Азотная кислота HNO3 - одна из важнейших неорганических кислот. Как ключевой компонент удобрений, она является одним из наиболее часто производимых химических сырьевых материалов в мире. По мнению аналитиков Fortune Business Insights, в ближайшие десятилетия спрос на нее будет продолжать расти.
Азотная кислота — свойства
Самые ранние записи об азотной кислоте относятся к 14 веку и первым смелым алхимическим опытам. В то время она использовалась для получения так называемой королевской воды (aqua regia) — раствора, способного растворять золото и платину. На самом деле, HNO3 обладает высокой коррозионной и химической активностью.
Азотная кислота (V) — это бесцветная жидкость с очень резким запахом и едкими свойствами. При длительном хранении под воздействием температуры меняет цвет на желтый в результате самопроизвольного разложения на оксиды азота и воду. Она легко вступает в реакцию со многими веществами, а при растворении в воде выделяет тепло. Значительная часть реакций с ее участием даже взрывоопасна.
Как сама азотная кислота, так и ее соли являются сильными окислителями. Этот факт объясняет бурную реакцию с металлами, в результате которой выделяется водород. Реакциям с HNO3 также подвержены неактивные металлы и некоторые неметаллы, например сера, фосфор и углерод в форме графита. Последние окисляются с образованием кислот.
Концентрированная азотная кислота представляет собой вещество, очень опасное для здоровья. При попадании на кожу вызывает сильные ожоги и даже некроз. В виде пара она поражает дыхательные пути, вызывая отек и пневмонию. Случайное употребление HNO3 может привести к смерти из-за перфорации желудка или стенки кишечника.
Как образуется азотная кислота (V)?
Азотную кислоту можно получить в результате реакции диоксида азота с водой. В коммерческих целях основным методом производства является так называемый процесс Оствальда. Речь идет о каталитическом окислении аммиака до оксида азота, которое с помощью специальных абсорбционных башен позволяет получить концентрированную кислоту HNO3. Для коммерческих целей наиболее желательна концентрация 65-68%.
В лабораторных условиях альтернативным методом производства является реакция нитрата калия с серной кислотой, в результате чего получается чистая азотная кислота (V).
Применение азотной кислоты
В результате нейтрализации азотной кислоты аммиаком образуется нитрат аммония — важнейший компонент минеральных удобрений, используемых во всем мире. Он обеспечивает культурные и декоративные растения азотом, необходимым для роста, в высоких легкоусвояемых дозах. Кроме того, кислоту HNO3 можно использовать в садоводстве для подкисления почвы.
В химической промышленности азотная кислота (V) это в первую очередь прекурсор органических азотных соединений, таких как нитробензолы. В сочетании с ароматическими соединениями он дает вещества, используемые в производстве взрывчатых веществ, такие как тротил (TNT) или нитроглицерин.
Еще одно важное применение — ракетное топливо. Для этого готовят смесь HNO3, тетроксида диазота и перекиси водорода, также известную как красная дымящаяся азотная кислота. Его использование в космической промышленности зависит от возможности эффективного хранения сырья.
Также стоит отметить потенциал азотной кислоты в производстве пластмасс. В результате ее окисления образуется адипиновая кислота, которая используется в производстве синтетических волокон, таких как нейлон.
Другие, более нишевые области применения азотной кислоты (V) включают:
- производство органических красок и лаков;
- фармацевтическую промышленность;
- производство фунгицидов;
- очистку и травление металлических поверхностей;
- аффинаж драгоценных металлов в ювелирной промышленности;
- искусственное старение древесины для получения желаемого оттенка;
- производство чистящих средств для бытового использования;
- обнаружение следов металлов в исследуемых в лаборатории веществах.
Концентрированная азотная кислота и меры предосторожности
Из-за взрывоопасного характера реакций и образующихся смесей, а также исключительной опасности для здоровья, азотная кислота (V) требует особой осторожности при хранении и использовании. В соответствии с правилами ДОПОГ по перевозке опасных грузов, ее следует перевозить в алюминиевых цистернах или автоцистернах с соответствующей маркировкой.
Для хранения азотной кислоты используются специальные резервуары, устойчивые к ее воздействию. Они должны быть надлежащим образом закрыты и храниться вдали от прямых солнечных лучей при температуре ниже 20°C. Рядом не должно быть металлов или легковоспламеняющихся веществ. Само помещение должно хорошо проветриваться.
Концентрированная азотная кислота также требует использования средств индивидуальной защиты при работе с сырьем. Каждый человек, контактирующий с кислотой, обязан носить респиратор, защитные очки, кислотостойкую одежду и перчатки. После работы рекомендуется тщательно вымыть руки и лицо и покрыть кожу барьерным кремом.
Как азотная кислота (V) влияет на окружающую среду?
Случайный выброс кислоты HNO3 в окружающую среду представляет угрозу для людей, животных и растений. Поэтому утечку кислоты в поверхностные и грунтовые воды необходимо предотвращать любой ценой. Возможные разливы должны быть немедленно устранены с помощью абсорбирующих материалов или путем откачки.
Азотная кислота является широко используемым сырьем и играет ключевую роль в производстве удобрений, взрывчатых веществ и синтетических пластмасс. Однако преимущества, связанные с его использованием, не должны перевешивать потенциальные риски. Ответственное соблюдение действующих правил — лучшая форма предотвращения опасных для жизни несчастных случаев.