսների կողմից 17-րդ դարում: 17-րդ 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 20-րդ 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:

Արդյունաբերական արտադրությունը, օգտագործումը և ազդեցությունը օրգանիզմում[խմբագրել]

Ազոտական թթուն միակն է այն թթուներից, որի արտադրանքը, ամենմեծն է քիմիական արդյունաբերությունում:

Ազոտական թթվի ցիստեռ
Ազոտական ​​թթվի արտադրությունը[խմբագրել]

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

\mathsf{4NH_3 + 5O_2 \xrightarrow[]{Pt} 4NO + 6H_2O}
\mathsf{2NO + O_2 \rightarrow 2NO_2}
\mathsf{4NO_2 + O_2 + 2H_2O \rightarrow 4HNO_3}

Բոլոր 3 ռեակցիաները էկզոթերմ ռեակցիաներ են, առաջին՝ անշրջելի է, մյուսները ՝շրջելի:[2]: 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:[3]Առաջին անգամ ազոտական թթու ստացել են ալքիմիկոսները, տաքացնելով ամոնիումի խառնուրդը և երկաթի սուլֆատը.

\mathsf{4KNO_3 + 2FeSO_4\cdot7H_2O \xrightarrow[^ot]{} Fe_2O_3 + 2K_2SO_4 + 2HNO_3\uparrow + 2NO_2\uparrow + 6H_2O}

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

\mathsf{KNO_3 + H_2SO_4 \xrightarrow[^ot]{} KHSO_4 + HNO_3\uparrow}
Ազոտական թթվի ազդեցությունը մաշկի վրա

Ազոտական թթվի կիրառությունը[խմբագրել]

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[4].

Գրականություն[խմբագրել]

  • 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
  • 10-րդ դասարանի դասագիրք

Արտաքին հղումներ[խմբագրել]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել]

  1. Азотная кислота: свойства и реакции, лежащие в основе производства
  2. Ходаков, 1976, pp. 43,60—61
  3. Ходаков, 1976, p. 61
  4. Межгосударственный стандарт ГОСТ 12.1.005-88, Приложение 2, стр. 1