Как пишется азот в химии формула
Общая характеристика элементов Va группы
От N к Bi (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.
Основное и возбужденное состояние азота
Сравнивая возможности перемещения электронов у азота и фосфора, разница становится очевидна.
Природные соединения
Селитры являются распространенными азотными удобрениями, которые обеспечивают быстрый рост и развитие растений, повышают урожайность. Однако, следует строго соблюдать правила их применения, чтобы не превысить допустимые концентрации.
В промышленности азот получают путем сжижения воздуха. В дальнейшем путем испарения из сжиженного воздуха получают азот.
Применяют и метод мембранного разделения, при котором через специальный фильтр из сжатого воздуха удаляют кислород.
В лаборатории методы не столь экзотичны. Чаще всего получают азот разложением нитрита аммония
Также азот можно получить путем восстановления азотной кислоты активными металлами.
Молекула азота отличается большой прочностью из-за наличия тройной связи. Вследствие этого многие реакции эндотермичны: даже горение азота в кислороде сопровождается поглощением тепла, а не выделением, как обычно бывает при горении.
Без нагревания азот взаимодействует только с литием. При нагревании реагирует и с другими металлами.
Важное практическое значение имеет синтез аммиака, который применяется в дальнейшим при изготовлении удобрений, красителей, лекарств.
Аммиак
Бесцветный газ с резким едким запахом, раздражающим слизистые оболочки. Раствор концентрацией 10% аммиака применяется в медицинских целях, называется нашатырным спиртом.
В промышленности аммиак получают прямым взаимодействием азота и водорода.
В лабораторных условиях сильными щелочами действуют на соли аммония.
Аммиак проявляет основные свойства, окрашивает лакмусовую бумажку в синий цвет.
Как основание аммиак способен реагировать с кислотами с образованием солей.
NH3 + HCl → NH4Cl (хлорид аммония)
Горение аммиака без катализатора приводит к образованию азота в молекулярном виде. Окисление в присутствии катализатора сопровождается выделением NO.
Соли аммония
В воде ион аммония подвергается гидролизу с образованием нестойкого гидроксида аммония.
Получают N2O разложением нитрата аммония при нагревании:
Оксид азота I разлагается на азот и кислород:
В промышленных масштабах оксид азота II получают при каталитическом окислении аммиака.
При н.у. жидкость синего цвета, в газообразной форме бесцветен. Высокотоксичный, приводит к тяжелым ожогам кожи.
При охлаждении газов образуется оксид азота III.
Бурый газ, имеет острый запах. Ядовит.
В лабораторных условиях данный оксид получают в ходе реакции меди с концентрированной азотной кислотой. Также NO2 выделяется при разложении нитратов.
Проявляет высокую химическую активность, кислотный оксид.
Как окислитель NO2 ведет себя в реакциях с фосфором, углеродом и серой, которые сгорают в нем.
Если растворение в воде оксида проводить в избытке кислорода, образуется азотная кислота.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Азот, свойства атома, химические и физические свойства
Азот, свойства атома, химические и физические свойства.
14,00643-14,00728* 1s 2 2s 2 2p 3
Азот — элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 7. Расположен в 15-й группе (по старой классификации — главной подгруппе пятой группы), втором периоде периодической системы.
Атом и молекула азота. Формула азота. Строение азота:
Азот (фр. azote, по наиболее распространённой версии, от др.-греч. ἄζωτος – «безжизненный») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением N и атомным номером 7. Расположен в 15-й группе (по старой классификации — главной подгруппе пятой группы), втором периоде периодической системы.
Азот самый лёгкий элемент периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева из группы пниктогенов.
Азот – химически весьма инертный неметалл.
Азот обозначается символом N.
Как простое вещество азот (химическая формула N2) при нормальных условиях представляет собой двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха. В жидком состоянии азот – бесцветная, подвижная, как вода, жидкость, а в твёрдом – представляет собой белоснежные кристаллы или снегоподобную массу.
Молекула азота двухатомна.
Химическая формула азота N2.
Строение атома азота. Атом азота состоит из положительно заряженного ядра (+7), вокруг которого по атомным оболочкам движутся семь электронов. При этом 2 электрона находятся на внутреннем уровне, а 5 электронов – на внешнем. Поскольку азот расположен во втором периоде, оболочки всего две. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внешняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. Два спаренных электрона находится на 1s-орбитали, вторая пара электронов – на 2s-орбитали. На 2р-орбитали находятся три неспаренных электрона. В свою очередь ядро атома азота состоит из семи протонов и семи нейтронов. Азот относится к элементам p-семейства.
Радиус атома азота (вычисленный) составляет 56 пм.
Атомная масса атома азота составляет 14,00643-14,00728 а. е. м.
Азот – один из самых распространённых элементов на Земле. Азот – основной компонент воздуха. Он занимает 78, 084 % его объёма и 75,5 % по массе.
Молекула азота крайне прочна. Атомы азота связаны прочными тройными связями. Даже при высокой температуре молекула азота N2 слабо диссоциирует на атомарный азот. При 3000 °C на атомарный азот диссоциирует 0,1 % молекулярного азота, при 5000 °C – несколько процентов. Переход в атомарное состояние вызывается также полем высокочастотного электрического разряда при сильном разрежении газообразного азота или под действием солнечного излучения в высоких слоях атмосферы.
Атомарный азот намного активнее молекулярного.
Изотопы и модификации азота:
Свойства азота (таблица): температура, плотность, давление и пр.:
| 100 | Общие сведения | |
| 101 | Название | Азот |
| 102 | Прежнее название | |
| 103 | Латинское название | Nitrogenium |
| 104 | Английское название | Nitrogen |
| 105 | Символ | N |
| 106 | Атомный номер (номер в таблице) | 7 |
| 107 | Тип | Неметалл |
| 108 | Группа | Пниктоген |
| 109 | Открыт | Даниэль Резерфорд, Великобритания, 1772 г. |
| 110 | Год открытия | 1772 г. |
| 111 | Внешний вид и пр. | Газ без цвета, запаха и вкуса |
| 112 | Происхождение | Природный материал |
| 113 | Модификации | |
| 114 | Аллотропные модификации | 4 аллотропные модификации: – α-азот с простой кубической кристаллической решёткой, – β-азот с гексагональной плотноупакованной кристаллической решёткой, – «чёрный» азот |
| 115 | Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга | |
| 116 | Конденсат Бозе-Эйнштейна | |
| 117 | Двумерные материалы | |
| 118 | Содержание в атмосфере и воздухе (по массе) | 75,5 % |
| 119 | Содержание в земной коре (по массе) | 0,002 % |
| 120 | Содержание в морях и океанах (по массе) | 0,00005 % |
| 121 | Содержание во Вселенной и космосе (по массе) | 0,1 % |
| 122 | Содержание в Солнце (по массе) | 0,1 % |
| 123 | Содержание в метеоритах (по массе) | 0,14 % |
| 124 | Содержание в организме человека (по массе) | 2,6 % |
| 200 | Свойства атома | |
| 201 | Атомная масса (молярная масса)* | 14,00643-14,00728 а. е. м. (г/моль) |
| 202 | Электронная конфигурация | 1s 2 2s 2 2p 3 |
| 203 | Электронная оболочка | K2 L5 M0 N0 O0 P0 Q0 R0
|
| 204 | Радиус атома (вычисленный) | 56 пм |
| 205 | Эмпирический радиус атома* | 65 пм |
| 206 | Ковалентный радиус* | 71 пм |
| 207 | Радиус иона (кристаллический) | N 3- 0,026 Вт/(м·К) (при 300 K) |
| 500 | Кристаллическая решётка | |
| 511 | Кристаллическая решётка #1 | α-азот |
| 512 | Структура решётки | Простая кубическая
|
| 513 | Параметры решётки | 5,661 Å |
| 514 | Отношение c/a | |
| 515 | Температура Дебая | |
| 516 | Название пространственной группы симметрии | Pa3 или P213 |
| 517 | Номер пространственной группы симметрии | |
| 521 | Кристаллическая решётка #2 | β-азот |
| 522 | Структура решётки | Гексагональная плотноупакованная
|
| 523 | Параметры решётки | a = 3,93 Å, c = 6,50 Å |
| 524 | Отношение c/a | 1,653 |
| 525 | Температура Дебая | |
| 526 | Название пространственной группы симметрии | P63/mmc |
| 527 | Номер пространственной группы симметрии | 194 |
| 900 | Дополнительные сведения | |
| 901 | Номер CAS | 7727-37-9 |
201* Указан диапазон значений атомной массы в связи с различной распространённостью изотопов данного элемента в природе.
205* Эмпирический радиус атома азота согласно [3] составляет 92 пм.
206* Ковалентный радиус азота согласно [1] и [3] составляет 71±1 пм и 75 пм соответственно.
407* Удельная теплота плавления (энтальпия плавления ΔHпл) азота согласно [4] составляет 0,721 кДж/моль.
408* Удельная теплота испарения (энтальпия кипения ΔHкип) азота согласно [3] и [4] составляет 5,57 кДж/моль и 5,59 кДж/моль соответственно.
410* Молярная теплоемкость азота согласно [3] составляет 29,125 Дж/(K·моль).
Азот. Химия азота и его соединений
Положение в периодической системе химических элементов
Азот расположен в главной подгруппе V группы (или в 15 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение азота
Электронная конфигурация азота в основном состоянии :
Атом азота содержит на внешнем энергетическом уровне 3 неспаренных электрона и одну неподеленную электронную пару в основном энергетическом состоянии. Следовательно, атом азота может образовать 3 связи по обменному механизму и 1 связь по донорно-акцепторному механизму. Таким образом, максимальная валентность азота в соединениях равна IV. Также характерная валентность азота в соединениях — III.
Физические свойства и нахождение в природе
Азот в природе существует в виде простого вещества газа N2. Нет цвета, запаха и вкуса. Молекула N2 неполярная, следовательно, в воде азот практически нерастворим.
Азот – это основной компонент воздуха (79% по массе). В земной коре азот встречается в основном в виде нитратов. Входит в состав белков, аминокислот и нуклеиновых кислот в живых организмах.
Строение молекулы
Связь между атомами в молекуле азота – тройная, т.к. у каждого атома в молекуле по 3 неспаренных электрона. Одна σ-связь (сигма-связь) и две — π-связи.
Структурная формула молекулы азота:
Структурно-графическая формула молекулы азота: N≡N.
Схема перекрывания электронных облаков при образовании молекулы азота:
Соединения азота
Типичные соединения азота:
| Степень окисления | Типичные соединения |
| +5 | оксид азота (V) N2O5 азотная кислота HNO3 нитраты MeNO3 |
| +4 | оксид азота (IV) NO2 |
| +3 | оксид азота (III) нитриты MeNO2 |
| +2 | оксид азота (II) NO |
| +1 | оксид азота (I) |
| -3 | аммиак NH3 нитриды металлов MeN бинарные соединения азота с неметаллами |
Способы получения азота
1. Азот в лаборатории получают при взаимодействии насыщенных растворов хлорида аммония и нитрита натрия. Образующийся в результате реакции обмена нитрит аммония легко разлагается с образованием азота и воды. В колбу наливают раствор хлорида аммония, а капельную воронку раствор нитрита натрия. При приливании нитрита натрия в колбу начинается выделение азота. Собирают выделяющийся азот в цилиндр. Горящая лучинка в атмосфере азота гаснет.
Суммарное уравнение процесса:
Видеоопыт взаимодействия нитрита натрия с хлоридом аммония можно посмотреть здесь.
Азот также образуется при горении аммиака:
2. Наиболее чистый азот получают разложением азидов щелочных металлов.
3. Еще один лабораторный способ получения азота — восстановление оксида меди (II) аммиаком при температуре
3CuO + 2NH3 → 3Cu + N2 + 3H2O
В промышленности азот получают, буквально, из воздуха. При промышленном производстве очень важно, чтобы сырье было дешевым и доступным. Воздуха много и он пока бесплатный.
Используются различные способы выделения азота из воздуха — адсорбционная технология, мембранная и криогенная технологии.
Адсорбционные методы разделения воздуха на компоненты основаны на разделения газовых сред в азотных установках лежит явление связывания твёрдым веществом, называемым адсорбентом, отдельных компонентов газовой смеси.
Основным принципом работы мембранных систем является разница в скорости проникновения компонентов газа через вещество мембраны. Движущей силой разделения газов является разница парциальных давлений на различных сторонах мембраны.
В основе работы криогенных установок разделения воздуха лежит метод разделения газовых смеси, основанный на разности температур кипения компонентов воздуха и различии составов находящихся в равновесии жидких и паровых смесей.
Химические свойства азота
При нормальных условиях азот химически малоактивен.
1.1. Молекулярный азот при обычных условиях с кислородом не реагирует. Реагирует с кислородом только при высокой температуре (2000 о С), на электрической дуге (в природе – во время грозы) :
Процесс эндотермический, т.е. протекает с поглощением теплоты.
2С + N2 → N≡C–C≡N
1.3. Азот взаимодействует с водородом при высоком давлении и высокой температуре, в присутствии катализатора. При этом образуется аммиак:
Этот процесс экзотермический, т.е. протекает с выделением теплоты.
1.4. Азот реагирует с активными металлами : с литием при комнатной температуре, кальцием, натрием и магнием при нагревании. При этом образуются бинарные соединения-нитриды.
2. Со сложными веществами азот практически не реагирует из-за крайне низкой реакционной способности.
Взаимодействие возможно только в жестких условиях с активными веществами, например, сильными восстановителями.
Аммиак
Строение молекулы и физические свойства
В молекуле аммиака NH3 атом азота соединен тремя одинарными ковалентными полярными связями с атомами водорода:
Геометрическая форма молекулы аммиака — правильная треугольная пирамида. Валентный угол H-N-H составляет 107,3 о :
Аммиак – бесцветный газ с резким характерным запахом. Ядовит. Весит меньше воздуха. Связь N-H — сильно полярная, поэтому между молекулами аммиака в жидкой фазе возникают водородные связи. При этом аммиак очень хорошо растворим в воде, т.к. молекулы аммиака образуют водородные связи с молекулами воды.
Способы получения аммиака
В лаборатории аммиак получают при взаимодействии солей аммония с щелочами. Поск
ольку аммиак очень хорошо растворим в воде, для получения чистого аммиака используют твердые вещества.
Тщательно растирают ступкой смесь соли и основания и нагревают смесь. Выделяющийся газ собирают в пробирку (аммиак — легкий газ и пробирку нужно перевернуть вверх дном). Влажная лакмусовая бумажка синеет в присутствии аммиака.
Видеоопыт получения аммиака из хлорида аммония и гидроксида кальция можно посмотреть здесь.
Еще один лабораторный способ получения аммиака – гидролиз нитридов.
В промышленности аммиак получают с помощью процесса Габера: прямым синтезом из водорода и азота.
Процесс проводят при температуре 500-550 о С и в присутствии катализатора. Для синтеза аммиака применяют давления 15-30 МПа. В качестве катализатора используют губчатое железо с добавками оксидов алюминия, калия, кальция, кремния. Для полного использования исходных веществ применяют метод циркуляции непровзаимодействовавших реагентов: не вступившие в реакцию азот и водород вновь возвращают в реактор.
Более подробно про технологию производства аммиака можно прочитать здесь.
Химические свойства аммиака
1. В водном растворе аммиак проявляет основные свойства (за счет неподеленной электронной пары). Принимая протон (ион H + ), он превращается в ион аммония. Реакция может протекать и в водном растворе, и в газовой фазе:
Видеоопыт растворения аммиака в воде можно посмотреть здесь.
2. Как основание, аммиак взаимодействует с кислотами в растворе и в газовой фазе с образованием солей аммония.
Еще один пример : аммиак взаимодействует с водным раствором углекислого газа с образованием карбонатов или гидрокарбонатов аммония:
Видеоопыт взаимодействия аммиака с концентрированными кислотами – азотной, серной и и соляной можно посмотреть здесь.
В газовой фазе аммиак реагирует с летучим хлороводородом. При этом образуется густой белый дым – это выделяется хлорид аммония.
NH3 + HCl → NH4Cl
Видеоопыт взаимодействия аммиака с хлороводородом в газовой фазе (дым без огня) можно посмотреть здесь.
4. Соли и гидроксиды меди, никеля, серебра растворяются в избытке аммиака, образуя комплексные соединения – амминокомплексы.
Гидроксид меди (II) растворяется в избытке аммиака:
Если реакцию проводить в присутствии катализатора (Pt), то азот окисляется до NO:
Также возможно образование Na2NH, Na3N.
При взаимодействии аммиака с алюминием образуется нитрид алюминия:
2NH3 + 2Al → 2AlN + 3H2
Пероксид водорода также окисляет аммиак до азота:
2NH3 + 3CuO → 3Cu + N2 + 3H2O
Соли аммония
Способы получения солей аммония
2. Соли аммония также получают в обменных реакциях между солями аммония и другими солями.
Химические свойства солей аммония
NH4Cl ⇄ NH4 + + Cl –
Соли аммония реагируют с щелочами с образованием аммиака.
NH4Cl + KOH → KCl + NH3 + H2O
Взаимодействие с щелочами — качественная реакция на ионы аммония. Выделяющийся аммиак можно обнаружить по характерному резкому запаху и посинению лакмусовой бумажки.
Если соль содержит анион-окислитель, то разложение сопровождается изменением степени окисления атома азота иона аммония. Так протекает разложение нитрата, нитрита и дихромата аммония:
При температуре 250 – 300°C:
При температуре выше 300°C:
Разложение бихромата аммония («вулканчик»). Оранжевые кристаллы дихромата аммония под действием горящей лучинки бурно реагируют. Дихромат аммония – особенная соль, в ее составе – окислитель и восстановитель. Поэтому «внутри» этой соли может пройти окислительно-восстановительная реакция (внутримолекулярная ОВР):
Окислитель – хром (VI) превращается в хром (III), образуется зеленый оксид хрома. Восстановитель – азот, входящий в состав иона аммония, превращается в газообразный азот. Итак, дихромат аммония превращается в зеленый оксид хрома, газообразный азот и воду. Реакция начинается от горящей лучинки, но не прекращается, если лучинку убрать, а становится еще интенсивней, так как в процессе реакции выделяется теплота, и, начавшись от лучинки, процесс лавинообразно развивается. Оксид хрома (III) – очень твердое, тугоплавкое вещество зеленого цвета, его используют как абразив. Температура плавления – почти 2300 градусов. Оксид хрома – очень устойчивое вещество, не растворяется даже в кислотах. Благодаря устойчивости и интенсивной окраске окись хрома используется при изготовлении масляных красок.
Видеоопыт разложения дихромата аммония можно посмотреть здесь.
Оксиды азота
| Оксиды азота | Цвет | Фаза | Характер оксида |
| N2O Оксид азота (I), закись азота, «веселящий газ» | бесцветный | газ | несолеобразующий |
| NO Оксид азота (II), закись азота, «веселящий газ» | бесцветный | газ | несолеобразующий |
| N2O3 Оксид азота (III), азотистый ангидрид | синий | жидкость | кислотный |
| NO2 Оксид азота (IV), диоксид азота, «лисий хвост» | бурый | газ | кислотный (соответствуют две кислоты) |
| N2O5 Оксид азота (V), азотный ангидрид | бесцветный | твердый | кислотный |
Оксид азота (I)
Строение молекулы оксида азота (I) нельзя описать методом валентных связей. Так как оксид азота (I) состоит из двух, так называемых резонансных структур, которые переходят одна в другую:
Общую формулу в таком случае можно задать, обозначая изменяющиеся связи в резонансных структурах пунктиром:
Получить оксид азота (I) в лаборатории можно разложением нитрата аммония:
Химические свойства оксида азота (I):
N2O + Mg → N2 + MgO
Еще пример : оксид азота (I) окисляет углерод и фосфор при нагревании:
2. При взаимодействии с сильными окислителями N2O может проявлять свойства восстановителя.
Оксид азота (II)
Оксид азота (II) – это несолеобразующий оксид. В нормальных условиях это бесцветный ядовитый газ, плохо растворимый в воде. На воздухе коричневеет из-за окисления до диоксида азота. Сжижается с трудом; в жидком и твёрдом виде имеет голубой цвет.
Способы получения.
1. В лаборатории оксид азота (II) получают действием разбавленной азотной кислоты (30%) на неактивные металлы.
Также NO можно получить при окислении хлорида железа (II) или иодоводорода азотной кислотой:
3FeCl2 + NaNO3 + 4HCl → 3FeCl3 + NaCl + NO + 2H2O
2HNO3 + 6HI → 2NO + I2 + 4H2O
2. В природе оксид азота (II) образуется из азота и кислорода под действием электрического разряда, например, во время грозы:
3. В промышленности оксид азота (II) получают каталитическим окислением аммиака :
Химические свойства.
Оксид азота (II) легко окисляется под действием хлора или озона:
2NO + Cl2 → 2NOCl
Оксид азота (III)
Способы получения: м ожно получить при низкой температуре из оксидов азота:
Химические свойства:
1. Оксид азота (III) взаимодействует с водой с образованием азотистой кислоты:
2. Оксид азота (III) взаимодействует с основаниями и основными оксидами :
Оксид азота (IV)
Оксид азота (IV) — бурый газ. Очень ядовит! Для NO2 характерна высокая химическая активность.
Способы получения.
1. Оксид азота (IV) образуется при окислении оксида азота (I) и оксида азота (II) кислородом или озоном:
2. Оксид азота (IV) образуется при действии концентрированной азотной кислоты на неактивные металлы.
3. Оксид азота (IV) образуется также при разложении нитратов металлов, которые в ряду электрохимической активности расположены правее магния (включая магний) и при разложении нитрата лития.
Химические свойства.
1. Оксид азота (IV) реагирует с водой с образованием двух кислот — азотной и азотистой:
Поскольку азотистая кислота неустойчива, то при растворении NO2 в теплой воде образуются HNO3 и NO:
2. При растворении оксида азота (IV) в щелочах образуются нитраты и нитриты:
В присутствии кислорода образуются только нитраты:
4. Оксид азота (IV) димеризуется :
Оксид азота (V)
N2O5 – оксид азота (V), ангидрид азотной кислоты – кислотный оксид.
Получение оксида азота (V).
1. Получить оксид азота (V) можно окислением диоксида азота :
2. Еще один способ получения оксида азота (V) – обезвоживание азотной кислоты сильным водоотнимающим веществом, оксидом фосфора (V) :
Химические свойства оксида азота (V).
1. При растворении в воде оксид азота (V) образует азотную кислоту:
2. Оксид азота (V), как типичный кислотный оксид, взаимодействует с основаниями и основными оксидами с образованием солей-нитратов.
Еще пример : оксид азота (V) реагирует с оксидом кальция:
4. Оксид азота (V) легко разлагается при нагревании (со взрывом):
Азотная кислота
Строение молекулы и физические свойства
Азотная кислота HNO3 – это сильная одноосновная кислота-гидроксид. При обычных условиях бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C ( при нормальном атмосферном давлении). Азотная кислота смешивается с водой во всех соотношениях. На свету частично разлагается.
Валентность азота в азотной кислоте равна IV, так как валентность V у азота отсутствует. При этом степень окисления атома азота равна +5. Так происходит потому, что атом азота образует 3 обменные связи и одну донорно-акцепторную, является донором электронной пары.
Поэтому строение молекулы азотной кислоты можно описать резонансными структурами:
Обозначим дополнительные связи между азотом и кислородом пунктиром. Этот пунктир по сути обозначает делокализованные электроны. Получается формула:
Способы получения
В лаборатории азотную кислоту можно получить разными способами:
1. Азотная кислота образуется при действии концентрированной серной кислоты на твердые нитраты металлов. При этом менее летучая серная кислота вытесняет более летучую азотную.
1 стадия. Каталитическое окисление аммиака.
2 стадия. Окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) кислородом воздуха.
3 стадия. Поглощение оксида азота (IV) водой в присутствии избытка кислорода.
Химические свойства
1. Азотная кислота практически полностью диссоциирует в водном растворе.
Еще пример : азотная кислота реагирует с гидроксидом натрия:
3. Азотная кислота вытесняет более слабые кислоты из их солей (карбонатов, сульфидов, сульфитов).
4. Азотная кислота частично разлагается при кипении или под действием света:
металл + HNO3 → нитрат металла + вода + газ (или соль аммония)
С алюминием, хромом и железом на холоду концентрированная HNO3 не реагирует – кислота «пассивирует» металлы, т.к. на их поверхности образуется пленка оксидов, непроницаемая для концентрированной азотной кислоты. При нагревании реакция идет. При этом азот восстанавливается до степени окисления +4:
Золото и платина не реагируют с азотной кислотой, но растворяются в «царской водке» – смеси концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1 : 3 (по объему):
HNO3 + 3HCl + Au → AuCl3 + NO + 2H2O
Концентрированная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (IV), азот восстанавливается минимально:
С активными металлами (щелочными и щелочноземельными) концентрированная азотная кислота реагирует с образованием оксида азота (I):
Разбавленная азотная кислота взаимодействует с неактивными металлами и металлами средней активности (в ряду электрохимической активности после алюминия). При этом образуется оксид азота (II).
С активными металлами (щелочными и щелочноземельными), а также оловом и железом разбавленная азотная кислота реагирует с образованием молекулярного азота:
При взаимодействии кальция и магния с азотной кислотой любой концентрации (кроме очень разбавленной) образуется оксид азота (I):
Очень разбавленная азотная кислота реагирует с металлами с образованием нитрата аммония:
| Азотная кислота | ||||
| Концентрированная | Разбавленная | |||
| с Fe, Al, Cr | с неактивными металлами и металлами средней активности (после Al) | с щелочными и щелочноземельными металлами | с неактивными металлами и металлами средней активности (после Al) | с металлами до Al в ряду активности, Sn, Fe |
| пассивация при низкой Т | образуется NO2 | образуется N2O | образуется NO | образуется N2 |
6. Азотная кислота окисляет и неметаллы (кроме кислорода, водорода, хлора, фтора и некоторых других). При взаимодействии с неметаллами HNO3 обычно восстанавливается до NO или NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот, либо оксидов (если кислота неустойчива).
Видеоопыт взаимодействия фосфора с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.
Видеоопыт взаимодействия угля с безводной азотной кислотой можно посмотреть здесь.
7. Концентрированная а зотная кислота окисляет сложные вещества (в которых есть элементы в отрицательной, либо промежуточной степени окисления): сульфиды металлов, сероводород, фосфиды, йодиды, соединения железа (II) и др. При этом азот восстанавливается до NO2, неметаллы окисляются до соответствующих кислот (или оксидов), а металлы окисляются до устойчивых степеней окисления.
Еще пример : азотная кислота окисляет йодоводород:
Азотная кислота окисляет углерод до углекислого газа, т.к. угольная кислота неустойчива.
3С + 4HNO3 → 3СО2 + 4NO + 2H2O
При нагревании до серной кислоты:
Соединения железа (II) азотная кислота окисляет до соединений железа (III):
8. Азотная кислота окрашивает белки в оранжево-желтый цвет («ксантопротеиновая реакция»).
Ксантопротеиновую реакцию проводят для обнаружения белков, содержащих в своем составе ароматические аминокислоты. К раствору белка прибавляем концентрированную азотную кислоту. Белок свертывается. При нагревании белок желтеет. При добавлении избытка аммиака окраска переходит в оранжевую.
Видеоопыт обнаружения белков с помощью азотной кислоты можно посмотреть здесь.
Азотистая кислота
Азотистая кислота HNO2 — слабая, одноосновная, химически неустойчивая кислота.
Получение азотистой кислоты.
Азотистую кислоту легко получить вытеснением из нитритов более сильной кислотой.
AgNO2 + HCl → HNO2 + AgCl
Химические свойства.
1. Азотистая кислота HNO 2 существует только в разбавленных растворах, при нагревании она разлагается :
без нагревания азотистая кислота также разлагается :
2HNO2 + 2HI → 2NO + I2 + 2H2O
Азотистая кислота также окисляет иодиды в кислой среде:
Азотистая кислота окисляет соединения железа (II):
Кислород и пероксид водорода также окисляют азотистую кислоту:
Соединения марганца (VII) окисляют HNO2:
Соли азотной кислоты — нитраты
Нитраты металлов — это твердые кристаллические вещества. Большинство очень хорошо растворимы в воде.
Видеоопыт разложения нитрата калия можно посмотреть здесь.
Исключения:
Нитрит железа (II) разлагается до оксида железа (III):
Нитрат марганца (II) разлагается до оксида марганца (IV):
Соли азотистой кислоты — нитриты
Соли азотистой кислоты устойчивее самой кислоты, и все они ядовиты. Поскольку степень окисления азота в нитритах равна +3, то они проявляют как окислительные свойства, так и восстановительные.
Кислород, галогены и пероксид водорода окисляют нитриты до нитратов:
При окислении йодидов или соединений железа (II) нитриты восстанавливаются до оксида азота (II):
При взаимодействии с очень сильными восстановителями ( алюминий или цинк в щелочной среде) нитриты восстанавливаются максимально – до аммиака: