49) Кислородсодержащие соединения азота. Оксиды азота. Физиологическое действие. Азотистая кислота и ее соли. Физиологическое действие.

Оксиды азота

Азот образует несколько оксидов, степень окисления в которых изменяется от «+1» до «+5».

Оксид азота (I) – N2O — представляет собой газ без цвета с приятным сладковатым запахом и вкусом.

Из-за своего опьяняющего действия получил название «веселящий газ». Хорошо растворим в воде. Оксид азота (I) является несолеобразующим оксидом, т.е он не реагирует с водой, кислотами и щелочами. Его получают разложением нитрата аммония:

NH4NO3 = N2O + O2

При 700°С оксид азота (I) разлагается с выделением азота и кислорода:

N2O = N2 + O2

Оксид азота (II) — NO – газ без цвета, плохо растворимый в воде.

В жидком и твердом состоянии имеет голубой цвет. Оксид азота (II) является несолеобразующим оксидом, т.е он не реагирует с водой, кислотами и щелочами. Выделяют промышленные и лабораторные способы получения NO. Так, в промышленности его получают окислением аммиака в присутствии катализаторов, а в лаборатории – действием 30%-ной азотной кислоты на медь:

3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ +4H2O

Поскольку в NO азот проявляет степень окисления «+2», т.е. способен понизить и повысить её, для этого оксида азота характерны свойства и восстановителя (1), и окислителя (2):

2NO + O2 = 2NO2 (1)

2NO + 2SO2 = 2SO3 + N2 (2)

Оксид азота (III) – N2O3 – представляет собой жидкость синего цвета при н.у. и бесцветный газ при стандартных условиях.

Устойчив только при температурах, ниже -4 °С, без примесей N2O и NO существует только в твердом виде.

Оксид азота (IV) – NO2 – газ бурого цвета с характерным запахом, очень ядовит.

U Выделяют промышленные и лабораторные способы получения NO2. Так, в промышленности его получают окислением NO, а в лаборатории – действием концентрированной азотной кислоты на медь:

Cu +4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 +2H2O

При взаимодействии с водой диспропорционирует на азотистую и азотную кислоты, если эта реакция протекает при нагревании, то образуются азотная кислота и оксид азота (II), а, если реакция протекает в присутствии кислорода – азотная кислота :

2NO2 + H2O = HNO2 + HNO3

3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO

4NO2 +H2O + O2 = 4HNO3

Оксид азота (V) – N2O5 – бесцветные очень летучие кристаллы.

Их получают обезвоживанием азотной кислоты оксидом фосфора:

2HNO3 + P2O5 = 2HPO3 + N2O5

При взаимодействии N2O5 c водой образуется азотная кислота:

N2O5 + H2O = 2HNO3.

Оксид азота выполняет следующие физиологические функции:

· запуск релаксации и расширения кровеносных сосудов;

· инициация образования кровеносных сосудов, или ангиогенез;

· сокращение скелетных мышц и миокарда;

· повышение стрессоустойчивости путем ограничения выброса гормонов, вызывающих стресс;

· передача нейронных сигналов центральной и периферической нервной системой;

· синтез АТФ в митохондриях;

· функционирование митохондрий как кальций-депонирующей структуры;

· активация процесса гликолиза;

· поглощение глюкозы и жирных кислот скелетными мышцами;

· активация синтеза белков на генетическом уровне, в том числе цитоскелетных и сократительных;

· подавление агрегации и адгезии тромбоцитов;

· активация функции пищеварительного тракта;

· модуляция процессов сращивания переломов костей;

· функции репродуктивных органов мужчин и женщин;

· цитостатические и цитотоксические эффекты макрофагов, так как клетки-киллеры используют NO для уничтожения бактерий и опухолей;

· улучшение заживления ран;

· формирование питьевого и пищевого поведения, поскольку регулирует кровоток и обмен солей в почках и пищеварительной системе.

Азотистая кислота HNO2 — слабая одноосновная кислота, существует только в разбавленных водных растворах, окрашенных в слабый голубой цвет, и в газовой фазе. Кислота весьма токсична (в больших концентрациях). Соли азотистой кислоты называются нитритами или азотистокислыми. Нитриты гораздо более устойчивы, чем HNO2, многие из них - токсичны.

Азотистую кислоту можно получить при растворении оксида азота (III) N2O3 в воде:

N2O3 + H2O ↔ 2HNO2.

Также она получается при растворении в воде оксида азота (IV) NO2:

2NO2 + H2O ↔ HNO3+HNO2.

При нагревании раствора азотистая кислота распадается с выделением NO и NO2: 3HNO2 ↔ HNO3 + 2NO↑ + H2O.

Соли азотистой кислоты

В отличие от самой азотистой кислоты, ее соли - нитриты - устойчивы. Представляют собой кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде (труднее других - AgNО2). Наибольшее практическое значение имеют нитриты щелочных металлов - NaNО2 и KNО2. Нитриты токсичны.

Получение

1) Пропускание эквимолярной смеси оксидов азота (II) и (IV) в раствор щелочи:

NO + NО2 + 2NaOH = 2NaNО2 + Н2O

2) Обменные реакции между NaNО2 и солями металлов:

NaNО2 + AgNО3 = AgNО2↓ + NaNО3

3) Разложение нитратов щелочных и щелочноземельных Me:

2KNО3= 2KNО2 + О2↑

Хим свойства

1) Как и HNО2, нитриты обладают окислительно-восстановительной двойственностью:

KNО2 - восстановитель: KNО2 + Н2О2 = KNО3 + Н2O

KNО2 - окислитель: 2KNО2 + 2KI + 2H2SO4 = 2NO + I2 + 2K2SO4 + 2Н2O

2) Нитрит аммония разлагается при нагревании: NH4NО2 = N2↑ + 2Н2O

Физиологическое действие азотистой кислоты.

Азотистая кислота является токсичной и обладает ярко выраженным мутагенным действием, так как является деаминирующим агентом.

50) Азотная кислота и ее соли. Физические и химические свойства концентрированной и разбавленной азотной кислоты. Царская водка. Промышленные способы получения азотной кислоты и ее применение. Нитраты. Азотные удобрения.

Азотная кислота HNO3 – это сильная одноосновная кислота-гидроксид. При обычных условиях бесцветная, дымящая на воздухе жидкость.

Химические свойства азотной кислот

HNO3 является одной из самых сильных кислот - в водных растворах полностью диссоциирует на катионы водорода и нитрат-ионы:

HNO3 ↔ H++NO3-

Азотная кислота вступает в реакции:

с оксидами металлов:

MgO+2H+NO3 = Mg2+(NO3)2+H2O

с основаниями:

Mg(OH)2+2H+NO3 = Mg2+(NO3)2+2H2O

с солями более слабых кислот:

Na2CO32-+2H+NO3 = 2NaNO3+CO2↑+H2O

Следует обратить внимание, что азотная кислота в обменных реакциях может взаимодействовать далеко не со всеми солями, а лишь только с теми, при реагировании с которыми образуются нерастворимые, слабодиссоциирующие и газообразные вещества, которые, по мере их образования, более не участвуют в реакции обмена. В обменных реакциях солями, при взаимодействии с которыми образуются растворимые в воде соли азотной кислоты, азотная кислота не участвует.

В окислительно-восстановительных реакциях азотная кислота выступает в роли сильного окислителя. Высокие окислительные свойства HNO3 объясняются тем, что в молекуле азотной кислоты атом азота в составе кислотного остатка NO3- имеет максимально возможную степень окисления +5.

Азотная кислота активно взаимодействует с металлами. При этом никогда не выделяется водород!

Царская водка — смесь концентрированных азотной HNO3 (65—68 %) и соляной HCl (32—35 % ) кислот, взятых в соотношении 1:3 по объёму. Жидкость жёлто-оранжевого цвета с сильным запахом хлора и диоксида азота. Только что приготовленная царская водка бесцветна, однако быстро приобретает оранжевый цвет.

Смесь готовят непосредственно перед её применением: при хранении она разлагается с образованием газообразных продуктов.

Эффективность царской водки как окислителя в значительной степени связана с уменьшением потенциала окисления металлов вследствие образования хлоридных комплексных соединений. Комплексообразование в сильнокислой окислительной среде делает возможным растворение уже при комнатной температуре даже таких малоактивных металлов, как золото, платина и палладий:

Au+HNO₃+3HCl=AuCl₃+NO+2H₂O

В промышленности азотную кислоту получают из аммиака. Процесс осуществляется постадийно.

1 стадия. Каталитическое окисление аммиака.

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

2 стадия. Окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) кислородом воздуха.

2NO + O2 → 2NO2

3 стадия. Поглощение оксида азота (IV) водой в присутствии избытка кислорода.

4NO2 + 2H2O + O2 → 4HNO3

Применение азотной кислоты

Кислота азотная применяется в производство азотных и комбинированных удобрений, взрывчатых веществ, органических красителей.

В металлургии азотная кислота применяется для растворения и травления металлов, а также для разделения золота и серебра. Также азотную кислоту применяют в химической промышленности, в производстве взрывчатых веществ, в производстве полупродуктов для получения синтетических красителей и других химикатов.

Широко используется кислота азотная в молочной, электротехнической промышленности.

Нитраты (селитры)

Азотная кислота – одноосновная, образует один ряд солей – нитраты состава:

Me(NO3)n и NH4NO3

Нитраты калия, натрия, кальция и аммония называют селитрами.

Получение нитратов

Нитраты образуются при взаимодействии:

1) Металл + Азотная кислота

Cu + 4HNO3(k) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

2) Основный оксид + Азотная кислота

CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O

3) Основание + Азотная кислота

HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2О

4) Аммиак + Азотная кислота

NH3 + HNO3 = NH4NO31.

Азотные удобрения — неорганические и органические вещества, содержащие азот, которые вносят в почву для повышения урожайности. К минеральным азотным удобрениям относят амидные, аммиачные и нитратные. Азотные удобрения получают главным образом из синтетического аммиака. Из-за высокой мобильности соединений азота, его низкое содержание в почве часто ограничивает развитие культурных растений, поэтому внесение азотных удобрений вызывает большой положительный эффект.