5.2.4 Азотистая кислота и её соли

HNO₂ – слабая кислота (К = 410^–4); известна только в разбавленных водных растворах. Атом азота в молекуле HNO₂ находится в промежуточной степени окисления +3, поэтому азотистая кислота и её соли – нитриты – проявляют окислительно-восстановительную двойственность. Под действием большинства восстановителей восстановление нитритов обычно протекает до NO:

2KNO₂ + 2 KI + 2 H₂SO₄  I₂ + 2 NO + 2 K₂SO₄ + 2 H₂O;

цинк и алюминий в щелочной среде восстанавливают нитрит-ионы до аммиака:

KNO₂ + 2 Al + KOH + 5 H₂O  NH₃ + 2 K[Al(OH)₄]

Последняя реакция является качественной реакцией на ионы NO₂^– (а также NO₃^–).

Под действием окислителей нитрит-ионы окисляются до нитрат-ионов:

2 KMnO₄ + 5 KNO₂ + 3 H₂SO₄  2 MnSO₄ + 5 KNO₃ + K₂SO₄ + 3 H₂O .

При действии на растворы нитритов разбавленной серной кислоты сначала образуется азотистая кислота, которая далее распадается, претерпевая диспропорционирование: H₂SO₄ + 2 NaNO₂  Na₂SO₄ + 2 HNO₂

3 HNO₂  HNO₃ + 2 NO + H₂O.

Нитриты щелочных металлов можно получить разложением нитратов (см. следующий раздел данной лекции).

5.2.5 Азотная кислота и её соли

Чистая HNO₃ – бесцветная жидкость, постепенно разлагающаяся на свету:

4 HNO₃  4 NO₂ + O₂ + 2 H₂O.

Вследствие этого концентрированные растворы азотной кислоты могут иметь бурую окраску. HNO₃ принадлежит к числу наиболее сильных кислот.

Характерным свойством азотной кислоты является её ярко выраженная окислительная активность. Большинство неметаллов окисляется концентрированной HNO₃ до высшей степени окисления; из галогенов азотной кислотой окисляется только йод (до степени окисления +5):

S  H₂SO₄, P  H₃PO₄, C  CO₂, I₂  HIO₃ .

Сама HNO₃ восстанавливается при этом до NO и (или) NO₂.

Азотная кислота окисляет почти все металлы (исключение Au, Pt, Ta, Rh, Ir), превращая их чаще всего в нитраты. Сама азотная кислота может восстанавливаться до NO₂, NO, N₂O, N₂, NH₄⁺ . Чем меньше концентрация кислоты и чем более активен металл, тем более глубоко протекает её восстановление. При реакциях металлов (особенно малоактивных) с концентрированной кислотой преимущественно выделяется NO₂:

Cu + 4 HNO₃ (конц.)  Cu(NO₃)₂ + 2 NO₂ + 2 H₂O .

При взаимодействии разбавленной HNO₃ с малоактивными металлами, например, медью, серебром, свинцом, выделяется NO. В случае более активных металлов (железо, цинк) азотная кислота восстанавливается до NO, N₂O или N₂:

3 Cu + 8 HNO₃ (разб.)  3 Cu(NO₃)₂ + 2 NO + 4 H₂O;

4 Zn + 10 HNO_{3 (разб.)}  4 Zn(NO₃)₂ + N₂O + 5 H₂O .

Сильно разбавленная HNO₃ взаимодействует с активными металлами (магний, кальций, порошкообразный цинк) с образованием нитрата аммония:

4 Mg + 10 HNO_{3 (очень разб.)}  4 Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3 H₂O .

При взаимодействии азотной кислоты с металлами выделения водорода чаще всего не наблюдается.

Концентрированная HNO₃ пассивирует некоторые металлы: железо, хром и алюминий не растворяются в холодной азотной кислоте.

Соли азотной кислоты – нитраты – термически неустойчивы и при нагревании разлагаются с отщеплением кислорода. При этом нитраты наиболее активных металлов (щелочных и щелочноземельных) превращаются в нитриты:

2 KNO₃  2 KNO₂ + O₂.

Нитраты большинства остальных металлов (за исключением нитратов благородных металлов и ртути) разлагаются на оксид металла, диоксид азота и кислород:

2 Сu(NO₃)₂  2 CuO + 4 NO₂ + O₂ .

При разложении нитратов наименее активных металлов (серебра, золота, ртути) выделяется свободный металл: 2 AgNO₃  2 Ag + 2 NO₂ + O₂ .

Все нитраты хорошо растворимы в воде. Их водные растворы, в отличие от водных растворов нитритов, практически не проявляют окислительных свойств.

Наиболее важное практическое значение имеют нитраты натрия, калия, аммония и кальция, которые называют селитрами (например, NaNO₃ – натриевая селитра, Сa(NO₃)₂ – кальциевая селитра, NH₄NO₃ – аммиачная селитра); их применяют в качестве минеральных удобрений. Азотная кислота и нитраты также используются для изготовления взрывчатых средств и пиротехнических изделий.

Основное биологическое значение азота заключается в том, что он, наряду с углеродом, является основой жизни, входя в состав белковых молекул.