Slāpekļskābe – svarīga, bet bīstama ķīmiskais reaģents

Ķīmiskie reaģenti, laboratorijas iekārtas un instrumenti, un laboratorijas stikla trauki vai no citiem materiāliem ir jebkuras modernas rūpnieciskās vai zinātniskās pētniecības laboratorijas sastāvdaļas. Šajā sarakstā, tāpat kā pirms daudziem gadsimtiem, vielas un savienojumi ieņem īpašu vietu, jo tie ir galvenā ķīmiskā bāze, bez kuras nav iespējams veikt nevienu, pat visvienkāršāko eksperimentu vai analīzi.

Mūsdienu ķīmija ietver milzīgu skaitu ķīmisko reaģentu: sārmus, skābes, reaģentus, sāļus un citus. Starp tiem skābes ir visizplatītākā grupa. Skābes ir sarežģīti ūdeņradi saturoši savienojumi, kuru atomus var aizstāt ar metāla atomiem. To piemērošanas joma ir plaša. Tas aptver daudzas nozares: ķīmiju, mašīnbūvi, naftas pārstrādi, pārtiku, kā arī medicīnu, farmakoloģiju, kosmetoloģiju; plaši izmanto ikdienas dzīvē.

Slāpekļskābe un tās definīcija

Tas pieder pie monobāziskām skābēm un ir spēcīgs reaģents. Tas ir caurspīdīgs šķidrums, kam, ilgstoši uzglabājot siltā telpā, var būt dzeltenīga nokrāsa, jo pozitīvā (istabas) temperatūrā tajā uzkrājas slāpekļa oksīdi. Sildot vai pakļaujot tiešiem saules stariem, tas kļūst brūns slāpekļa dioksīda izdalīšanās dēļ. Smēķē saskarē ar gaisu. Šī skābe ir spēcīgs oksidētājs ar asu, nepatīkamu smaku, kas reaģē ar lielāko daļu metālu (izņemot platīnu, rodiju, zeltu, tantalu, irīdiju un dažus citus), pārvēršot tos oksīdos vai nitrātos. Šī skābe labi šķīst ūdenī jebkurā proporcijā un ierobežotā mērā ēterī.

Slāpekļskābes izdalīšanās forma ir atkarīga no tās koncentrācijas:

- regulāri – 65%, 68%;
- dūmu – 86% vai vairāk. “Dūmu” krāsa var būt balta, ja koncentrācija ir no 86% līdz 95%, vai sarkana, ja koncentrācija pārsniedz 95%.

Kvīts

Pašlaik ļoti vai vāji koncentrētas slāpekļskābes ražošana notiek šādos posmos:
1. sintētiskā amonjaka katalītiskās oksidācijas process;
2. rezultātā iegūstot slāpekļa gāzu maisījumu;
3. ūdens absorbcija;
4. slāpekļskābes koncentrēšanas process.

Uzglabāšana un transportēšana

Šis reaģents ir visagresīvākā skābe, Tāpēc tā transportēšanai un uzglabāšanai tiek izvirzītas šādas prasības:
- uzglabāt un transportēt īpašos hermētiski noslēgtos konteineros, kas izgatavoti no hroma tērauda vai alumīnija, kā arī pudelēs, kas izgatavotas no laboratorijas stikls.

Katram konteineram ir marķējums “Bīstams”.

Kur tiek izmantota ķīmiskā viela?

Slāpekļskābes pielietojuma joma pašlaik ir milzīga. Tas aptver daudzas nozares, piemēram:
- ķīmiskā (sprāgstvielu, organisko krāsvielu, plastmasas, nātrija, kālija, plastmasas, dažu veidu skābju, mākslīgo šķiedru ražošana);
- lauksaimniecība (slāpekļa minerālmēslu vai nitrātu ražošana);
- metalurģiskā (metālu šķīdināšana un kodināšana);
- farmakoloģiskā (daļa no preparātiem ādas bojājumu noņemšanai);
- juvelierizstrādājumu izgatavošana (dārgmetālu un sakausējumu tīrības noteikšana);
- militārs (iekļauts sprāgstvielās kā nitrēšanas reaģents);
- raķete un kosmoss (viena no raķešu degvielas sastāvdaļām);
- zāles (kārpu un citu ādas veidojumu cauterizācijai).

Piesardzības pasākumi

Strādājot ar slāpekļskābi, jāņem vērā, ka šis ķīmiskais reaģents ir spēcīga skābe, kas pieder pie 3. bīstamības klases vielām. Ir īpaši noteikumi laboratorijas darbiniekiem, kā arī personām, kuras ir pilnvarotas strādāt ar šādām vielām. Lai izvairītos no tiešas saskares ar reaģentu, visus darbus veiciet stingri īpašā apģērbā, kas ietver: skābes necaurlaidīgus cimdus un apavus, kombinezonus, nitrila cimdi, kā arī brilles un respiratorus kā elpceļu un redzes aizsardzību. Šo prasību neievērošana var radīt visnopietnākās sekas: ja tas nonāk saskarē ar ādu - apdegumus, čūlas, un, ja tas nokļūst inhalācijas traktā - saindēšanos, pat plaušu tūsku.

· Rūpnieciskā ražošana, pielietojums un iedarbība uz ķermeni · Saistītie raksti · Piezīmes · Literatūra · Oficiālā vietne ·

Augsti koncentrēts HNO 3 parasti ir brūnā krāsā, pateicoties sadalīšanās procesam, kas notiek gaismā:

Sildot, slāpekļskābe sadalās saskaņā ar to pašu reakciju. Slāpekļskābi var destilēt (bez sadalīšanās) tikai pazeminātā spiedienā (norādīto viršanas temperatūru atmosfēras spiedienā nosaka ekstrapolējot).

Zelts, daži platīna grupas metāli un tantals ir inerts pret slāpekļskābi visā koncentrācijas diapazonā, citi metāli reaģē ar to, reakcijas gaitu nosaka arī tā koncentrācija.

HNO 3 kā spēcīga vienbāziska skābe mijiedarbojas:

a) ar bāziskajiem un amfoteriskajiem oksīdiem:

c) izspiež vājās skābes no to sāļiem:

Vārot vai pakļauti gaismas iedarbībai, slāpekļskābe daļēji sadalās:

Slāpekļskābei jebkurā koncentrācijā piemīt oksidējošās skābes īpašības, turklāt slāpeklis tiek reducēts līdz oksidācijas pakāpei no +4 līdz 3. Reducēšanas dziļums galvenokārt ir atkarīgs no reducētāja veida un slāpekļskābes koncentrācijas. Kā oksidējoša skābe HNO 3 mijiedarbojas:

a) ar metāliem, kas atrodas sprieguma virknē pa labi no ūdeņraža:

Koncentrēts HNO3

Atšķaida HNO 3

b) ar metāliem, kas atrodas sprieguma virknē pa kreisi no ūdeņraža:

Visi iepriekš minētie vienādojumi atspoguļo tikai dominējošo reakcijas gaitu. Tas nozīmē, ka dotajos apstākļos šīs reakcijas produktu ir vairāk nekā citu reakciju produktu, piemēram, cinkam reaģējot ar slāpekļskābi (slāpekļskābes masas daļa šķīdumā 0,3), produkti saturēs visvairāk NO, bet arī satur (tikai mazākos daudzumos) un NO 2, N 2 O, N 2 un NH 4 NO 3.

Vienīgais vispārīgais slāpekļskābes un metālu mijiedarbības modelis ir šāds: jo atšķaidītāka skābe un aktīvāks metāls, jo dziļāk tiek samazināts slāpeklis:

Palielinot skābes koncentrāciju, palielinot metālu aktivitāti

Slāpekļskābe, pat koncentrēta, nesadarbojas ar zeltu un platīnu. Dzelzs, alumīnijs, hroms tiek pasivēti ar auksti koncentrētu slāpekļskābi. Dzelzs reaģē ar atšķaidītu slāpekļskābi, un, pamatojoties uz skābes koncentrāciju, veidojas ne tikai dažādi slāpekļa reducēšanās produkti, bet arī dažādi dzelzs oksidācijas produkti:

Slāpekļskābe oksidē nemetālus, un slāpeklis parasti tiek reducēts līdz NO vai NO 2:

un sarežģītas vielas, piemēram:

Daži organiskie savienojumi (piemēram, amīni, terpentīns) spontāni aizdegas, nonākot saskarē ar koncentrētu slāpekļskābi.

Daži metāli (dzelzs, hroms, alumīnijs, kobalts, niķelis, mangāns, berilijs), kas reaģē ar atšķaidītu slāpekļskābi, tiek pasivēti ar koncentrētu slāpekļskābi un ir izturīgi pret tās iedarbību.

Slāpekļskābes un sērskābes maisījumu sauc par "melange".

Slāpekļskābi plaši izmanto nitro savienojumu ražošanai.

Trīs tilpumu sālsskābes un viena tilpuma slāpekļskābes maisījumu sauc par "aqua regia". Aqua regia izšķīdina lielāko daļu metālu, tostarp zeltu un platīnu. Tā spēcīgās oksidēšanas spējas ir saistītas ar iegūto atomu hloru un nitrozilhlorīdu:

Nitrāti

Slāpekļskābe ir spēcīga skābe. Tās sāļus – nitrātus – iegūst, HNO 3 iedarbojoties uz metāliem, oksīdiem, hidroksīdiem vai karbonātiem. Visi nitrāti labi šķīst ūdenī. Nitrātu joni ūdenī nehidrolizējas.

Slāpekļskābes sāļi karsējot sadalās neatgriezeniski, un sadalīšanās produktu sastāvu nosaka katjons:

a) metālu nitrāti, kas atrodas sprieguma virknē pa kreisi no magnija:

b) metālu nitrāti, kas atrodas sprieguma diapazonā starp magniju un varu:

c) metālu nitrāti, kas atrodas sprieguma virknē pa labi no dzīvsudraba:

d) amonija nitrāts:

Nitrātiem ūdens šķīdumos praktiski nav oksidējošu īpašību, bet augstā temperatūrā cietā stāvoklī tie ir spēcīgi oksidētāji, piemēram, sakausējot cietās vielas:

Cinks un alumīnijs sārmainā šķīdumā reducē nitrātus līdz NH 3:

Slāpekļskābes sāļus - nitrātus - plaši izmanto kā mēslojumu. Turklāt gandrīz visi nitrāti labi šķīst ūdenī, tāpēc dabā to minerālu veidā ir ārkārtīgi maz; izņēmums ir Čīles (nātrija) nitrāts un Indijas nitrāts (kālija nitrāts). Lielākā daļa nitrātu tiek iegūti mākslīgi.

Stikls un fluoroplasts-4 nereaģē ar slāpekļskābi.

Slāpekļskābe pastāv vai nu šķīdumā, vai gāzes fāzē. Tas ir nestabils un, karsējot, sadalās tvaikos:

2HNO 2 “NO+NO 2 +H2O

Šīs skābes ūdens šķīdumi karsējot sadalās:

3HNO 2 “HNO 3 +H 2 O+2NO

Šī reakcija ir atgriezeniska, tāpēc, lai gan NO 2 izšķīšanu pavada divu skābju veidošanās: 2NO 2 + H 2 O = HNO 2 + HNO 3

Praktiski, reaģējot NO 2 ar ūdeni, iegūst HNO 3:

3NO 2 +H 2 O=2HNO 3 +NO

Skābju īpašību ziņā slāpekļskābe ir tikai nedaudz stiprāka par etiķskābi. Tās sāļus sauc par nitrītiem un atšķirībā no pašas skābes ir stabili. No tā sāļu šķīdumiem HNO 2 šķīdumu var iegūt, pievienojot sērskābi:

Ba(NO2)2+H2SO4=2HNO2+BaSO4¯

Pamatojoties uz datiem par tā savienojumiem, tiek ierosināti divi slāpekļskābes struktūras veidi:

kas atbilst nitrītiem un nitro savienojumiem. Aktīvo metālu nitrītiem ir I tipa struktūra, bet zema aktīvajiem metāliem ir II tipa struktūra. Gandrīz visi šīs skābes sāļi ir labi šķīstoši, bet sudraba nitrīts ir visgrūtāk. Visi slāpekļskābes sāļi ir indīgi. Ķīmiskajā tehnoloģijā svarīgi ir KNO 2 un NaNO 2, kas nepieciešami organisko krāsvielu ražošanai. Abi sāļi tiek iegūti no slāpekļa oksīdiem:

NO+NO 2 +NaOH=2NaNO 2 +H 2 O vai karsējot to nitrātus:

KNO 3 +Pb=KNO 2 +PbO

Pb ir nepieciešams, lai saistītu atbrīvoto skābekli.

No HNO 2 ķīmiskajām īpašībām oksidatīvās īpašības ir izteiktākas, savukārt tas pats ir samazināts līdz NO:

Tomēr var sniegt daudzus šādu reakciju piemērus, kur slāpekļskābei piemīt reducējošas īpašības:

Slāpekļskābes un tās sāļu klātbūtni šķīdumā var noteikt, pievienojot kālija jodīda un cietes šķīdumu. Nitrīta jons oksidē joda anjonu. Šai reakcijai ir nepieciešama H + klātbūtne, t.i. rodas skābā vidē.

Slāpekļskābe

Laboratorijas apstākļos slāpekļskābi var iegūt, iedarbojoties ar koncentrētu sērskābi uz nitrātiem:

NaNO 3 +H 2 SO 4(k) =NaHSO 4 +HNO 3 Reakcija notiek ar zemu karsēšanu.

Slāpekļskābes ražošanu rūpnieciskā mērogā veic, katalītiski oksidējot amonjaku ar atmosfēras skābekli:

1. Vispirms pār platīna katalizatoru 800°C temperatūrā izlaiž amonjaka un gaisa maisījumu. Amonjaks tiek oksidēts par slāpekļa oksīdu (II):

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

2. Pēc atdzesēšanas notiek tālāka NO oksidēšanās līdz NO 2: 2NO+O 2 =2NO 2

3. Iegūtais slāpekļa oksīds (IV) izšķīst ūdenī O 2 pārpalikuma klātbūtnē, veidojot HNO 3: 4NO 2 +2H 2 O+O 2 =4HNO 3

Sākumprodukti - amonjaks un gaiss - tiek rūpīgi attīrīti no kaitīgiem piemaisījumiem, kas saindē katalizatoru (sērūdeņradis, putekļi, eļļas utt.).

Iegūtā skābe ir atšķaidīta (40-60% skābes). Koncentrētu slāpekļskābi (96-98% stiprumu) iegūst, destilējot atšķaidītu skābi maisījumā ar koncentrētu sērskābi. Šajā gadījumā iztvaiko tikai slāpekļskābe.

Fizikālās īpašības

Slāpekļskābe ir bezkrāsains šķidrums ar asu smaku. Ļoti higroskopisks, “dūmo” gaisā, jo tā tvaiki ar gaisa mitrumu veido miglas pilienus. Sajauc ar ūdeni jebkurā proporcijā. Pie -41,6 ° C tas nonāk kristāliskā stāvoklī. Vāra 82,6°C.

HNO 3 slāpekļa valence ir 4, oksidācijas pakāpe ir +5. Slāpekļskābes strukturālā formula ir attēlota šādi:

Abi skābekļa atomi, kas saistīti tikai ar slāpekli, ir līdzvērtīgi: tie atrodas vienādā attālumā no slāpekļa atoma un katrs nes pusi no elektrona lādiņa, t.i. ceturtā slāpekļa daļa ir vienādi sadalīta starp diviem skābekļa atomiem.

Slāpekļskābes elektronisko struktūru var secināt šādi:

1. Ūdeņraža atoms savienojas ar skābekļa atomu ar kovalento saiti:

2. Nesapārota elektrona dēļ skābekļa atoms veido kovalento saiti ar slāpekļa atomu:

3. Divi nepāra slāpekļa atoma elektroni veido kovalento saiti ar otro skābekļa atomu:

4. Trešais skābekļa atoms, kad tiek ierosināts, veido brīvu 2p- orbitāla ar elektronu savienošanu pārī. Slāpekļa vientuļa pāra mijiedarbība ar trešā skābekļa atoma brīvo orbitāli noved pie slāpekļskābes molekulas veidošanās:

Ķīmiskās īpašības

1. Atšķaidītai slāpekļskābei piemīt visas skābju īpašības. Tas pieder pie stiprām skābēm. Disociē ūdens šķīdumos:

HNO 3 “Н + +NO - 3 Siltuma un gaismas ietekmē daļēji sadalās:

4HNO 3 =4NO 2 +2H 2 O+O 2 Tāpēc uzglabājiet vēsā un tumšā vietā.

2. Slāpekļskābei ir raksturīgas tikai oksidējošas īpašības. Vissvarīgākā ķīmiskā īpašība ir tās mijiedarbība ar gandrīz visiem metāliem. Ūdeņradis nekad netiek atbrīvots. Slāpekļskābes reducēšana ir atkarīga no tās koncentrācijas un reducētāja veida. Slāpekļa oksidācijas pakāpe reducēšanās produktos ir diapazonā no +4 līdz -3:

HN +5 O 3 ®N + 4 O 2 ®HN +3 O 2 ® N +2 O® N +1 2 O® N 0 2 ® N -3 H 4 NO 3

Redukcijas produkti no dažādu koncentrāciju slāpekļskābes mijiedarbības ar dažādas aktivitātes metāliem ir parādīti zemāk esošajā diagrammā.

Koncentrēta slāpekļskābe parastā temperatūrā nesadarbojas ar alumīniju, hromu un dzelzi. Tas viņus nostāda pasīvā stāvoklī. Uz virsmas veidojas oksīdu plēve, kas ir necaurlaidīga koncentrētai skābei.

3. Slāpekļskābe nereaģē ar Pt, Rh, Ir, Ta, Au. Platīns un zelts tiek izšķīdināti “regia degvīnā” - 3 tilpumu koncentrētas sālsskābes un 1 tilpuma koncentrētas slāpekļskābes maisījumā:

Au+HNO3 +3HCl= AuCl3 +NO+2H 2O HCl+AuCl3 =H

3Pt+4HNO3+12HCl=3PtCl4+4NO+8H2O2HCl+PtCl4=H2

“Regia degvīna” iedarbība ir tāda, ka slāpekļskābe oksidē sālsskābi par brīvu hloru:

HNO 3 +HCl=Cl 2 +2H 2 O+NOCl 2NOCl=2NO+Cl 2 Izdalītais hlors savienojas ar metāliem.

4. Nemetālus oksidē ar slāpekļskābi līdz atbilstošajām skābēm un atkarībā no koncentrācijas reducē līdz NO vai NO 2:

S+bHNO 3 (konc.) =H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 OP + 5HNO 3 (konc.) = H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O I 2 + 10 HNO 3 (konc.) = 2HIO 3 +10NO 2 +4H2O3P+5HNO3(p asb) +2H2O=3H3PO4 +5NO

5. Tas arī mijiedarbojas ar organiskiem savienojumiem.

Slāpekļskābes sāļus sauc par nitrātiem un ir kristāliskas vielas, kas labi šķīst ūdenī. Tos iegūst, HNO 3 iedarbojoties uz metāliem, to oksīdiem un hidroksīdiem. Kālija, nātrija, amonija un kalcija nitrātus sauc par nitrātiem. Nitrātus galvenokārt izmanto kā slāpekļa minerālmēslus. Turklāt KNO 3 izmanto melnā pulvera pagatavošanai (75% KNO 3, 15% C un 10% S maisījums). Sprādzienbīstamais amonāls ir izgatavots no NH 4 NO 3, alumīnija pulvera un trinitrotoluola.

Slāpekļskābes sāļi karsējot sadalās, un sadalīšanās produkti ir atkarīgi no sāli veidojošā metāla stāvokļa standarta elektrodu potenciālu sērijā:

Sadalīšanās karsēšanas laikā (termolīze) ir svarīga slāpekļskābes sāļu īpašība.

2KNO 3 = 2 KNO 2 + O 2

2Cu(NO3)2 = 2CuO+NO2+O2

Metālu sāļi, kas atrodas sērijā pa kreisi no Mg, veido nitrītus un skābekli, no Mg līdz Cu - metāla oksīds, NO 2 un skābeklis, pēc Cu - brīvais metāls, NO 2 un skābeklis.

Pieteikums

Slāpekļskābe ir vissvarīgākais ķīmiskās rūpniecības produkts. Lieli daudzumi tiek tērēti slāpekļa mēslojuma, sprāgstvielu, krāsvielu, plastmasas, mākslīgo šķiedru un citu materiālu sagatavošanai. Smēķēšana

Slāpekļskābe tiek izmantota raķešu tehnoloģijā kā raķešu degvielas oksidētājs.

Slāpekļskābe HNO 3 ir bezkrāsains šķidrums, ar asu smaku un viegli iztvaiko. Slāpekļskābe, nonākot saskarē ar ādu, var izraisīt smagus apdegumus (uz ādas veidojas raksturīgs dzeltens plankums, kas nekavējoties jānomazgā ar lielu daudzumu ūdens un pēc tam neitralizē ar NaHCO 3 soda)

Slāpekļskābe

Molekulārā formula: HNO 3, B(N) = IV, C.O. (N) = +5

Slāpekļa atoms veido 3 saites ar skābekļa atomiem ar apmaiņas mehānismu un 1 saiti ar donora-akceptora mehānismu.

Fizikālās īpašības

Bezūdens HNO 3 parastā temperatūrā ir bezkrāsains gaistošs šķidrums ar specifisku smaržu (bp 82,6 "C).

Koncentrētam “kūpošajam” HNO 3 ir sarkana vai dzeltena krāsa, jo tas sadalās, izdalot NO 2. Slāpekļskābe sajaucas ar ūdeni jebkurā attiecībā.

Iegūšanas metodes

I. Rūpnieciskā - 3 pakāpju sintēze pēc shēmas: NH 3 → NO → NO 2 → HNO 3

1. posms: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

2. posms: 2NO + O 2 = 2NO 2

3. posms: 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O = 4HNO 3

II. Laboratorija - ilgstoša nitrātu karsēšana ar konc. H2SO4:

2NaNO 3 (cieta viela) + H 2 SO 4 (konc.) = 2HNO 3 + Na 2 SO 4

Ba(NO 3) 2 (tv) + H 2 SO 4 (konc.) = 2HNO 3 + BaSO 4

Ķīmiskās īpašības

HNO 3 kā spēcīgai skābei piemīt visas vispārīgās skābju īpašības

HNO 3 → H + + NO 3 -

HNO 3 ir ļoti reaģējoša viela. Ķīmiskajās reakcijās tas izpaužas kā spēcīga skābe un kā spēcīgs oksidētājs.

HNO3 mijiedarbojas:

a) ar metālu oksīdiem 2HNO 3 + CuO = Cu(NO 3) 2 + H 2 O

b) ar bāzēm un amfotēriem hidroksīdiem 2HNO 3 + Cu(OH) 2 = Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

c) ar vāju skābju sāļiem 2HNO 3 + CaCO 3 = Ca(NO 3) 2 + CO 2 + H 2 O

d) ar amonjaku HNO 3 + NH 3 = NH 4 NO 3

Atšķirība starp HNO 3 un citām skābēm

1. Kad HNO 3 mijiedarbojas ar metāliem, H 2 gandrīz nekad neizdalās, jo H + skābes joni nepiedalās metālu oksidēšanā.

2. H + jonu vietā oksidējošs efekts ir NO 3 - anjoniem.

3. HNO 3 spēj izšķīdināt ne tikai metālus, kas atrodas aktivitāšu rindā pa kreisi no ūdeņraža, bet arī mazaktīvus metālus - Cu, Ag, Hg. Au un Pt arī izšķīst maisījumā ar HCl.

HNO 3 ir ļoti spēcīgs oksidētājs

I. Metālu oksidēšana:

HNO 3 mijiedarbība: a) ar zemas un vidējas aktivitātes Me: 4HNO 3 (konc.) + Cu = 2NO 2 + Cu(NO 3) 2 + 2H 2 O

8HNO 3 (dil.) + 3Сu = 2NO + 3Cu(NO 3) 2 + 4H 2 O

b) ar aktīvo Me: 10HNO 3 (atšķaidīts) + 4Zn = N 2 O + 4Zn(NO 3) 2 + 5H 2 O

c) ar sārmu un sārmzemju Me: 10HNO 3 (ultra dil.) + 4Ca = NH 4 NO 3 + 4Ca(NO 3) 2 + 3H 2 O

Ļoti koncentrēts HNO 3 parastā temperatūrā nešķīst dažus metālus, tostarp Fe, Al, Cr.

II. Nemetālu oksidēšana:

HNO 3 oksidē P, S, C līdz to augstākajiem CO, un pats tiek reducēts līdz NO (HNO 3 atšķ.) vai NO 2 (HNO 3 konc.).

5HNO 3 + P = 5NO 2 + H 3 PO 4 + H 2 O

2HNO3 + S = 2NO + H2SO4

III. Sarežģītu vielu oksidēšana:

Īpaši svarīgas ir dažu Me sulfīdu oksidācijas reakcijas, kas nešķīst citās skābēs. Piemēri:

8HNO 3 + PbS = 8NO 2 + PbSO 4 + 4H 2 O

22HNO3 + 3Сu2S = 10NO + 6Cu(NO3)2 + 3H2SO4 + 8H2O

HNO 3 - nitrētājs organiskās sintēzes reakcijās

R-H + HO-NO 2 → R-NO 2 + H 2 O

C 2 H 6 + HNO 3 → C 2 H 5 NO 2 + H 2 O nitroetāns

C6H5CH3 + 3HNO3 → C6H2(NO2)3CH3 + 3H2O trinitrotoluols

C 6 H 5 OH + 3HNO 3 → C 6 H 5 (NO 2) 3 OH + 3 H 2 O trinitrofenols

HNO 3 esterizē spirtus

R-OH + HO-NO 2 → R-O-NO 2 + H 2 O

C 3 H 5 (OH) 3 + 3HNO 3 → C 3 H 5 (ONO 2) 3 + 3 H 2 O glicerīna trinitrāts

HNO3 sadalīšanās

Uzglabājot gaismā un īpaši karsējot, HNO 3 molekulas sadalās intramolekulārās oksidēšanās-reducēšanās rezultātā:

4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O

Izdalās sarkanbrūna toksiska gāze NO 2, kas uzlabo HNO 3 agresīvās oksidējošās īpašības

Slāpekļskābes sāļi - nitrāti Me(NO 3) n

Nitrāti ir bezkrāsainas kristāliskas vielas, kas labi šķīst ūdenī. Tiem piemīt tipiskiem sāļiem raksturīgas ķīmiskās īpašības.

Specifiskas īpatnības:

1) redoksu sadalīšanās karsējot;

2) kausētu sārmu metālu nitrātu spēcīgas oksidējošās īpašības.

Termiskā sadalīšanās

1. Sārmu un sārmzemju metālu nitrātu sadalīšanās:

Me(NO 3) n → Me(NO 2) n + O 2

2. Metālu nitrātu sadalīšanās metālu aktivitāšu rindā no Mg līdz Cu:

Me(NO 3) n → Me x O y + NO 2 + O 2

3. Metālu nitrātu sadalīšanās, kas metālu aktivitāšu rindās ir augstāki nekā Cu:

Me(NO 3) n → Me + NO 2 + O 2

Tipisku reakciju piemēri:

1) 2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2

2) 2Cu(NO 3) 2 = 2CuO + 4NO 2 + O 2

3) 2AgNO3 = 2Ag + 2NO2 + O2

Sārmu metālu nitrātu kausējumu oksidatīvā iedarbība

Ūdens šķīdumos nitrātiem, atšķirībā no HNO 3, gandrīz nav oksidatīvās aktivitātes. Tomēr sārmu metālu nitrātu un amonija (sālpētera) kausējumi ir spēcīgi oksidētāji, jo tie sadalās, izdalot aktīvo skābekli.

Sīkāka informācija Kategorija: Skatījumi: 8817

SLĀPEKĻSKĀBE, HNO 3, iegūst, izšķīdinot slāpekļa oksīdus ūdenī:

3NO 2 + H 2 O = 2HN 3 + NO
N 2 O 3 + H 2 O = HNO 3 + NO
N2O5 + H2O = 2HNO3

Slāpekļskābes fizikālās īpašības. Molārais svars - 63,016; bezkrāsains šķidrums ar raksturīgu smaržu; viršanas temperatūra 86°, kušanas temperatūra -47°; īpatnējais svars 1,52 pie 15°; destilācijas laikā, sadaloties 2HNO 3 = N 2 O 3 + 2O + H 2 O, slāpekļskābe nekavējoties atbrīvo skābekli, N 2 O 3 un ūdeni; pēdējo absorbcija izraisa viršanas temperatūras paaugstināšanos. Ūdens šķīdumā stipra slāpekļskābe parasti satur slāpekļa oksīdus, un pilnīgi bezūdens slāpekļskābes sagatavošana rada ievērojamas grūtības. Destilējot bezūdens slāpekļskābi nav iespējams iegūt, jo slāpekļskābes ūdens šķīdumiem ir minimāla elastība, t.i., skābei pievienojot ūdeni un otrādi, pazemina tvaiku elastību (un paaugstina viršanas temperatūru). Tāpēc vājas skābes destilācijas rezultātā (D< 1,4) получается постоянно кипящий остаток D = 1,415, с содержанием 68% HNО 3 и с температурой кипения 120°,5 (735 мм). Перегонка при пониженном давлении дает остаток с меньшим содержанием HNО 3 , при повышенном давлении - с большим содержанием HNO 3 . Кислота D = 1,503 (85%), очищенная продуванием воздуха от N 2 О 4 , дает при перегонке остаток с 77,1% HNО 3 . Кислота D = 1,55 (99,8%) дает при перегонке сначала сильно окрашенный окислами азота раствор D = 1,62, а в остатке кислоту D = 1,49. Т. о. в остатке при перегонке азотной кислоты всегда оказывается кислота, соответствующая минимуму упругости (максимуму температуры кипения). Безводную кислоту можно получить лишь при смешивании крепкой (99,1%) азотной кислоты с азотным ангидридом.

Acīmredzot, sasaldējot, nav iespējams iegūt skābi virs 99,5%. Ar jaunajām metodēm (Valentiner) slāpekļskābes ekstrakcijai no salpetra skābe ir diezgan tīra, bet ar vecajām to vajadzēja attīrīt galvenokārt no hlorīda savienojumiem un no N 2 O 4 tvaikiem. Spēcīgākajai skābei ir D0 = 1,559, D15 = 1,53 un 100% HNO3 - D4 = 1,5421 (Vēlijs un Menlijs); 100% skābes izgaro gaisā un piesaista ūdens tvaikus tikpat spēcīgi kā sērskābe. Skābe ar D = 1,526 uzsilst, sajaucoties ar sniegu.

Veidošanās siltums (no 1/2 H 2 + 1/2 N 2 + 3/2 O 2):

HNO 3 – tvaiks + 34400 kal
HNO 3 – šķidrums + 41600 kal
HNO 3 – kristāli + 42200 kal
HNO 3 – šķīdums + 48800 kal

Atšķaidīšanas siltums: pievienojot vienu H 2 O daļiņu HNO 3 - 3,30 Cal, divas daļiņas - 4,9 Cal, piecas daļiņas - 6,7 Cal, desmit - 7,3 Cal. Turpmāka pievienošana rada nenozīmīgu siltuma efekta pieaugumu. Kristālu veidā jūs saņemat:
1) HNO 3 ·H 2 O = H 3 NO 4 - rombveida tabletes, kas atgādina AgNO 3, kušanas temperatūra = -34° (-38°);
2) HNO 3 (H 2 O) 2 = H 5 NO 5 - adatas, kušanas temperatūra -18°,2, stabila tikai zem -15°. Ūdens skābes kristalizācijas temperatūras līknei ir trīs eitektikas (pie -66°.3, pie -44°.2, pie -43°) un divi maksimumi (HNO 3 H 2 O -38°, HNO 3 3H 2 O -18 °,2). Šķīduma siltumiem un elektrovadītspējas līknes pagriezieniem tiek novēroti tie paši īpašie punkti, bet uz pēdējiem tiek pamanīti arī 2HNO 3 ·H 2 O un HNO 3 ·10H 2 O. No tikko teiktā un līdz plkst. pēc analoģijas ar fosforskābēm, no tā izriet, ka slāpekļskābes šķīdumos ir tās hidrāts HNO 3, bet tas ļoti viegli sadalās, kas nosaka HNO 3 augsto reaktivitāti. Slāpekļskābi, kas satur NO 2 šķīdumā, sauc smēķēšana(sarkans).

Ķīmiskās īpašības. Tīrs HNO 3 viegli sadalās un kļūst dzeltenīgs reakcijas 2HNO 3 = 2NO 2 + O 2 + H 2 O un iegūtā slāpekļa anhidrīda absorbcijas rezultātā. Tīra slāpekļskābe un stiprā slāpekļskābe kopumā ir stabilas tikai zemā temperatūrā. Slāpekļskābes galvenā iezīme ir tās ārkārtīgi spēcīgā oksidēšanās spēja skābekļa izdalīšanās dēļ. Tādējādi, iedarbojoties uz metāliem (izņemot Pt, Rh, Ir, Au, uz kuriem HNO 3 nav nekādas ietekmes, ja nav hlora), slāpekļskābe oksidē metālu, izdalot slāpekļa oksīdus, jo zemāka oksidācijas pakāpe, jo enerģiskāks. oksidētais metāls bija kā reducētājs. Piemēram, svins (Pb) un alva (Sn) dod N 2 O 4; sudrabs - galvenokārt N 2 O 3. Sērs, īpaši svaigi nogulsnēts, viegli oksidējas, fosfors, nedaudz karsējot, pārvēršas fosforskābē. Sarkani karstas ogles aizdegas slāpekļskābes tvaikos un pašā slāpekļskābē. Kūpošās sarkanās skābes oksidējošā iedarbība ir lielāka nekā bezkrāsainajai skābei. Tajā iegremdēts dzelzs kļūst pasīvs un vairs nav uzņēmīgs pret skābes iedarbību. Bezūdens slāpekļskābe vai jaukta ar sērskābi ļoti spēcīgi iedarbojas uz cikliskajiem organiskajiem savienojumiem (benzolu, naftalīnu u.c.), veidojot nitro savienojumus C 6 H 5 H + HNO 3 = C 6 H 5 NO 2 + HOH. Parafīnu nitrēšana notiek lēni un tikai vājas skābes iedarbībā (augsta jonizācijas pakāpe). Hidroksilu (glicerīns, šķiedra) saturošu vielu mijiedarbības rezultātā ar slāpekļskābi tiek iegūti nitrātu esteri, ko nepareizi dēvē par nitroglicerīnu, nitrocelulozi u.c. Visi eksperimenti un visi darbi ar slāpekļskābi jāveic labi vēdināmā telpā. , bet vēlams zem speciāla iegrimes .

Analīze . Lai noteiktu slāpekļskābes pēdas, izmantojiet: 1) difenilēndanildihidrotriazolu (komerciāli pazīstams kā "nitrons"); 5 vai 6 pilienus 10% nitrona šķīduma 5% etiķskābē ielej 5-6 cm 3 testa šķīduma, iepriekš pievienojot vienu pilienu H 2 SO 4: ievērojama NO daudzuma klātbūtnē. 3 joni, izdalās bagātīgas nogulsnes, ļoti vājos šķīdumos izdalās adatveida kristāli; pie 0° ar nitronu var atvērt pat 1/80000 HNO 3; 2) brucīns šķīdumā; sajauc ar testa šķīdumu un uzmanīgi ielej to gar mēģenes sieniņu līdz stiprai sērskābei; abu slāņu saskares vietā mēģenē veidojas sārti sarkana krāsa, kas no apakšas pārvēršas zaļganā.

Lai noteiktu HNO 3 daudzumu kūpošās slāpekļskābes šķīdumā, N 2 O 4 jātitrē ar KMnO 4 šķīdumu, ar hidrometru jānosaka šķidruma blīvums un jāatņem N 2 O 4 satura korekcija. norādīts īpašā tabulā.

Rūpnieciskās slāpekļskābes ražošanas metodes. Slāpekļskābi ekstrahē. arr. no salpetra. Iepriekš salpetra ieguve tika veikta t.s. “salpetriere” vai “burts”, kur kūtsmēslu, urīna u.c. sajaukšanas rezultātā. ar vecu apmetumu slāpekļskābē pakāpeniski, daļēji baktēriju iedarbības dēļ, notiek urīnvielas un citu organisko slāpekļa savienojumu (amīnu, amīdu u.c.) oksidēšanās, ar kaļķakmeni veidojot kalcija nitrātu. Karstās dienās, īpaši dienvidos (piemēram, Indijā un Vidusāzijā), process norit ļoti ātri.

Francijā 1813. gadā no salpetra tika iegūti līdz 2 000 000 kg salpetra. 25 lielie dzīvnieki gadā saražo ap 500 kg salpetras. Dažos apgabalos ar pamataugsni, kas ir bagāta ar dzīvnieku atliekām (piemēram, Kubanas reģionā), iespējams, ka augsnē var būt ievērojams nitrātu daudzums, taču tas nav pietiekams ieguvei. Ievērojami daudzumi iegūti Gangas ielejā un ir sastopami mūsu Vidusāzijas cietokšņos, kur salpetri saturošās augsnes rezerves katrā vietā sasniedz 17 tonnas, bet salpetra saturs tajā ir ne vairāk kā 3%. Nātrija nitrāta nogulsnes - Čīles - tika atklātas 1809. gadā; tie ir sastopami galvenokārt Tarapakas provincē, starp 68° 15" un 70° 18" austrumu garuma un 19° 17" un 21° 18" dienvidu platuma, bet ir sastopami arī tālāk uz dienvidiem un ziemeļiem (Peru un Bolīvijā); to atradne atrodas 1100 m augstumā virs jūras līmeņa. Iegulas ir aptuveni 200 km garas, 3-5 km platas, un vidējais NaNO 3 saturs ir 30-40%. Rezerves, pieņemot, ka patēriņš gadā pieaugs par 50 000 tonnām, var pietikt 300 gadiem. 1913. gadā tika izvestas 2 738 000 tonnas, bet eksports uz Eiropu nedaudz samazinājās, lai gan pēc ļoti jūtamā eksporta krituma kara laikā no 1920. gada tas atkal nedaudz pieauga. Parasti virsū guļ “uguns” (50 cm - 2 m biezs). ), kas sastāv no kvarca un lauksmiltīm, un zem tā "kalihe" (25 cm - 1,5 m), kas satur salpetru (iegulas atrodas tuksnesī blakus sāls un bora kalcija sāls atradnēm). "Kalihe" sastāvs ir ļoti daudzveidīgs; tas satur NaNO 3 - no 30% līdz 70%, jodīda un joda sāļus - līdz 2%, nātrija hlorīdu - 16-30%, sulfātu sāļus - līdz 10%, magnija sāļus - līdz 6%. Labākās šķirnes vidēji satur: NaNO 3 - 50%, NaCl - 26%, Na 2 SO 4 - 6%, MgSO 4 - 3%. NaNO 3 izšķīst augstās temperatūrās tā, ka šķīdumā nonāk daudz vairāk NaNO 3 nekā NaCl, kura šķīdība nedaudz palielinās līdz ar temperatūru. No 3 tonnām “kalihe” iegūst 1 tonnu jēlsalpetrā ar vidējo salpetra saturu 95-96%. No 1 litra mātes sālījuma parasti iegūst 2,5-5 g joda. Parasti neapstrādātam salpetram ir brūna krāsa, jo tajā ir pievienots dzelzs oksīds. Mēslojumam izmanto salpetru, kas satur līdz 1-2% hlorīda savienojumu. Tīrs nātrija nitrāts ir bezkrāsains, caurspīdīgs, nehigroskopisks, ja tas nesatur hlorīda savienojumus; kristalizējas kubiņos. Lai iegūtu slāpekļskābi, salpetru karsē ar sērskābi; mijiedarbība notiek pēc vienādojuma:

NaNO 3 + H 2 SO 4 = HNO 3 + NaSO 4

t.i. tiek iegūts skābs sulfāts. Pēdējo var izmantot hlorūdeņraža ražošanai, kalcinējot NaHSO 4 un NaCl maisījumu mufeļos. Mijiedarbībai saskaņā ar vienādojumu

teorētiski uz 100 kg NaNO 3 ir nepieciešams ņemt 57,6 kg H 2 SO 4 vai 60 kg skābes 66° Bẻ. Patiesībā, lai izvairītos no sadalīšanās, tiek ņemts par 20-30% vairāk sērskābes. Mijiedarbība tiek veikta horizontālās cilindriskās dzelzs retortās 1,5 m garumā, 60 cm diametrā, ar sienām 4 cm biezas. Katrā cilindrā ir 75 kg salpetra un 75 kg H2SO4. Tvaiki vispirms tiek izlaisti caur keramikas ledusskapi, atdzesētu ar ūdeni vai pa slīpu keramikas cauruli, pēc tam caur absorbētājiem: “cilindriem” vai “bonboniem”, t.i., lielām keramikas “Vulf kolbām”. Ja ņem sērskābi 60° Вẻ (71%) un pirmajā absorbētājā ievieto 4 kg ūdens uz 100 kg salpetra, tad iegūst 40-42° Вẻ (38-41%) skābi; izmantojot skābi 66° Вẻ (99,6%) un sauso salpetru, iegūstam 50° Вẻ (53%); lai iegūtu skābi pie 36° Вẻ, pirmajā absorbētājā ievieto 8 litrus ūdens, otrajā - 4 litrus, bet nākamajos - 2,6 litrus. Kūpošo slāpekļskābi iegūst, salpetram reaģējot ar pusi no aprēķiniem nepieciešamā sērskābes daudzuma. Tāpēc metode rada skābi, kas piesārņota ar nitrozilhlorīdu un citām vielām, kas izplūst procesa sākumā, un ar slāpekļa oksīdiem destilācijas beigās. Slāpekļa oksīdus ir samērā viegli noņemt, pūšot caur skābi gaisa strāvu. Daudz izdevīgāk ir strādāt retortēs, kuras no visām pusēm ieskauj uguns un kuras apakšā ir caurule bisulfāta izdalīšanai, kas satur ievērojamu daudzumu skābes. Fakts ir tāds, ka čuguns nerūsē no skābes, ja tas ir pietiekami uzkarsēts un ja saskare ar uguni no visām pusēm nodrošina to, ka netiek nogulsnēti skābes pilieni. Šādās retortēs (1,20 platas un 1,50 m diametrā, ar sieniņu biezumu 4-5 cm) salpetru apstrādā ar sērskābi ar ātrumu 450 kg un pat 610 kg salpetra uz 660 kg H 2 SO 4 ( 66 ° Bẻ). Cilindru vietā tagad bieži izmanto vertikālās caurules vai arī šīs caurules ir savienotas ar cilindriem.

Saskaņā ar Guttmann metodi sadalīšanu veic čuguna retortēs, kas sastāv no vairākām daļām (1. un 1.a att.); daļas savieno ar špakteli, kas parasti sastāv no 100 daļām dzelzs šķembu, 5 daļām sēra, 5 daļām amonija hlorīda ar pēc iespējas mazāku ūdens daudzumu; Retortes un, ja iespējams, iekraušanas lūka ir iežogota ķieģeļu mūrī un tiek apsildīta ar krāsns gāzēm.

Retortē iepilda 800 kg salpetra un 800 kg 95% sērskābes un veic destilāciju 12 stundas; tas patērē apmēram 100 kg ogļu. Tiek izmantotas arī cilindriskas retortes. Izdalītie tvaiki vispirms nonāk cilindrā 8; pēc tam iziet virkni keramikas cauruļu 12 un 13, kas ievietotas koka kastē ar ūdeni; šeit tvaiki tiek kondensēti slāpekļskābē, kas plūst pa Gūtmana iekārtas caurulēm 22 un 23 kolekcijā 28, un šeit nonāk arī kondensāts no 8. cilindra; slāpekļskābe, kas nav kondensējusies caurulēs 12, caur 15a nonāk ar bumbiņām piepildītā un ar ūdeni mazgātā tornī; pēdējās tornī neuzsūktās skābes pēdas tiek uztvertas cilindrā 43a; gāzes tiek novadītas pa cauruli 46a skurstenī. Lai oksidētu destilācijas laikā radušos slāpekļa oksīdus, gaiss tiek iemaisīts gāzēs tieši pie izejas no retortes. Ja ražošanā izmanto stipru sērskābi un kaltētu salpetru, tad iegūst bezkrāsainu 96-97% slāpekļskābi. Gandrīz visa skābe kondensējas caurulēs, tikai neliela daļa (5%) tiek absorbēta tornī, dodot 70% slāpekļskābes, ko pievieno nākamajai nitrātu slodzei. Tas. rezultāts ir bezkrāsaina slāpekļskābe, bez hlora, ar iznākumu 98-99% no teorētiskās. Gūtmana metode ir kļuvusi plaši izplatīta tās vienkāršības un zemo uzstādīšanas izmaksu dēļ. 96-100% skābi ekstrahē no salpetra, izmantojot Valentēra metodi, destilējot zem pazemināta spiediena (30 mm) čuguna retortēs no 1000 kg NaNO 3, 1000 kg H2SO 4 (66 ° Вẻ) un tāda daudzuma vāja skābe HNO 3, kas ar to pievieno 100 kg ūdens. Destilācija ilgst 10 stundas, un visu laiku sakausējumā tiek ievadīts gaiss. Mijiedarbība notiek pie 120°, bet procesa beigās iestājas “krīze” (1 stunda) un iespējami spēcīgi triecieni (pie 120-130°). Pēc tam sildīšanu paaugstina līdz 175-210 °. Pareiza sabiezēšana un skābes uztveršana ir ļoti svarīga. Tvaiki no retortes nonāk cilindrā, no tā 2 ļoti atdzesētās spirālēs, no tām kolekcijā (piemēram, Wulf kolbā), pēc tam atkal spole un tad 15 cilindri, aiz kuriem tiek novietots sūknis. Ar 1000 kg NaNO 3 slodzi 6-8 stundās tiek iegūti 600 kg HNO 3 (48° Вẻ), t.i., 80% no normas.

Lai iegūtu slāpekļskābi no Norvēģijas nitrāta (kalcija), pēdējo izšķīdina, pievieno stipru slāpekļskābi un iemaisa sērskābi, pēc tam slāpekļskābi filtrē no ģipša.

Uzglabāšana un iepakošana. Slāpekļskābes uzglabāšanai var izmantot stikla, šamota un tīra alumīnija (ne vairāk kā 5% piemaisījumu) traukus, kā arī traukus, kas izgatavoti no speciāla silīcija skābes izturīga Krupp tērauda (V2A). Tā kā spēcīgai slāpekļskābei iedarbojoties uz koksni, zāģu skaidām, augu eļļā samērcētām lupatām u.c., iespējami uzliesmojumi un ugunsgrēki (piemēram, ja transportēšanas laikā plīst pudele), tad slāpekļskābi var pārvadāt tikai speciālos vilcienos. Terpentīns īpaši viegli uzliesmo sildot, saskaroties ar spēcīgu slāpekļskābi.

Pielietojums: 1) sāļu veidā mēslojumam, 2) sprāgstvielu ražošanai, 3) krāsvielu pusfabrikātu un daļēji pašu krāsvielu ražošanai. Ch. arr. mēslošanas līdzekļiem izmanto slāpekļskābes vai nitrātu sāļus (nātriju, amoniju, kalciju un kāliju). 1914. gadā pasaulē slāpekļa patēriņš Čīles nitrāta veidā sasniedza 368 000 tonnu un slāpekļskābes veidā no gaisa - 10 000 tonnu.1925. gadā patēriņam vajadzēja sasniegt 360 000 tonnu slāpekļskābes no gaisa. Slāpekļskābes patēriņš kara laikā ievērojami palielinās, jo tiek tērētas sprāgstvielas, no kurām galvenās ir dažādu veidu nitroglicerīns un nitrocelulozes, nitro savienojumi (nitrotoluols, TNT, melinīts utt.) un drošinātāju vielas (dzīvsudraba fulmināts). Miera laikā slāpekļskābi tērē nitro savienojumu, piemēram, nitrobenzola, ražošanai, lai pārietu uz krāsvielām caur anilīnu, ko iegūst no nitrobenzola, reducējot. Metālu kodināšanai tiek izmantots ievērojams slāpekļskābes daudzums; slāpekļskābes sāļus (salpetru) izmanto sprāgstvielām (amonija nitrāts - bezdūmu, kālija nitrāts - melnajā pulverī) un uguņošanas ierīcēm (bārija nitrāts - zaļajam).

Slāpekļskābes standarts. Slāpekļskābes standarts līdz šim pastāv tikai PSRS, un STO Standartizācijas komiteja to apstiprināja kā Vissavienības obligāto standartu (OST-47) skābei 40° Bẻ. Standarts nosaka HNO 3 saturu slāpekļskābē līdz 61,20 % un ierobežo piemaisījumu saturu: sērskābe ne vairāk kā 0,5 %, hlors ne vairāk kā 0,8 %, dzelzs ne vairāk kā 0,01 %, cietais atlikums ne vairāk kā 0,9 %; standarta slāpekļskābe nedrīkst saturēt nogulsnes. Standarts regulē attiecības starp pārdevēju un pircēju, stingri regulējot paraugu ņemšanas un analīzes metodes. Slāpekļskābes saturu nosaka, pievienojot skābei NaOH un titrējot ar skābi. Sērskābes saturu BaSO 4 formā nosaka, izgulsnējot BaCl 2. Hlora saturu nosaka, titrējot sārmainā vidē ar sudraba nitrātu. Dzelzs saturu nosaka, izgulsnējot seskvioksīdus ar amonjaku, reducējot dzelzs oksīdu par melno dzelzi un pēc tam titrējot KMnO 4. Slāpekļskābes iepakojums vēl nav standarts. Neskarot konteinera izmēru, svaru un kvalitāti, standarts nosaka slāpekļskābes iepakošanu stikla traukos un sniedz norādījumus, kā to iepakot un aiztaisīt.

Slāpekļskābes sagatavošana

I. No gaisa. Slāpekļskābes sintēze no gaisa sprieguma loka ietekmē zināmā mērā atkārto procesu, kas notiek dabā atmosfēras elektrības izplūdes ietekmē. Kavendišs pirmais novēroja (1781. gadā) slāpekļa oksīdu veidošanos H 2 sadegšanas laikā gaisā un pēc tam (1784. gadā), kad gaisā izplūst elektriskā dzirkstele. Mutmans un Gofers 1903. gadā bija pirmie, kas mēģināja izpētīt līdzsvaru: N 2 + O 2 2NO. Pa gaisu izlaižot 2000-4000 V maiņstrāvas sprieguma loku, tie praktiski sasniedza NO koncentrāciju no 3,6 līdz 6,7 tilp. To enerģijas patēriņš uz 1 kg HNO 3 sasniedza 7,71 kWh. Pēc tam Nernsts pētīja šo līdzsvaru, izlaižot gaisu cauri irīdija caurulei. Turklāt Nernsts, Jellineks un citi pētnieki strādāja tajā pašā virzienā. Ekstrapolējot gaisa un slāpekļa oksīda līdzsvara izpētes eksperimentālos rezultātus, Nernsts spēja aprēķināt, ka vienādojuma labajā pusē 3750 ° temperatūrā (t.i., aptuveni temperatūrā) ir noteikts 7 tilpuma % NO saturs. no volta loka).

Idejas par volta loka tehnisku izmantošanu atmosfēras slāpekļa fiksēšanai prioritāte pieder franču pētniecei Lefebrai, kura jau 1859. gadā Anglijā patentēja savu slāpekļskābes iegūšanas metodi no gaisa. Taču tajā laikā elektroenerģijas izmaksas bija pārāk augstas, lai Lefebra metode būtu praktiski izmantojama. Jāpiemin arī Makdugala patenti (An. P. 4633, 1899) un Bredlija un Lavdžoja metode, kas ieviesta tehniskā mērogā, ko 1902. gadā izmantoja amerikāņu kompānija Atmospheric Products С° (ar 1 miljonu dolāru kapitālu) ar izmantojot Niagāras ūdenskrituma enerģiju. Arī Kovaļska un viņa līdzstrādnieka I. Mosčicka mēģinājumi izmantot atmosfēras slāpekļa fiksēšanai 50 000 V spriegumu ir datējami ar šo laiku. Bet pirmos nozīmīgos panākumus slāpekļskābes ražošanā no gaisa atnesa norvēģu inženiera Birkelanda vēsturiskā ideja, kas paredzēja izmantot pēdējās spējas stiepties spēcīgā elektromagnētiskajā laukā, lai palielinātu slāpekļa oksīdu iznākumu. izlaižot volta loku pa gaisu. Birkeland apvienoja šo ideju ar citu norvēģu inženieri Eide un pārveidoja to tehniskā instalācijā, kas nekavējoties sniedza rentablu iespēju iegūt slāpekļskābi no gaisa. Sakarā ar pastāvīgām strāvas virziena izmaiņām un elektromagnēta darbību, iegūtajai volta loka liesmai ir pastāvīga tendence uzbriest dažādos virzienos, kas noved pie volta loka veidošanās, kas visu laiku strauji kustas ātrumu līdz 100 m/sek, radot mierīgi degošas plašas elektriskās saules iespaidu ar diametru 2 m vai vairāk. Caur šo sauli nepārtraukti tiek izpūsta spēcīga gaisa straume, un pati saule ir ievietota īpašā krāsnī, kas izgatavota no ugunsizturīga māla, kas iesieta varā (1., 2. un 3. att.).

Volta loka dobos elektrodus no iekšpuses dzesē ūdens. Gaiss caur kanāliem A kurtuves šamota oderē tas nonāk loka kamerā b; caur oksidēto gāzi iziet no krāsns un tiek atdzesēta, izmantojot tās siltumu, lai sildītu iztvaicēšanas aparāta katlus. Pēc tam NO nonāk oksidācijas torņos, kur to oksidē atmosfēras skābeklis līdz NO 2. Pēdējais process ir eksotermisks process (2NO + O 2 = 2NO 2 + 27Cal), un tāpēc apstākļi, kas palielina siltuma absorbciju, būtiski veicina reakciju šajā virzienā. Pēc tam slāpekļa dioksīdu absorbē ūdens saskaņā ar šādiem vienādojumiem:

3NO 2 + H 2 O = 2HNO 3 + NO
2NO 2 + H 2 O = HNO 3 + HNO 2

Citā metodē reaģējošo gāzu maisījumu pirms absorbcijas atdzesē zem 150°; šajā temperatūrā reversā sadalīšanās – NO 2 = NO + O – gandrīz nenotiek. Paturot prātā, ka noteiktos apstākļos tiek izveidots līdzsvars NO + NO 2 N 2 O 3 ar maksimālo N 2 O 3 saturu, to var iegūt, ielejot karstas nitrīta gāzes pat pirms to pilnīgas oksidēšanās, temperatūrā no 200 līdz 300 °, ar sodas vai kaustiskās sodas šķīdumu, nitrātu sāļu vietā - tīrus nitrītus (Norsk Hydro metode). Izplūstot no krāsns, izpūstais gaiss satur no 1 līdz 2% slāpekļa oksīdu, kurus nekavējoties uztver ūdens pretstrūklas un pēc tam neitralizē ar kaļķi, veidojot kalciju, t.s. "Norvēģijas" salpetrs. Paša procesa veikšana N 2 + O 2 2NO - 43,2 Cal prasa salīdzinoši nelielu elektroenerģijas daudzumu, proti: iegūt 1 tonnu saistītā slāpekļa NO formā tikai 0,205 kW gadā; Tikmēr labākajās modernajās iekārtās uz 1 tonnu nepieciešams tērēt 36 reizes vairāk, t.i., aptuveni 7,3 un līdz 8 kW-gadi. Citiem vārdiem sakot, vairāk nekā 97% no iztērētās enerģijas netiek novirzīti NO veidošanai, bet gan labvēlīgu apstākļu radīšanai šim procesam. Lai nobīdītu līdzsvaru uz augstāko iespējamo NO saturu, nepieciešams izmantot temperatūru no 2300 līdz 3300° (NO saturs pie 2300° ir 2 tilp.% un 3300° - 6 tilp.%), bet pie šādām temperatūrām 2NO ātri sadalās. atpakaļ N 2 + O 2. Tāpēc nelielā sekundes daļā ir nepieciešams gāzi no karstām vietām izvadīt uz aukstākām un atdzesēt vismaz līdz 1500°, kad NO sadalīšanās norit lēnāk. Līdzsvars N 2 + O 2 2NO tiek izveidots 1500° 30 stundās, 2100° 5 sekundēs, 2500° 0,01 sekundē. un pie 2900° - 0,000035 sek.

BASF darbinieka Schonherr metode atšķiras no Birkeland un Eide metodes ar ievērojamiem uzlabojumiem. Šajā metodē pulsējošas un joprojām intermitējošas volta loka liesmas vietā mainīgs strāvu, uzlieciet mierīgu liesmu ar augstu pastāvīgs strāva Tas novērš biežu liesmas izpūšanu, kas ir ļoti kaitīga procesam. To pašu rezultātu taču var panākt ar maiņstrāvas sprieguma loku, bet pūšot gaisu cauri degošai liesmai nevis taisnā līnijā, bet gan virpuļvēja veidā pa volta loka liesmu. Tāpēc krāsns varētu veidota diezgan šauras metāla caurules formā, turklāt tā, lai loka liesma nepieskartos tās sienām. Schongherr krāsns konstrukcijas shēma ir parādīta attēlā. 4.

Tālāku loka metodes uzlabojumu veic Polinga metode (5. att.). Degšanas krāsnī esošie elektrodi izskatās kā raga izlādes ierīces. Starp tiem izveidots 1 m garš volta loks tiek izpūsts uz augšu ar spēcīgu gaisa plūsmu. Saplīsušās liesmas šaurākajā vietā loka aizdedzināšana notiek atkārtoti, izmantojot papildu elektrodus.

Nedaudz atšķirīgu dizainu krāsns slāpekļa oksidēšanai gaisā patentēja I. Moscickis. Vienam no abiem elektrodiem (6. att.) ir plakana diska forma un tas atrodas ļoti tuvu attālumā no otra elektroda. Augšējais elektrods ir cauruļveida, un caur to ātrā plūsmā plūst neitrālas gāzes, pēc tam izplatoties konusā.

Volta loka liesma tiek iestatīta apļveida kustībā elektromagnētiskā lauka ietekmē, un ātra konusa formas gāzes plūsma novērš īssavienojumus. Detalizēts visas iekārtas apraksts ir sniegts W. Waeser, Luftstickstoff-Industrie, lpp. 475, 1922. Viena rūpnīca Šveicē (Chippis, Wallis) darbojas pēc I. Mościcki metodes, saražojot 40% HNO 3 . Cita rūpnīca Polijā (Bory-Jaworzno) ir paredzēta 7000 kW, un tai vajadzētu ražot koncentrētu HNO 3 un (NH 4) 2 SO 4. Lai uzlabotu slāpekļa oksīdu iznākumu un palielinātu volta loka liesmu, pēdējā laikā par izejvielu tika izmantots nevis gaiss, bet ar skābekli bagātāks slāpekļa un skābekļa maisījums ar attiecību 1: 1. Francijas rūpnīca Laroche-de-Rham strādā ar šādu maisījumu ar ļoti labiem rezultātiem.

Iegūto slāpekļa tetroksīdu N 2 O 4 vēlams kondensēt šķidrumā, atdzesējot līdz -90°. Šāds šķidrais slāpekļa tetroksīds, kas iegūts no iepriekš izžāvētām gāzēm – skābekļa un gaisa, nereaģē ar metāliem, tāpēc to var transportēt tērauda bumbās un izmantot HNO 3 ražošanai spēcīgās koncentrācijās. Toluols šajā gadījumā tika izmantots kā dzesēšanas šķidrums savulaik, taču neizbēgamās slāpekļa oksīdu noplūdes un to ietekmes uz toluolu dēļ Tschernewitz (Vācijā) un Bodio (Šveicē) rūpnīcās notika briesmīgi sprādzieni, iznīcinot abus uzņēmumus. N 2 O 4 ekstrakcija no gāzu maisījuma. panāk arī, absorbējot N 2 O 4 ar silikagelu, kas karsējot atbrīvo absorbēto N 2 O 4 atpakaļ.

II. Amonjaka kontakta oksidēšana. Visas aprakstītās metodes sintētiskās slāpekļskābes iegūšanai tieši no gaisa, kā jau minēts, ir izdevīgas tikai tad, ja ir pieejama lēta hidroelektrostacija. Saistītā slāpekļa problēmu (sk. Slāpeklis) nevar uzskatīt par galīgi atrisinātu, ja nebūtu atrasta salīdzinoši lētas sintētiskās slāpekļskābes ražošanas metode. Saistītā slāpekļa uzsūkšanos no mēslošanas līdzekļiem augi īpaši atvieglo, ja šie mēslošanas līdzekļi ir slāpekļskābes sāļi. Amonija savienojumiem, kas ievadīti augsnē, vispirms jāveic nitrifikācija pašā augsnē (skatīt Slāpekļa mēslojumu). Turklāt slāpekļskābe kopā ar sērskābi ir daudzu ķīmiskās rūpniecības un militāro lietu pamats. Bez slāpekļskābes nav iespējama sprāgstvielu un bezdūmu šaujampulvera (TNT, nitroglicerīna, dinamīta, pikrīnskābes un daudzu citu), anilīna krāsvielu, celuloīda un viskozes, daudzu medikamentu uc ražošana. Tāpēc Vācijā, kas pasaules kara laikā ar blokādi tika atdalīta no Čīles nitrātu avota un tajā pašā laikā nebija lētas hidroelektrostacijas, sintētiskās slāpekļskābes ražošana lielā mērā attīstījās ar kontaktmetodi. , sākot no akmeņoglēm vai sintētiskā amonjaka, oksidējot to ar atmosfēras skābekli, piedaloties katalizatoriem. Kara laikā (1918) Vācija saražoja līdz 1000 tonnām slāpekļskābes un amonija nitrāta dienā.

Jau 1788. gadā Milners Kembridžā atklāja iespēju NH 3 oksidēt slāpekļa oksīdos karsējot mangāna peroksīda ietekmē. 1839. gadā Kuhlmans noteica platīna kontaktdarbību amonjaka oksidēšanas laikā ar gaisu. Tehniski metodi amonjaka oksidēšanai par slāpekļskābi izstrādāja Ostvalds un Brouvers, un viņi to patentēja 1902. gadā. (Interesanti, ka Vācijā Ostvalda pieteikums tika noraidīts, jo tika atzīta franču ķīmiķa Kūlmana prioritāte.) smalki sadalīts platīns un lēna gāzu maisījuma plūsma, oksidēšanās notiek atbilstoši reakcijai 4NH 3 + ZO 2 = 2N 2 + 6H 2 O. Tāpēc procesam jābūt stingri regulēta gan caur kontaktu “pārveidotāju” izpūstās gāzes strūklas ievērojamā kustības ātruma, gan gāzu maisījuma sastāva izpratnē. Gāzu maisījumam, kas nonāk “pārveidotos”, vajadzētu. iepriekš rūpīgi iztīrīts no putekļiem un piemaisījumiem, kas varētu “saindēt” platīna katalizatoru.

Var pieņemt, ka platīna klātbūtne izraisa NH 3 molekulas sadalīšanos un nestabila platīna starpprodukta savienojuma veidošanos ar ūdeņradi. Šajā gadījumā slāpeklis statu nascendi ir pakļauts atmosfēras skābekļa oksidēšanai. NH 3 oksidēšanās par HNO 3 notiek, izmantojot šādas reakcijas:

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H20;

Atdzesēta bezkrāsaina NO gāze, sajaucoties ar jaunu gaisa daļu, spontāni tālāk oksidējas, veidojot NO 2 vai N 2 O 4:

2NO + O 2 = 2NO 2 vai N 2 O 4;

iegūto gāzu šķīdināšana ūdenī liekā gaisa vai skābekļa klātbūtnē ir saistīta ar turpmāku oksidēšanos atbilstoši reakcijai:

2NO 2 + O + H 2 O = 2HNO 3,

pēc tam iegūst HNO 3 ar aptuveni 40 līdz 50 % stiprību. Destilējot iegūto HNO 3 ar stipru sērskābi, beidzot var iegūt koncentrētu sintētisko slāpekļskābi. Pēc Ostvalda teiktā, katalizatoram jāsastāv no metāliska platīna, kas pārklāts ar daļēji vai pilnībā porainu platīnu vai platīna melnu.

Reakcijai jānotiek, kad sarkanais karstums ir tikko sācies un ar ievērojamu gāzu maisījuma plūsmas ātrumu, kas sastāv no 10 vai vairāk daļām gaisa uz 1 stundu NH 3. Lēna gāzu maisījuma plūsma veicina pilnīgu NH 3 sadalīšanos elementos. Ja platīna kontaktrežģis ir 2 cm, gāzes plūsmas ātrumam jābūt tādam 1-5 m/sek, t.i., gāzes saskares laiks ar platīnu nedrīkst pārsniegt 1/100 sek. Optimālā temperatūra ir aptuveni 300 °. Gāzes maisījums ir iepriekš uzkarsēts. Jo lielāks ir gāzu maisījuma plūsmas ātrums, jo lielāka ir NO izvade. Strādājot ar ļoti biezu platīna sietu (katalizatoru) ar amonjaka un gaisa maisījumu, kas satur aptuveni 6,3% NH 3, Neimans un Roze 450 ° temperatūrā (ar platīna saskares virsmu 3,35 cm 2) ieguva šādus rezultātus:

Lielākam vai mazākam NH 3 saturam ir liela nozīme arī ķīmiskā procesa virzienam, kas var notikt vai nu saskaņā ar vienādojumu: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O (ar 14,38% NH 3 saturu) , vai saskaņā ar vienādojumu: 4NH 3 + 7O 2 = 4NO 2 + 6H 2 O (ar maisījuma saturu 10,74% NH 3). Varbūt ar mazākiem panākumiem nekā platīnam. Tika izmantoti arī citi katalizatori (dzelzs oksīds, bismuts, cērijs, torijs, hroms, vanādijs, varš). No tiem uzmanību pelna tikai dzelzs oksīda izmantošana 700-800° temperatūrā ar 80 līdz 85% NH 3 iznākumu.

Temperatūrai ir nozīmīga loma oksidatīvajā procesā NH 3 pārejā uz HNO 3. Pati amonjaka oksidācijas reakcija ir eksotermiska: 4NH 3 + 5O 2 = 4NO + 6H 2 O + 215,6 Cal. Tikai sākotnēji ir nepieciešams uzsildīt kontakta aparātu, tad reakcija notiek sava siltuma dēļ. Dažādu sistēmu amonjaka oksidēšanas “pārveidotāju” tehniskais projekts ir skaidrs no dotajiem attēliem (7-8. att.).

Shēma HNO 3 ražošanai saskaņā ar šobrīd pieņemto Frank-Caro metodi ir parādīta attēlā. 9.

attēlā. 10 parādīta diagramma par NH 3 oksidēšanu Meister Lucius un Brünning rūpnīcā Hehstā.

Mūsdienu iekārtās NH 3 oksidēšana par NO tiek veikta ar iznākumu līdz 90%, bet sekojošā iegūto slāpekļa oksīdu oksidēšana un absorbcija ar ūdeni - ar iznākumu līdz 95%. Tādējādi viss process nodrošina saistītā slāpekļa iznākumu 85-90%. HNO 3 iegūšana no nitrāta pašlaik maksā (100% HNO 3 izteiksmē) 103 USD par 1 tonnu, izmantojot loka procesu, 97,30 USD par 1 tonnu, savukārt 1 tonna HNO 3, kas iegūta, oksidējot NH -3, maksā tikai 85,80 USD. Pats par sevi saprotams, ka šie skaitļi varētu būt ir tikai aptuveni un lielā mērā ir atkarīgi no uzņēmuma lieluma, elektroenerģijas un izejvielu izmaksām, tomēr tie liecina, ka HNO 3 ražošanas kontakta metodei tuvākajā nākotnē ir paredzēts ieņemt dominējošu stāvokli salīdzinājumā ar citām metodēm.

Skatīt arī