ximia.org - сайт о химии для химиков
РАЗДЕЛЫ САЙТА
Разная химия
Неорганическая
Органическая
Биологическая
Наглядная биохимия
Токсикологическая

База знаний
Химическая энциклопедия
Справочник по веществам
Таблица Д.И. Менделеева
Гетероциклические соед.
Теплотехника
Углеводы

Партнёры по Химии
Всё об Алхимии

Химия в жизни
Каталог предприятий

Дополнительно
Лекарственные средства Фармацевтический справ.

 
Всё о Химии - Ximia.org

АЗОТНАЯ КИСЛОТА


Алфавитный указатель: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


АЗОТНАЯ КИСЛОТА HNO3, мол. м. 63,016, бесцв. жидкость (см. табл.). Сильная одноосновная к-та (рКа —1,64). Молекула имеет плоскую структуру (длины связей в нм):
1010-42.jpg

Твердая А. к. образует две кри-сталлич. модификации-с моноклинной и ромбич. решетками. Конц. к-та малоустойчива, при нагр. или под действием света частично разлагается: 4HNO3 -> 4NO2 + 2H2O + O2; образующийся NO2 окрашивает к-ту в бурый цвет и придает ей специ-фич. запах.

СВОЙСТВА АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ И LE КРИСТАЛЛОГИДРАТОВ
Показатель
HNO3
Моногидрат
Тригидрат
Плотн., г/см3 .......
1,513
_
_
Т. пл., °С ........
-41,59 (82.6)*
-37,62
-18,47
1010-43.jpg кДж/моль . . . . .
10,47
17,50
29109
1010-44.jpg (293 К), кДж/моль . .
39.1
1010-45.jpg кДж/моль . . . . .
-174,1 (_ 134,9)**
-473,5
-1056,1
С°р (300 КХ Дж/(моль*К) . .
109,9 (54,22)**
182
325
1010-46.jpg растворения в воде, кДж/моль .......
-33.68
-19.82
-8,92
S0298, Дж/(моль*К) . . . . .
155,6 (266,9)**
217
344

* Т-ра кипения. ** Для газа при 298 К.
1010-47.jpg

Рис. 1. Схема произ-ва азотной к-ты под единым давлением (0,65-0,70 МПа): 1-воздушный фильтр; 2-реактор каталитич. очистки отходящего газа; 3-камера сгорания; 4-воздушный компрессор; 5-газовая турбина; 6-редуктор; 7-электродвигатель; 8-промежут. холодильник; 9-котел-утилизатор; 10 -экономайзер; 11-поролитовый фильтр; 12-смеситель NH3 и воздуха; 13- подогреватель воздуха; 14-испарителъ NH3; 15-аппарат для окисления NO; 16-контактный аппарат для окисления NH3; 17 - холодильник-конденсатор; 18 - абсорбц. колонна; 19-подогреватель отходящего газа.

А. к. смешивается с водой во всех соотношениях. В водных р-рах практически полностью диссоциирует на Н+ и NO-3. Образует с водой азеотропную смесь (68,4% по массе HNO3; т. кип. 120,7°С, d2041,41), моно- и тригидраты. Для водных р-ров d204составляет 1,0543 (10%-ная к-та), 1,1150 (20%-ная), 1,3100 (50%-ная), 1,4134 (70%-ная), 1,4826 (90%-ная). Для 49,94%-ного р-ра парциальное давление HNO3 и воды составляет (в Па) соотв. 47,91 и 1030,75, для 69,7%-ного-383,04 и 388,36, для 96,48%-ного-5531,47 и 14,63. А. к. ограниченно раств. в эфире.

А. к.-сильный окислитель. Под действием А. к. металлы (за исключением Pt, Rh, Ir, Nb, Zr, Та, An) превращаются в нитраты или оксиды, сера энергично окисляется в H2SO4, фосфор-в Р2О5, орг. соед. окисляются и нитруются. Стойкость конструкц. материалов к А.к. определяется св-вами поверхностных оксидных пленок. В разб. А. к. стойки хромо-никелевые стали, Ti, в концентрированной-чистый А1, высококремнистый чугун, хромо-никель-кремниевые стали. Титан в среде конц. А. к., содержащей растворенные оксиды азота, приобретает пирофорные св-ва. В А. к. любой концентрации стойки стекло, кварц, фторопласт-4.
1010-48.jpg

Рис. 2. Схема произ-ва азотной к-ты с двумя ступенями давления (окисление NH3 при 0,35 МПа, абсорбция МО2 при 0,8 МПа): 1-фильтр воздуха; 2-воздушный компрессор; 3- компрессор нитрозного газа; 4 -газовая турбина; 5 -паровая турбина; 6-смеситель NH3 и воздуха; 7-контактный аппарат для окисления NH3; 8-котел-утилизатор; 9-конденсатор; 10-насос; 11-подогреватель отходящего газа; 12 -холодильник-конденсатор; 13-сепаратор; 14-абсорбц. колонна; 15-испаритель NH3.

Для практич. целей используют 30-60%-ные водные р-ры А. к. или 97-99%-ные (конц. А. к.). Смесь концентрированных азотной и соляной к-т (соотношение по объему 1 :3) наз. царской водкой; она растворяет даже благородные металлы. Смесь HNO3 концентрации ок. 100% и H2SO4 концентрации ок. 96% при их соотношении по объему ок. 9:1 наз. меланжем.

Пром. методы получения разб. HNO3 включают след. стадии: получение NO, окисление его до NO2, абсорбцию NO2 водой, очистку отходящих газов (содержащих в осн. N2) от оксидов азота. Осн. способ получения NO заключается в окислении NH3 кислородом воздуха в присут. катализатора: 4МН3 + 5О2 -> 4NO + 6Н2О + 907,3 кДж. Катализатор-сетка из сплавов Pt (80-95%) с металлами платиновой группы. В СССР используется двухступенчатый катализатор (первая ступень-платиновые сетки, вторая-оксидный неплатиновый катализатор), позволяющий сократить кол-во загружаемой платины на 40-60%. Потери Pt при одноступенчатом катализаторе, в осн. из-за мех. уноса, составляют (г Pt на 1 т HNO3): 0,05 при 0,1 МПа, 0,1 при 0,4 МПа, 0,15 при 0,7 МПа. При использовании двухступенчатого катализатора потери Pt снижаются на 15-25%.

Окисление NO (2NO + О2 ->2NO2 + 124 кДж) протекает в газовой фазе при охлаждении нитрозного газа (полученного на стадии окисления NH3) до 160-250°С; ниже 100°С идет димеризация (2NO2 -> N2O4 + 56,9 кДж/моль). Абсорбцию NO2 водой (3NO2 + H2O->2HNO3 + NO + + 136,2 кДж/моль) осуществляют в тарельчатых колоннах со значит. межтарелочными объемами. Отходящий газ содержит 0,02-0,15% по объему оксидов азота, 2-5% О2 и N2; при содержании остаточных оксидов азота более 0,02% проводят их каталитич. восстановление до N2. В случае восстановления аммиаком (кат.-оксиды А1 и V; 250-300СС) происходят р-ции:

3NO + 2NH3 -> 2,5N2 + ЗН2О 3NO2 + 4NH3 -> 3,5N2 + 6H2O

Отходящий газ очищают также на алюмопалладиевом кат. (т-ра начала р-ции 350-500°С) с использованием в кач-ве восстановителя прир. газа:

СН4 + 2О2 -> СО2 + 2Н2О + 802 кДж СН4 + 2NO2 -> N2 + 2H2O + СО2 + 868 кДж СН4 + 4NO -> 2N2 + 2Н20 + СО2 + 1160кДж

Установки по произ-ву разб. HNO3 (см. рис. 1 и 2) характеризуются высокой производительностью (350-1400 т/сут), полнотой использования теплоты хим. р-ций, экономным расходованием сырья и вспомогат. материалов.

Конц. А. к. получают двумя осн. способами. Первый заключается в ректификации тройных смесей, содержащих HNO3, воду и к.-л. водоотнимающее в-во, обычно H2SO4 или Mg(NO3)2. В результате получают пары 100%-ной HNO3, к-рые конденсируют, и водные р-ры водоотнимающего агента. Последние упаривают и возвращают в произ-во. Второй способ основан на р-ции: 2N2O4M + + 2Н2О(ж) + О2(г)->4НNO3(ж) + 78,8 кДж ("ж"-жидкость, "г"-газ). При давлении ок. 5 МПа и использовании чистого О2 образуется 97-98%-ная HNO3, содержащая до 30% по массе растворенных оксидов азота. А. к. получают разгонкой этого р-ра. При 0,7-1,0 МПа и использовании воздуха образуется 80-85%-ная HNO3 и азеотропная смесь А. к. с водой. Жидкий N2O4 получают гл. обр. путем растворения NO2, содержащегося в нитрозном газе, 80-100%-ной HNO3 с послед. разгонкой этого р-ра и конденсацией жидкого N2O4.

А. к. особой чистоты производят ректификацией 97-98,5%-ной HNO3 в аппаратуре из силикатного или кварцевого стекла. Содержание примесей в такой к-те менее 1 * 10-6% по массе.

Метод получения А.к., основанный на взаимод. N2 и О2 воздуха выше 2200°С (N2 + О2 -> 2NO + 180,6 кДж) с послед. быстрым охлаждением NO, его окислением и абсорбцией NO2 водой, распространения пока не получил.

Осн. кол-во разб. HNO3 расходуется в произ-ве NH4NO3 и сложных минер. удобрений, нитратов Na, К, Са и др., в гидрометаллургии. Конц. к-та используется при получении ВВ, H2SO4, H3PO4, ароматич. нитросоединений, красителей, входит в состав ракетного топлива. А. к. используется также для травления металлов, полупроводниковых материалов и др.

Произ-во А. к. взрывоопасно из-за использования в нем горючих и взрывоопасных B-B-NH3 и прир. газа. Под действием А. к. воспламеняются бумага, масло, древесина, уголь. При попадании на кожу она вызывает ожоги. Аммиак, пары HNO3, оксиды азота токсичны. ПДК паров HNO3 и оксидов азота 2 мг/м3 (в пересчете на NO2). Произ-во А.к. в развитых кап. странах ок. 22 млн. т (1982).


===
Исп. литература для статьи «АЗОТНАЯ КИСЛОТА»:
Справочник азотчика, под ред. Н. А. Симулина [и др.], т. 2, М., 1969; А трощен ко В. И., Каргин С. И., Технология азотной кислоты, М., 1970; Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности, под ред. В. М. Олевского, М., 1985. А. А. Солоха.

Страница «АЗОТНАЯ КИСЛОТА» подготовлена по материалам химической энциклопедии.

 

Всё о Химии для учителей, учеников, студентов и просто химиков