Азотная кислота [HNO3]: структура Льюиса / свойства / применение

Что такое кислота

Кислота ­— это и есть что-то кислое, оно характеризуется кислым вкусом. Кислота содержится в уксусе – уксусная кислота, в лимоне – лимонная кислота, в молоке – молочная кислота, в желудке – соляная кислота и т.п. Но это всё так называемые слабые кислоты, помимо них существуют кислоты с большей концентрацией (серная, синильная кислоты и т.д. хотя этот учёный пробовал). Они гораздо опаснее для человека и пробовать их не рекомендуется никому. Они способны разъесть одежду, кожу, вызвать тяжёлый ожог на коже, разъесть бетон и другие вещества. Например, соляная кислота нам нужна для того, чтобы желудок быстрее переваривал пищу, а также для уничтожения большинства вредных бактерий, которые приходят вместе с пищей.

Как она производится?

Для производства HNO3 используются два метода. Первый использует окисление, конденсацию и абсорбцию для синтеза слабой HNO3 с концентрациями от 30 до 70 процентов. Второй метод производит сильную HNO3 (с концентрацией 90 процентов) из слабой HNO3 путем объединения процессов обезвоживания, отбеливания, конденсации и абсорбции.

Производство слабой азотной кислоты

Большая часть азотной кислоты образуется в результате высокотемпературного каталитического окисления аммиака. Это называется процессом Оствальда. Он состоит из трех этапов:

1) Окисление аммиака

4 NH 3 + 5 O 2 → 4 NO + 6 H 2 O

Смесь аммиака и воздуха (1:9) окисляется до высокой температуры (750-800 ℃) при прохождении через каталитический преобразователь. Катализатор обычно изготавливается из 90% платины и 10% родиевой сетки. Эта (экзотермическая) реакция приводит к образованию оксида азота и воды в виде пара.

2) Окисление оксида азота

2 NO + O2 → 2 NO2

Окись азота, образовавшаяся в предыдущей реакции, окисляется: она некаталитически реагирует с остаточным кислородом с образованием диоксида азота. Это медленная, однородная реакция, которая сильно зависит от давления и температуры. При высоком давлении и низких температурах эта реакция приводит к образованию максимального количества диоксида азота за очень короткое время.

3) Поглощение

3 NO+ H2O → 2 HNO3 + NO

В конечной реакции оксид азота поглощается водой. Это дает желаемый продукт (азотную кислоту в разбавленной форме) вместе с оксидом азота. Концентрация HNO 3 зависит от давления, температуры, количества стадий абсорбции, а также от концентрации оксидов азота, поступающих в абсорбер.

Концентрация вещества

Зачастую химикам приходится решать задачи на определение количества чистой кислоты, находящейся в растворе, в процентах. В таких случаях искомым значением является концентрация.

Это величина, позволяющая определять количественный состав жидкого химического вещества. К примеру, для того, чтобы узнать, сколько чистой серной кислоты находится в разбавленном растворе, необходимо небольшое количество смеси налить в мерный стакан, взвесить и определить искомое значение по таблице плотности. Указанная таблица используется при вычислениях, так как плотность неразрывно связана с концентрацией.

Водородный показатель

При проведении диссоциирующих реакций важно правильно определить уровень кислотности воды. Для его количественного выражения применяется величина pH, называющаяся силой, весом или потенциалом водорода. Она позволяет измерить активность ионов водорода. Если уровень pH превышает 7, то у вещества присутствуют кислотные свойства, если же этот показатель меньше 7, то свойства являются основными.

Способы определения

Результаты химических реакций, в которых участвует любое вещество, напрямую зависят от уровня его кислотности. А потому химики всегда измеряют этот показатель.

Существует несколько методов определения pH:

samaya-silnaya-organicheskaya-kislota.jpg

Уксусная кислота чуть слабее муравьиной, но спектр ее распространения гораздо шире. Она часто встречается в соках растений и образуется при окислении различной органики.

Последние разработки в области химии позволили синтезировать новое вещество, способное конкурировать с традиционными органическими веществами. Трифторметансульфокислота имеет показатель кислотности выше, чем у серной. При этом CF3SO3H является стабильной гигроскопичной жидкостью с установленными физико-химическими свойствами при нормальных условиях. На сегодня титул «Самая сильная органическая кислота» может быть присвоен этому соединению.

Многие могут подумать, что степень кислотности не может быть значительно выше показателя серной кислоты. Но в последнее время ученые синтезировали ряд веществ, у которых параметры кислотности в несколько тысяч раз превышают значения серной кислоты. Аномально высокими значениями кислотности обладают соединения, получаемые при взаимодействии протонных кислот с кислотами Льюиса. В научном мире они называются: комплексные протонные кислоты.

Номенклатура

См. также: Химическая номенклатура и Список кислот и ангидридов

Номенклатура неорганических кислот прошла долгий путь развития и складывалась постепенно. Наряду с систематическими названиями кислот широко применяются традиционные и тривиальные. Некоторые распространённые кислоты могут в различных источниках иметь разные названия: например, водный раствор HCl может именоваться соляной, хлороводородной, хлористоводородной кислотой.

Традиционные русские названия кислот образованы прибавлением к названию элемента морфем-ная или -овая (хлорная, серная, азотная, марганцовая). Для разных кислородсодержащих кислот, образованных одним элементом, используется -истая для более низкой степени окисления (сернистая, азотистая). В ряде случаев для промежуточных степеней окисления дополнительно используются морфемы -новатая и -новатистая (см. ниже названия кислородсодержащих кислот хлора).

Традиционные названия некоторых неорганических кислот и их солей приведены в таблице:

Формула кислоты Традиционное название Тривиальное название Название соли
H3AsO4 Мышьяковая Арсенаты
H3ВO3 Борная Бораты
Н2СО3(CO2•H2O) Угольная Карбонаты
НCN Циановодородная Синильная Цианиды
Н2CrO4 Хромовая Хроматы
НМnO4 Марганцовая Перманганаты
HNO3 Азотная Нитраты
HNO2 Азотистая Нитриты
Н3РО4 Ортофосфорная Фосфорная Ортофосфаты
H2SO4 Серная Сульфаты
Н2SiO3(SiO2•H2О) Метакремниевая Кремниевая Метасиликаты
H4SiO4(SiO2•2H2O) Ортокремниевая Ортосиликаты
H2S Сероводородная Сульфиды
HF Фтороводородная Плавиковая Фториды
НCl Хлороводородная Соляная Хлориды
НВr Бромоводородная Бромиды
HI Иодоводородная Иодиды

Для менее известных кислот, содержащих кислотообразующие элементы в переменных степенях окисления, обычно применяются систематические названия.

В систематических названиях кислот к корню латинского названия кислотообразующего элемента добавляют суффикс -ат, а названия остальных элементов или их групп в анионе приобретают соединительную гласную -о. В скобках указывают степень окисления кислотообразующего элемента, если она имеет целочисленное значение. В противном случае в название включают и число атомов водорода[5]. Например (в скобках традиционные названия):

HClO4 — тетраоксохлорат(VII) водорода (хлорная кислота)
HClO3 — триоксохлорат(V) водорода (хлорноватая кислота)
HClO2 — диоксохлорат(III) водорода (хлористая кислота)
HClO — оксохлорат(I) водорода (хлорноватистая кислота)
H2Cr2O7 — гептаоксодихромат(VI) диводорода (дихромовая кислота)
H2S4O6 — гексаоксотетрасульфат диводорода (тетратионовая кислота)
Н2В4О6 — гексаоксотетраборат диводорода (тетраметаборная кислота)
HAuCl4 — тетрахлороаурат(III) водорода (золотохлористоводородная кислота)
H[Sb(OH)6] — гексагидроксостибат(V) водорода

Ниже приведены корни латинских названий кислотообразующих элементов, не совпадающие с корнями русских названий тех же элементов: Ag — аргент(ат), As — арсен(ат), Аu — аур(ат), Cu — купр(ат), Fe — ферр(ат), Hg — меркур(ат), Pb — плюмб(ат), Sb — стиб(ат), Si — силик(ат), Sn — станн(ат), S — сульф(ат).

В формулах тиокислот, образованных из оксикислот замещением атомов кислорода на атомы серы, последние помещают в конце: H3PO3S — тиофосфорная кислота, H2SO3S — тиосерная кислота.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий