Азотистая и азотная кислоты

Азотистая кислота HN0₂ известна лишь в разбавленных растворах. Она неустойчива, поэтому в чистом виде не существует. Формула азотистой кислоты может быть представлена в виде двух таутомерных форм:

Нитрит-ион N0₂ имеет угловую форму:

При нагревании азотистая кислота расщепляется:

Азот в азотистой кислоте имеет степень окисления +3, что соответствует промежуточному состоянию между наивысшей (+5) и низшей (-3) степенями окисления. Поэтому азотистая кислота проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства.

Окислитель:

Восстановитель:

Соли азотистой кислоты — нитриты — являются устойчивыми соединениями и за исключением AgN0₂ легко растворимы в воде. Как и сама азотистая кислота, нитриты обладают окислительно-восстановительными свойствами.

Окислитель:

Восстановитель:

Реакция с KI в кислой среде находит широкое применение в аналитической химии для обнаружения нитрит-иона N0₂ (выделяющийся свободный иод окрашивает раствор крахмала).

Большинство солей азотистой кислоты ядовиты. Наибольшее применение имеет нитрит натрия NaN0₂, который широко используют в производстве органических красителей, лекарственных веществ, в аналитической химии. В медицинской практике применяется как сосудорасширяющее средство при стенокардии.

Азотную кислоту HN0₃ в лабораторных условиях можно получить действием концентрированной серной кислоты на NaN0₃:

Азотную кислоту в промышленных масштабах получают каталитическим окислением аммиака кислородом воздуха. Этот метод получения HN ()₃ состоит из нескольких стадий. Вначале смесь аммиака с воздухом пропускают над платиновым катализатором при 800 °C. Аммиак при этом окисляется до NO:

При охлаждении происходит дальнейшее окисление NO до N0₂:

Образующийся N0₂ растворяется в воде с образованием HN0₃:

Чистая азотная кислота — это бесцветная жидкость, которая при 42 °C переходит в кристаллическое состояние. На воздухе она «дымит», так как пары ее с влагой воздуха образуют мелкие капельки тумана. С водой смешивается в любых соотношениях. HN0₃ имеет плоское строение:

Азот в HN0₃ является однозарядным и четырехковалентным. Нитратион N0₃ имеет форму плоского треугольника, что объясняется^{-гибридизацией} валентных орбиталей азота:

Азотная кислота относится к числу наиболее сильных кислот. В водных растворах она полностью диссоциирована на ионы Н⁺ и N0₃ .

Для азотной кислоты характерны исключительно окислительные свойства. Азот в азотной кислоте находится в состоянии наивысшего окисления +5, поэтому он может только присоединять электроны. Уже под влиянием света азотная кислота разлагается с выделением N0₂ и 0₂:

В зависимости от концентрации азотной кислоты и природы восстановителя образуются различные продукты, где азот проявляет степень окисления от +4 до

Концентрированная азотная кислота окисляет большинство металлов (кроме золота и платины).

При взаимодействии концентрированной HN0₃ с малоактивными металлами, как правило, образуется N0₂:

Однако разбавленная азотная кислота в этом случае восстанавливается до NO:

Если в реакцию окисления с разбавленной азотной кислотой вступают более активные металлы, то выделяется N₃0:

Очень разбавленная азотная кислота при взаимодействии с активными металлами восстанавливается до солей аммония:

Железо легко взаимодействует с разбавленной азотной кислотой и не реагирует на холоде с концентрированной. Аналогично ведут себя хром и алюминий. Объясняется это тем, что на поверхности этих металлов образуются оксидные пленки, которые и тормозят дальнейшее окисление металла (пассивация металла).

Таким образом, при взаимодействии азотной кислоты с металлами водород не выделяется.

Неметаллы при нагревании с HN0₃ окисляются до кислородных кислот. В зависимости от концентрации азотная кислота восстанавливается до N0₂ или NO:

Смесь, состоящая из одного объема азотной и трех объемов концентрированной соляной кислоты, называется царской водкой. Эта смесь — более сильный окислитель и растворяет такие благородные металлы, как золото и платину. Действие царской водки основано на том, что HN0₃ окисляет НС1 с выделением нитрозилхлорида, разлагающегося с образованием атомарного хлора и NO. Роль окислителя при взаимодействии с металлами выполняет хлор:

Взаимодействие с золотом протекает по реакции.

Азотная кислота в зависимости от концентрации по-разному ведет себя по отношению к сульфидам, проявляющим восстановительные свойства. Так, разбавленная азотная кислота (до 20%) окисляет сульфид-ион S^2- до нейтральной серы, а сама восстанавливается до NO. Более концентрированная азотная кислота (30%-ный раствор) окисляет S² до SOf, восстанавливаясь при этом до NO:

В безводной азотной кислоте протекают следующие равновесные процессы:

Для распознавания нитрат-иона N0₃ и отличия его от нитрит-иона N0₂ пользуются несколькими реакциями:

а) нитраты в щелочной среде могут быть восстановлены до аммиака металлами — цинком или алюминием:

• (выделяющийся газообразный аммиак можно обнаружить по посинению влажной лакмусовой бумаги);
• б) сульфат железа (П) в кислой среде окисляется азотной кислотой до сульфата железа (Ш). Азотная кислота восстанавливается до NO, который с избытком FeSO^ образует комплексное соединение бурого цвета:

Соли азотной кислоты, называемые нитратами, — кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. При нагревании они разлагаются с выделением 0₉. Нитраты, содержащие щелочные металлы и металлы, стоящие в ряду стандартных электродных потенциалов левее магния (включая магний), с отщеплением кислорода переходят в соответствующие нитриты:

Нитраты металлов, стоящих в ряду стандартных электродных потенциалов правее меди, расщепляются с образованием свободных металлов:

Нитраты остальных металлов разлагаются до оксидов:

Для качественного обнаружения применяется реакция.

в результате которой выделяется бурый газ (N0₉).

Так как нитраты легко отщепляют кислород при высоких температурах и, следовательно, являются окислителями, то их применяют для изготовления легко воспламеняющихся и взрывчатых смесей. Например, порох представляет собой смесь состава 68% KN0₃, 15% S и 17% С.

Наиболее важное значение имеют NaNO_;j (чилийская селитра), KN0₃ (калийная селитра), NH₄N0₃ (аммонийная селитра) и Ca (NO_:i)₂ (кальциевая селитра). Все эти соединения используются в сельском хозяйстве в качестве удобрений.

Биологическая роль азота. Азот — это макроэлемент, входит в состав аминокислот белков, РНК и ДНК, гормонов, ферментов, витаминов и многих других жизненно важных субстратов.