Сполуки азоту

Оксиди азоту

Азот утворює кілька оксидів (N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4, N2O5). З них найбільше значення мають монооксид азоту NO і діоксид азоту NO2, оскільки це продукти при виробництві нітратної кислоти. Закис азоту N2O відомий як дурманний газ і використовується для наркозу.

Похідні аміаку

Разом із трьома атомами гідрогену атом нітрогену утворює молекулу аміаку NH3. Аміак реагує з кислотами, утворюючи солі амонію. Заміщення одного з атомів гідрорену аміаку атомом металу дає аміди (NaNH2, …). Похідні цієї речовини називаються амінами, а у випадку з двома амінними групи входять до складу сечовини.

Інша сполука нітрогену з гідрогеном — гідразин (H2N-NH2).

Кислоти

Нітроген утворює нітратну (HNO3) та нітритну (HNO2) кислоти, солі яких називаються, відповідно, нітратами та нітритами.

Некисневі кислоти азоту (атоми азоту входять до складу псевдогалогенного угрупування):

азотисто-воднева кислота HN3 (солі називають азидами), (атоми азоту (нітрогену) моють різну валентність (N-=N+=N-))

Синильна кислота (HCN) є сильною отрутою, так само, як і більшість її солей (ціанідів) та деякі з органічних похідних (нітрилів)

Ізоціанова кислота, HNC

Тіоціанінова кислота, HSCN (солі — роданіди)

Сполуки з металами

Нітриди лужних та інших активних металів (Na3N, Mg3N2)- солеподібні речовини, що при контакті з водою виділяють аміак. Перехідні метали утворюють нітриди з металічним типом зв'язку (TiN, CrN, нітриди ванадію). Відомі також ковалентні нітриди (BN, Si3N4).

Нітратна кислота

Азотна кислота, нітратна кислота (HNO3) — сильна одноосновна кислота.Висококорозійна кислота, реагує з більшістю металів, сильний окислюючий агент. Має тенденцію набувати жовтого відтіноку через накопичення оксидів азоту, при довгому зберіганні.Зазвичай азотна кислота має концентрацію 68%.[1] Якщо ж більше 86%, то вона називається димною кислотою. В залежності від кольору "диму" концентрована кислота поділяється на білу та червону в концентраціїї більшій за 95 %.

Азотна кислота отримується шляхом реакції діоксиду азоту (NO2) з водою.

3NO2 + H2 → 2HNO3 + NO

Як правило, монооксид азоту який отримується в результаті реакціїї, знову окислюється киснем повітря та може бути використаний для отримання додаткового діоксиду азоту. Майже чиста азотна кислота може бути утворена шляхом реакції сірчаної кислотою з з натрієвою сіллю.

2 NaNO3 + H2SO4 → 2 HNO3 + Na2SO4

Промислова нітратна кислота містить як правило 52% - 68% азотної кислоти. У сучасній хімічній промисловості нітратну кислоту добувають шляхом каталітичного окиснення аміаку до монооксиду азоту з наступним окисненням NO киснем [повітря] при 700—900 °C до діоксиду (гемітетраоксиду) азоту і поглинанням останнього водою. Каталізатор — платинова сітка.

Хімічні процеси, що відбуваються при виробництві нітратної кислоти, можна представити рядом реакцій: Суміш аміаку з повітрям у певному співвідношенні спалюють у спеціальному приладі на платиновій сітці, яка служить каталізатором (без каталізатора аміак окиснюється до вільного азоту):

4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O

Одержуваний монооксид азоту охолоджують і окиснюють киснем повітря до діоксиду (гемітетраоксиду) азоту:

2NO + O2 = 2NO2

Суміш діоксиду і гемітетраоксиду поглинають водою і одержують розчин суміші нітратної і нітритної кислот:

N2O4 + H2O = HNO3 + HNO2

Нітритна кислота нестійка, особливо при деякому нагріванні, і легко розкладається на монооксид і діоксид азоту і воду:

2HNO2 = NO + NO2 + H2O

Процес поглинання оксидів азоту водою проводять при надлишку кисню. Тому утворюваний за останньою реакцією монооксид азоту відразу перетворюється в діоксид азоту і знову вступає в процес утворення нітратної кислоти. В результаті утворюється лише нітратна кислота.

Фізичні властивості

Нітратна кислота являє собою безбарвну димучу рідину з їдким запахом, легко розкладається, забарвлюючись у жовтий колір. Густина 1,53 г/см³. Кипить при 86°С, замерзає при — 41°С. На повітрі HNO3 «димить» внаслідок притягання її парами вологого повітря і утворення дрібненьких крапельок туману.

Нітратна кислота нестійка і вже під впливом сонячного світла поступово розкладається:

4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O

При нагріванні розклад її значно прискорюється. Утворюваний діоксид азоту розчиняється в HNO3 і надає їй жовтуватого кольору. У водних розчинах нітратна кислота значно стійкіша. З водою HNO3 змішується в будь-яких співвідношеннях.

Нітратна кислота належить до сильних кислот, у водних розчинах вона практично повністю дисоціює:

У продаж нітратна кислота звичайно поступає у вигляді 68%-ного розчину з густиною 1,4 г/см³.

Хімічні властивості

Нітратна кислота — дуже сильний окисник. Окислює сірку (до H2SO4), фосфор (до фосфорної кислоти), руйнує органічні речовини. Ступінь відновлення HNO3 залежить від її концентрації і активності відновника. Концентрована HNO3 відновлюється до NO2, а розведена — звичайно до NO. Нітратна кислота взаємодіє майже зі всіма металами, за винятком золота, платини і деяких інших, утворюючи солі — нітрати. Так, при дії концентрованої нітратної кислоти на мідь утворюється нітрат міді, діоксид азоту і вода:

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

При дії ж розведеної нітратної кислоти на мідь утворюється нітрат міді, монооксид азоту (а не діоксид; як при дії концентрованої HNO3) і вода:

3CuO + 2HNO3 + 6HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO ^| + 4H2O

При взаємодії нітратної кислоти з металами водень не виділяється, як, наприклад, при взаємодії з металами хлоридної і розведеної сульфатної кислот. Водень не виділяється з HNO3 навіть активними металами. Так, при дії розведеної HNO3 на магній вона відновлюється до геміоксиду азоту:

4Mg + 2HNO3 + 8HNO3 = 4Mg(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

При взаємодії нітратної кислоти з ще активнішими металами вона може відновлюватися навіть до аміаку.

Розведена нітратна кислота легко реагує з алюмінієм і залізом, а концентрована без нагрівання з ними не реагує. Це пояснюється тим, що під дією концентрованої HNO3 на поверхні цих металів утворюється міцний, нерозчинний в HNO3 шар оксиду, який ізолює метал від кислоти і тим запобігає його руйнуванню. Завдяки цьому концентровану нітратну кислоту можна зберігати і транспортувати в алюмінієвій і залізній тарі.

Нітратна кислота легко окиснює не тільки метали, а й неметали. Наприклад, вона легко при нагріванні окиснює сірку і фосфор до сульфатної і фосфатної кислот:

S + 2HNO3 = H2SO4 + 2NO

3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO

Деякі речовини можуть запалюватись нітратною кислотою і горіти в ній. Так, коли кусочок розжареного вугілля вкинути в концентровану HNO3, він буде горіти у ній яскравим полум'ям, а скипідар спалахує при дотику з нею. Тому концентрована кислота в пожежному відношенні дуже небезпечна.

Азотна кислота взаємодіє з багатьма органічними сполуками, утворюючи нітросполуки (азотування).