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
Մոլային զանգված 63.012 գ/մոլ
Մոլյար կոնցենտրացիա cM 63.012 մոլ/լ
Խտություն 1,513 գ/սմ³
Ջերմային հատկություններ
Հալման ջերմաստիճան -41,59 °C
Եռման ջերմաստիճան 82,6 °C
Գոյացան էնթալպիա -174,1 կՋ/մոլ
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
PubChem 944
EINECS համար 231-714-2
SMILES
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