Азотная кислота

редактировать
Сильно коррозионная минеральная кислота
Азотная кислота
Резонансное описание связи в молекуле азотной кислоты
Палка-модель азотной кислоты Модель заполнения резонансного пространства азотной кислоты
Имена
Название IUPAC Азотная кислота
Другие названия Aqua fortis, Spirit of Niter, Eau forte, Hydrogen nitrate, Acidum nitricum
Идентификаторы
Номер CAS
3D модель (JSmol )
3DMet
ChEBI
ChEMBL
  • ChEMBL1352
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.028.832 Измените это в Викиданных
Номер EC
  • 231-714-2
Ссылка на Гмелин 1576
KEGG
MeSH Азот + кислота
PubChem CID
номер RTECS
  • QU5775000
UNII
номер ООН 2031
CompTox Dashboard ( EPA)
InChI
УЛЫБКИ
Продвинуть rties
Химическая формула HNO 3
Молярная масса 63,012 г · моль
Внешний видБесцветная дымящаяся жидкость желтого или красного цвета
Запах едкий, удушающий
Плотность 1,51 г · см, 1,41 г · см [68% по массе]
Температура плавления -42 ° C (-44 ° F; 231 K)
Температура кипения 83 ° C (181 ° F; 356 K) 68% раствор кипит при 121 ° C (250 ° F; 394 K)
Растворимость в воде Полностью смешивается
log P -0,13
Давление пара 48 мм рт.ст. (20 ° C)
Кислотность (pK a)-1,4
Основание конъюгата Нитрат
Магнитная восприимчивость (χ)-1,99 × 10 см / моль
Показатель преломления (nD)1,397 (16,5 ° C)
Дипольный момент 2,17 ± 0,02 D
Термохимия
Стандартная молярная. энтропия (S 298)146 Дж · моль · K
Стандартная энтальпия образования. (ΔfH298)-207 кДж · моль
Опасности
Паспорт безопасности ICSC 0183
Пиктограммы GHS GHS03: Окисляющая GHS05: Коррозийный
Сигнальное слово GHS Опасно
Краткая характеристика опасности GHS H272, H300, H310, H330, H373, H411
Меры предосторожности GHS P210, P220, P260, P305 + 351 + 338, P310, P370 + 378
NFPA 704 (огненный алмаз)четырехцветный алмаз NFPA 704 0 4 2 OX
Температура вспышки Невоспламеняющийся
Смертельная доза или концентрация (LD, LC) :
LC50(средняя концентрация )138 частей на миллион (крыса, 30 мин)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье США):
PEL (допустимые)TWA 2 частей на миллион (5 мг / м)
REL (рекомендуется)TWA 2 ppm (5 мг / м). ST 4 ppm (10 мг / м)
IDLH (непосредственная опасность)25 частей на миллион
Родственные соединения
Другие анионы Азотистая кислота
Прочие катионы Нитрат натрия. Нитрат калия. Нитрат аммония
Родственные соединенияПятиокись азота
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
☑ Y ( что такое ?)
ссылки на инфобокс

азотная кислота (H NO3 ), также известная как aqua fortis (латинское для «крепкая вода») и спирт селитры, является очень коррозионной минеральной кислотой.

. Чистое соединение бесцветное, но более старые образцы имеют тенденцию приобретать желтый оттенок из-за разложения на оксиды азота и воды. Наиболее коммерчески доступная азотная кислота имеет концентрацию 68% в воде. Когда раствор содержит более 86% HNO 3, его называют дымящей азотной кислотой. В зависимости от количества присутствующего диоксида азота дымящаяся азотная кислота дополнительно характеризуется как красная дымящая азотная кислота при концентрациях выше 86% или белая дымящая азотная кислота при концентрации выше 95%.

Азотная кислота является основным реагентом, используемым для нитрования - добавления нитрогруппы, обычно к органической молекуле. В то время как некоторые образующиеся нитросоединения являются ударопрочными и термочувствительными взрывчатыми веществами, некоторые из них достаточно стабильны для использования в боеприпасах и подрывных работах, в то время как другие все еще более стабильны и используются в чернила и красители. Азотная кислота также обычно используется в качестве сильного окислителя.

Содержание

  • 1 Физические и химические свойства
    • 1.1 Загрязнение диоксидом азота
    • 1.2 Дымящаяся азотная кислота
    • 1.3 Безводная азотная кислота
    • 1.4 Структура и связывание
  • 2 Реакции
    • 2.1 Кислотно-основные свойства
    • 2.2 Реакции с металлами
    • 2.3 Реакции с неметаллами
    • 2.4 Ксантопротеиновый тест
  • 3 Производство
    • 3.1 Лаборатория синтез
  • 4 Использование
    • 4.1 Прекурсор органических соединений азота
    • 4.2 Использование в качестве окислителя
    • 4.3 Ракетное топливо
    • 4.4 Использование в нише
      • 4.4.1 Аналитический реагент
      • 4.4.2 Деревообработка
      • 4.4.3 Травитель и чистящее средство
  • 5 Безопасность
  • 6 История
  • 7 Примечания
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Физические и химические свойства

Коммерчески доступная азотная кислота представляет собой азеотроп с водой при концентрации 68% HNO 3. Этот раствор имеет температуру кипения 120,5 ° C при 1 атм. Он известен как «концентрированная азотная кислота». Чистая концентрированная азотная кислота представляет собой бесцветную жидкость при комнатной температуре.

Известны два твердых гидрата: моногидрат (HNO 3·H2O или [H 3 O] NO 3) и тригидрат (HNO 3 · 3H 2 O).

Иногда можно увидеть более старую шкалу плотности с концентрированной азотной кислотой, указанной как 42 ° Бауме.

Загрязнение диоксидом азота

Дымящаяся азотная кислота, загрязненная желтым диоксидом азота.

Азотная кислота подвержен термическому или легкому разложению, и по этой причине его часто хранили в бутылках из коричневого стекла:

4 HNO 3 → 2 H 2 O + 4 NO 2 + O 2

Эта реакция может привести к некоторым заметным изменениям давления пара над жидкостью, поскольку образующиеся оксиды азота частично или полностью растворяются в кислоте.

Диоксид азота (NO 2) остается растворенным в азотной кислоте, окрашивая его в желтый или даже красный цвет при более высоких температурах. В то время как чистая кислота имеет тенденцию выделять белые пары при контакте с воздухом, кислота с растворенным диоксидом азота выделяет красновато-коричневые пары, что приводит к общим названиям «красная дымящая азотная кислота» и «белая дымящая азотная кислота». Оксиды азота (NO x) растворимы в азотной кислоте.

дымящаяся азотная кислота

Коммерческий сорт дымящей азотной кислоты содержит 98% HNO 3 и имеет плотность 1,50 г / см. Этот сорт часто используется в производстве взрывчатых веществ. Он не такой летучий и коррозионный, как безводная кислота, и имеет приблизительную концентрацию 21,4 М.

Красная дымящая азотная кислота, или RFNA, содержит значительные количества растворенного диоксида азота (NO 2) оставляя раствор с красновато-коричневым цветом. Из-за растворенного диоксида азота плотность красной дымящей азотной кислоты ниже - 1,490 г / см.

Ингибированная дымящая азотная кислота (либо IWFNA, либо IRFNA ) может быть получена путем добавления от 0,6 до 0,7% фтороводорода (HF). Этот фторид добавляют для коррозионной стойкости в металлические резервуары. Фторид создает слой фторида металла, который защищает металл.

Безводная азотная кислота

Белая дымящая азотная кислота, чистая азотная кислота или WFNA, очень близка к безводной азотной кислоте. По результатам анализа он доступен в виде 99,9% азотной кислоты. Одна из спецификаций дымящейся азотной кислоты заключается в том, что она содержит максимум 2% воды и максимум 0,5% растворенного NO 2. Безводная азотная кислота имеет плотность 1,513 г / см и приблизительную концентрацию 24 молярных. Безводная азотная кислота представляет собой бесцветную подвижную жидкость с плотностью 1,512 г / см, которая затвердевает при -42 ° C с образованием белых кристаллов. Поскольку он разлагается на NO 2 и воду, он приобретает желтый оттенок. Температура кипения составляет 83 ° C. Обычно его хранят в стеклянной небьющейся бутылке из янтаря с вдвое большим объемом свободного пространства для повышения давления, но даже с этими мерами предосторожности необходимо ежемесячно вентилировать бутылку, чтобы сбросить давление.

Структура и связь

Два основных резонансных представления HNO 3

Две связи N – O эквивалентны и относительно короткие (это можно объяснить теориями резонанса; канонические формы показывают двойную связь характер в этих двух связях, что делает их короче, чем типичные связи N – O), а третья связь N – O удлиненная, потому что атом O также присоединен к протону.

Реакции

Кислотно-основные свойства

Азотная кислота обычно считается сильной кислотой при температуре окружающей среды. Существуют некоторые разногласия относительно значения константы диссоциации кислоты, хотя значение pKa обычно указывается как меньше -1. Это означает, что азотная кислота в разбавленном растворе полностью диссоциирует, за исключением очень кислых растворов. Значение pK a увеличивается до 1 при температуре 250 ° C.

Азотная кислота может действовать как основание по отношению к кислоте, такой как серная кислота :

HNO. 3 + 2 H 2SO4⇌ NO. 2+ H 3 O + 2 HSO. 4; Константа равновесия : K ≈ 22

The ион нитрония, NO. 2, является активным реагентом в реакциях ароматического нитрования. Поскольку азотная кислота обладает как кислотными, так и основными свойствами, она может подвергаться реакции автопротолиза, подобной самоионизации воды :

2 HNO 3 ⇌ NO. 2+ NO. 3+ H 2O

Реакции с металлами

Азотная кислота реагирует с большинством металлов, но детали зависят от концентрации кислоты и природы металла. Разбавленная азотная кислота в реакции с большинством металлов ведет себя как обычная кислота. Магний, марганец и цинк высвобождают H 2:

Mg + 2 HNO 3 → Mg (NO 3)2+ H 2(Нитрат магния )
Mn + 2 HNO 3 → Mn (NO 3)2+ H 2(Нитрат марганца (II) )

Азотная кислота может окислять неактивные металлы, такие как медь и серебро. С этими неактивными или менее электроположительными металлами продукты зависят от температуры и концентрации кислоты. Например, медь реагирует с разбавленной азотной кислотой при температуре окружающей среды. температуры со стехиометрией 3: 8:

3 Cu + 8 HNO 3 → 3 Cu + 2 NO + 4 H 2 O + 6 NO. 3

Образовавшийся оксид азота может реагировать с атмосферным кислородом с образованием диоксида азота. При более концентрированной азотной кислоте диоксид азота образуется непосредственно в реакции со стехиометрией 1: 4:

Cu + 4 H + 2 NO. 3→ Cu + 2 NO 2 + 2 H 2O

При взаимодействии с азотной кислотой большинство металлов дают соответствующие нитраты. Некоторые металлоиды и металлы дают оксиды; например, Sn, As, Sb и Ti окисляются до SnO 2, As 2O5, Sb 2O5и TiO 2 соответственно.

Некоторые драгоценные металлы, такие как чистое золото и металлы платиновой группы, не реагируют с азотной кислотой, хотя чистое золото реагирует с царской водкой, смесью концентрированная азотная кислота и соляная кислота. Однако некоторые менее благородные металлы (Ag, Cu,...), присутствующие в некоторых золотых сплавах относительно бедных золотом, такие как окрашенное золото, могут быть легко окислены и растворены азотной кислотой, что приводит к изменению цвета поверхности сплава золота. Азотная кислота используется в качестве дешевого средства в ювелирных магазинах для быстрого обнаружения сплавов с низким содержанием золота (< 14 карат ) и быстрой оценки чистоты золота.

Являясь мощным окислителем, азотная кислота бурно реагирует со многими неметаллическими соединениями, и реакции могут быть взрывоопасными. В зависимости от концентрации кислоты, температуры и используемого восстановителя конечные продукты могут варьироваться. Реакция протекает со всеми металлами, за исключением серии благородных металлов и некоторых сплавов . Как правило, окислительные реакции протекают в основном с концентрированной кислотой, способствуя образованию диоксида азота (NO 2). Однако сильные окислительные свойства азотной кислоты являются термодинамическими по природе, но иногда реакции ее окисления скорее кинетически неблагоприятны. Присутствие небольших количеств азотистой кислоты (HNO 2) значительно увеличивает скорость реакции.

Хотя хром (Cr), железо (Fe) и алюминий (Al) легко растворяются в разбавленной азотной кислоте, концентрированная кислота образует слой оксида металла, который защищает основную часть металла от дальнейшего окисления. Формирование этого защитного слоя называется пассивацией. Типичные концентрации пассивирования находятся в диапазоне от 20% до 50% по объему (см. ASTM A967-05). Металлы, пассивируемые концентрированной азотной кислотой: железо, кобальт, хром, никель и алюминий.

Реакции с неметаллами

Будучи мощной окисляющей кислотой, азотная кислота бурно реагирует со многими органическими веществами, и реакции могут быть взрывоопасными. гидроксильная группа обычно отщепляет водород из органической молекулы с образованием воды, а оставшаяся нитрогруппа занимает место водорода. Нитрование органических соединений азотной кислотой - основной метод синтеза многих распространенных взрывчатых веществ, таких как нитроглицерин и тринитротолуол (TNT). Поскольку возможно очень много менее стабильных побочных продуктов, эти реакции необходимо тщательно контролировать термически, а побочные продукты удалять, чтобы выделить желаемый продукт.

Реакция с неметаллическими элементами, за исключением азота, кислорода, благородных газов, кремния и галогенов, кроме йода, обычно окисляет их до наивысшей степени окисления в виде кислот с образованием диоксида азота для концентрированной кислоты и оксида азота для разбавленной кислоты.

Cграфит + 4 HNO 3 → CO 2 + 4 NO 2 + 2 H 2O

или

3 C графит + 4 HNO 3 → 3 CO 2 + 4 NO + 2 H 2O

Концентрированная азотная кислота окисляет I 2, P 4 и S 8 в HIO 3, H3PO4 и H2SO4 соответственно. Хотя он реагирует с графитом и аморфным углеродом, он не реагирует с алмазом; он может отделить алмаз от графита, который он окисляет.

Ксантопротеиновый тест

Азотная кислота реагирует с белками с образованием желтых нитрированных продуктов. Эта реакция известна как ксантопротеиновая реакция. Это испытание проводится путем добавления концентрированной азотной кислоты к испытуемому веществу и последующего нагревания смеси. Если присутствуют белки, содержащие аминокислоты с ароматическими кольцами, смесь становится желтой. После добавления основания, такого как аммиак, цвет становится оранжевым. Эти изменения цвета вызваны нитрованными ароматическими кольцами в белке. Ксантопротеиновая кислота образуется, когда кислота контактирует с эпителиальными клетками. Соответствующие местные изменения цвета кожи указывают на несоответствие мер безопасности при работе с азотной кислотой.

Производство

Азотная кислота получается реакцией диоксида азота (NO 2) с водой.

4 NO 2 + 2 H 2 O → 2 HNO 3 + NO + NO 2 + H 2O

Или сокращенно:

3 NO 2 + H 2 O → 2 HNO 3 + NO

Обычно оксид азота, полученный в результате реакции, повторно окисляется кислородом воздуха, чтобы произвести дополнительный диоксид азота.

Барботирование диоксида азота через пероксид водорода может помочь улучшить выход кислоты.

2 NO 2 + H 2O2→ 2 HNO 3

Растворы азотной кислоты коммерческого качества обычно содержат от 52% до 68% азотной кислоты. Производство азотной кислоты осуществляется с помощью процесса Оствальда, названного в честь немецкого химика Вильгельма Оствальда. В этом процессе безводный аммиак окисляется до оксида азота в присутствии платины или родия сетчатого катализатора <379.>при высокой температуре около 500 К и давлении 9 атм.

4 NH 3 (г) + 5 O 2 (г) → 4 NO (г) + 6 H 2 O (г) (ΔH = -905,2 кДж / моль)

Оксид азота затем реагирует с кислородом воздуха с образованием диоксида азота.

2 NO (г) + O 2 (г) → 2 NO 2 (г) (ΔH = -114 кДж / моль)

Впоследствии он абсорбируется в вода с образованием азотной кислоты и оксида азота.

3 NO 2 (г) + H 2 O (л) → 2 HNO 3 (водн.) + NO (г) (ΔH = - 117 кДж / моль)

Оксид азота возвращается в цикл для повторного окисления. В качестве альтернативы, если последний этап выполняется на воздухе:

4 NO 2 (г) + O 2 (г) + 2 H 2 O (l) → 4 HNO 3 (водный)

Полученный водный HNO 3 может быть сконцентрирован дистилляцией примерно до 68% по массе. Дальнейшее концентрирование до 98% может быть достигнуто обезвоживанием концентрированным H2SO4. Используя аммиак, полученный в процессе процесса Габера, конечный продукт может быть получен из азота, водорода и кислорода, получаемых из воздуха и природного газа в качестве единственного исходного сырья.

Лабораторный синтез

В лаборатории азотная кислота может быть получена термическим разложением нитрата меди (II) с образованием диоксида азота и газообразного кислорода, которые затем пропускаются через воду с образованием азотной кислоты.

2 Cu (NO 3)2→ 2 CuO + 4 NO 2 + O 2

Затем, следуя процессу Оствальда :

2 NO. 2+ H. 2O → HNO. 2+ HNO. 3

В качестве альтернативы, реакция равных масс любой нитратной соли, такой как нитрат натрия, с серной кислотой (H2SO4) и дистилляция эта смесь при температуре кипения азотной кислоты 83 ° C. Нелетучий остаток гидросульфата металла остается в емкости для перегонки. Полученная красная дымящая азотная кислота может быть превращена в белую азотную кислоту.

NaNO 3 + H 2SO4→ HNO 3 + NaHSO 4

Растворенный NO x легко удаляется при пониженном давлении при комнатной температуре (10–30 минут при 200 мм рт.ст. или 27 кПа ) с получением дымящейся азотной кислоты белого цвета. Эту процедуру также можно выполнять при пониженном давлении и температуре за одну стадию, чтобы получить меньше газообразного диоксида азота.

Разбавленная азотная кислота может быть сконцентрирована путем перегонки до 68% кислоты, что является азеотропом с максимальной температурой кипения. В лаборатории дальнейшее концентрирование включает перегонку с использованием серной кислоты или нитрата магния, которые служат в качестве дегидратирующих агентов. Такая перегонка должна проводиться в цельностеклянном аппарате при пониженном давлении, чтобы предотвратить разложение кислоты. В промышленности высококонцентрированная азотная кислота производится путем растворения дополнительного количества диоксида азота в 68% -ной азотной кислоте в абсорбционной башне. Растворенные оксиды азота либо удаляются в случае белой дымящей азотной кислоты, либо остаются в растворе с образованием красной дымящей азотной кислоты. Совсем недавно были разработаны электрохимические средства для производства безводной кислоты из концентрированной азотной кислоты.

Использует

азотную кислоту в лаборатории.

Основное промышленное использование азотной кислоты - для производства удобрения. Азотную кислоту нейтрализуют аммиаком с получением нитрата аммония. Это приложение потребляет 75–80% из 26 миллионов тонн, производимых ежегодно (1987 г.). Другие основные области применения - производство взрывчатых веществ, прекурсоров нейлона и специальных органических соединений.

Прекурсор органических соединений азота

В органическом синтезе, промышленном и другом, нитрогруппа представляет собой универсальную функциональную группу. Смесь азотной и серной кислот вводит нитро заместитель в различные ароматические соединения посредством электрофильного ароматического замещения. Многие взрывчатые вещества, такие как TNT, получают следующим образом:

C6H5CH3 + 3 HNO 3→ C6H2(NO2)3CH3 + 3 H 2O

Либо концентрированная серная кислота, либо олеум абсорбируют избыток воды.

H2S2O7 + H2O → 2 H2SO4

Нитрогруппа может быть восстановлена ​​ с образованием аминогруппы, что позволяет синтезировать соединения анилина из различных нитробензолов :

Анилин из Nitrobenzene.svg

Использование в качестве окислителя

Прекурсор нейлона, адипиновая кислота, производится в больших масштабах путем окисления «масла КА» - смеси циклогексанон и циклогексанол с азотной кислотой.

ракетное топливо

Азотная кислота использовалась в различных формах в качестве окислителя в ракетах на жидком топливе. Эти формы включают красную дымящую азотную кислоту, белую дымящую азотную кислоту, смеси с серной кислотой и эти формы с ингибитором HF. IRFNA (ингибированная красная дымящаяся азотная кислота ) была одним из трех компонентов жидкого топлива для ракеты BOMARC.

В нише

аналитический реагент

В элементном анализе с помощью ICP-MS, ICP-AES, GFAA и Flame AA разбавленная азотная кислота (0,5–5,0%) используется в качестве матричного соединения для определения следов металлов в растворах. Для такого определения требуется сверхчистая кислота с примесью следов металлов, поскольку небольшие количества ионов металлов могут повлиять на результат анализа.

Он также обычно используется в процессе разложения проб мутной воды, проб ила, твердых проб, а также других типов уникальных проб, требующих элементного анализа с помощью ICP-MS, ICP-OES, ICP-AES, GFAA и пламя атомно-абсорбционная спектроскопия. Обычно для этих перевариваний используется 50% раствор купленной HNO. 3, смешанный с деионизированной водой типа 1.

В электрохимии азотная кислота используется в качестве химического легирующего агента для органических полупроводников и в процессах очистки необработанных углеродных нанотрубок.

Деревообработка

В низкой концентрации (примерно 10%) азотная кислота часто используется для искусственного старения сосны и клена. Цвет полученный - серо-золотой, очень похожий на очень старое дерево, обработанное воском или маслом (отделка дерева ).

травитель и чистящее средство

Коррозионное воздействие азотной кислоты используется для некоторых специальных целей. применения, такие как травление в гравюре, травление нержавеющей стали или очистка кремниевых пластин в электронике.

Раствор азотной кислоты, воды и спирта, Нитал, используется для травления металлов с целью выявления микроструктуры. ISO 14104 является одним из стандартов, детализирующих эту хорошо известную процедуру.

Азотная кислота используется либо в сочетании с соляной кислотой, либо отдельно для очистки покровных стекол. и предметные стекла для высококачественной микроскопии. Он также используется для очистки стекла перед серебрением при изготовлении серебряных зеркал.

Имеющиеся в продаже водные смеси 5–30% азотной кислоты и 15–40% фосфорной кислоты обычно используются для очистки пищевого и молочного оборудования, в первую очередь, для удаления осажденного кальция и магния. соединения натрия (либо осаждаемые из технологического потока, либо возникающие в результате использования жесткой воды во время производства и очистки). Содержание фосфорной кислоты помогает пассивировать ферросплавы от коррозии, вызванной разбавленной азотной кислотой.

Азотную кислоту можно использовать в качестве точечного теста на алкалоиды например LSD, дающий различные цвета в зависимости от алкалоида.

Безопасность

Азотная кислота - коррозионно-активная кислота и сильнодействующая окислитель. Основная опасность, которую представляет он, - это химические ожоги, поскольку он выполняет кислотный гидролиз с помощью белков (амид ) и жиров (сложный эфир ), который, следовательно, разлагает живую ткань (например, кожа и плоть ). Концентрированная азотная кислота окрашивает человеческую кожу в желтый цвет из-за ее реакции с кератином. Эти желтые пятна при нейтрализации становятся оранжевыми. Однако системные эффекты маловероятны, и вещество не считается канцерогеном или мутагеном.

Стандартной первой помощью при попадании кислоты на кожу является, как и в случае других коррозионных агентов, орошение большим количеством воды.. Мытье продолжают как минимум 10–15 минут, чтобы охладить ткань, окружающую кислотный ожог, и предотвратить вторичное повреждение. Загрязненную одежду немедленно снимают, а кожу под ней тщательно промывают.

Являясь сильным окислителем, азотная кислота может реагировать с такими соединениями, как цианиды, карбиды или металлические порошки взрыво и со многими органические соединения, такие как скипидар, сильно и гиперголически (т.е. самовоспламеняющиеся). Следовательно, его следует хранить отдельно от оснований и органических веществ.

История

Первое упоминание об азотной кислоте встречается в работах персидских алхимиков, таких как Мухаммад ибн Закария ар-Рази (854–925)), а затем позже в De Inventione Veritatis Pseudo-Geber, где он получен кальцинированием смеси нитра, квасцов и голубой купорос. Он был снова описан Альбертом Великим в 13 веке и Рамоном Луллем, который приготовил его путем нагревания селитры и глины и назвал его «eau forte» (aqua fortis). 249>

В 17 веке Иоганн Рудольф Глаубер разработал способ получения азотной кислоты путем дистилляции нитрата калия с серной кислотой. В 1776 году Антуан Лавуазье процитировал работу Джозефа Пристли, чтобы указать, что он может быть преобразован из оксида азота (который он называет «азотистый воздух») «в сочетании с примерно равным объемом чистейшей части обычного воздуха и большого количества воды ». В 1785 Генри Кавендиш определил его точный состав и показал, что он может быть синтезирован путем пропускания потока электрических искр через влажный воздух. В 1806 году Хэмфри Дэви сообщил о результатах обширных экспериментов по электролизу дистиллированной воды, сделав вывод, что азотная кислота образуется на аноде из растворенного атмосферного азота. Он использовал высоковольтную батарею, а также инертные электроды и сосуды, такие как конусы золотых электродов, которые служили сосудами, перемытыми влажным асбестом.

Промышленное производство азотной кислоты из атмосферного воздуха началось в 1905 году с Процесс Биркеланда – Эйда, также известный как дуговый процесс. Этот процесс основан на окислении атмосферного азота кислородом воздуха до оксида азота с помощью очень высокотемпературной электрической дуги. Выход оксида азота составлял примерно 4–5% при 3000 ° C, а при более низких температурах - меньше. Оксид азота охлаждали и окисляли оставшимся атмосферным кислородом до диоксида азота, который впоследствии абсорбировали водой в серии абсорбционных колонн насадочной колонны или тарельчатой ​​колонны для получения разбавленной азотной кислоты. кислота. Первые башни барботировали диоксид азота через воду и инертные фрагменты кварца. Около 20% образовавшихся оксидов азота оставалось непрореагировавшим, поэтому последние колонны содержали раствор щелочи для нейтрализации остального. Этот процесс был очень энергоемким и был быстро вытеснен процессом Оствальда, как только стал доступен дешевый аммиак.

Еще один ранний метод производства был изобретен французским инженером Альбертом Нодоном около 1913 года. Его метод производил азотную кислоту путем электролиза нитрата кальция, превращенного бактериями из азотистых веществ в торфяных болотах. Глиняный горшок, окруженный известью, был погружен в торф и обшит просмоленными бревнами, чтобы образовался отсек для угольного анода, вокруг которого образуется азотная кислота. Азотную кислоту откачивали из стеклянной трубы, опущенной на дно котла. Пресная вода закачивалась в верхнюю часть через другую стеклянную трубу, чтобы заменить удаленную жидкость. Внутри был залит кокс. Чугунные катоды были погружены в окружающий их торф. Сопротивление составляло около 3 Ом на кубический метр, а подаваемое напряжение - около 10 вольт. Добыча с одного месторождения составляла 800 тонн в год.

После внедрения процесса Габера для эффективного производства аммиака в 1913 году производство азотной кислоты из аммиака с использованием процесса Оствальда обогнали производство по методу Биркеланда – Эйде. Этот метод производства используется до сих пор.

Примечания

Ссылки

Внешние ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-31 10:40:50
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте