Нітратна кислота і нітрати, їх поширення в природі

НІТРАТНА КИСЛОТА І НІТРАТИ, ЇХ ПОШИРЕННЯ В ПРИРОДІ 
 
Азотна кислота, нітратна кислота (HNO3) — сильна одноосновна кислота. Висококорозійна кислота, реагує з більшістю металів, сильний окисник. Має тенденцію набувати жовтого відтінку 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 %.

 
Історія

Р. Дж. Глаубер отримав в середині 17-го сторіччя, чисту нітратну кислоту реакцією і перегонкою селітри з сірчаною кислотою, зараз цей процес застосовується при лабораторному отриманні кислоти. Склад кислоти вперше визначив А.Лавуазьє в 18 сторіччі, він визначив що речовина має в своєму складі азот та кисень та точна формула не була відома. Точний склад був визначений Генрі Кавендішем. Промислове виробництво почалося лише на початку 19 століття, коли сірчана кислота та нітрат натрію були доступні в великих кількостях. Сучасний спосіб добування кислоти, каталітичне окислення аміаку на платині було відкрито Ч.Ф. Кульманом (1838). До винаходу синтетичного аміаку названого на честь його першовідкривачів "Аміак Габер і Бош", такий спосіб отримання залишався дуже дорогим у порівнянні з добування з натрієвої селітри. На початку 20-го століття Вільгельм Оствальд, започаткував виробництво азотної кислоти з аміаку у промислових масштабах. Дешевий спосіб окислення аміаку в даний час замінив всі інші промислові способи добування нітратної кислоти.

Промислове виробництво

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).

Одержання

У сучасній хімічній промисловості нітратну кислоту добувають шляхом каталітичного окиснення аміаку до монооксиду азоту з наступним окисненням NO киснем [повітря] (метод І. І. Андрєєва) 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(N2O4)

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.

У лабораторних умовах нітратну кислоту можна одержати взаємодією нітратів з концентрованою сульфатною кислотою при легкому нагріванні, наприклад:

• NaNO3 + H2SO4 = HNO3↑ +NaHSO4

Застосування

Нітратна кислота є одним з найважливіших продуктів хімічної промисловості. Вона виробляється у дуже великих кількостях, використовується для виробництва азотних добрив, у кольоровій металургії для розділення металів, а також хімічній промисловості для виробництва пластмас, вибухових речовин, целулоїду і фотокіноплівки, штучного волокна, органічних барвників, лікувальних речовин тощо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нітрати

Нітрати (рос. нитраты, англ. nitrates, нім. Nitrate n pl) — безбарвні кристалічні речовини, солі і ефіри азотної кислоти HNO3. Вони утворюються при взаємодії нітратної кислоти з відповідними металами, або їх оксидами та гідроксидами. У воді нітрати добре розчиняються.

Природні солі мають кристалічну острівну будову. Виникають виключно при екзогенних процесах, часто внаслідок гниття органічних решток. Можливе також утворення азотистих сполук з азоту повітря під час громових розрядів. Застосовують як добрива, протрави при фарбуванні, компоненти вибухових речовин. Н. амонію, лужних та лужноземельних металів називають селітрами. Ефіри – безбарвні або світло-жовті, приємні на запах рідини. Містять у молекулі одну або декілька ONO2-груп, пов’язаних з органічним радикалом. Деякі ефіри (нітрогліцерин) застосовують як вибухові речовини (див. нітрогліцеринові ВР).

При сильному нагріванні нітрати розкладаються, не плавлячись. Виняток становлять лише нітрат натрію і нітрат калію, які спочатку плавляться, а потім уже розкладаються. При цьому продукти розкладу нітратів залежать від активності металу, що входить до складу солі.

Негативний вплив

Нітрати характеризуються досить широким спектром токсичної дії. Токсична дія нітратів полягає у тому, що в травному тракті вони частково відновлюються до нітритів (більш токсичних), і останні при надходженні в кров можуть викликати метгемоглобінемію, а також пригнічення активності ферментних систем, що беруть участь у процесах тканинного дихання. Крім того, встановлено, що з нітритів у присутності амінів можуть утворюватись N-нітрозаміни, які виявляють канцерогенну активність. При вживанні високих доз нітратів з питною водою, чи продуктами харчування через 4-6 годин проявляються характерні симптоми нітратного отруєння: нудота, задуха, посиніння шкірних покривів і слизових оболонок, діарея. Це часто супроводжується загальною слабкістю, головокружінням, запамороченням, болями у потиличній частині, тахікардією. Перша допомога при отруєнні нітратами — ретельне промивання шлунку, активоване вугілля, сольові проносні, свіже повітря, у складних випадках негайна госпіталізація. Допустима добова доза нітратів для дорослої людини становить 325 мг. ДСТУ питної води визначає гранично допустиму концентрацію нітратів до 45 мг/дм3. Рекомендоване ВООЗ споживання продуктів харчування, де використовується питна вода (чай, кава, сік, перші страви тощо) у помірному кліматі становить приблизно 1-1,5 л, максимум 2 л/добу. Таким чином, з водою доросла людина може спожити близько 68 мг нітратів. Відповідно, на харчові продукти залишається 257 мг нітратів. Дослідження виявили, що токсичний вплив нітратів у харчових продуктах проявляється слабше, аніж нітратів, що розчинені у питній воді, приблизно у 1,25 раз. Отже, безпечна добова доза нітратів, яку можна спожити разом з харчовими продуктами становить 320 мг. Нітрати негативно впливають на організм вагітної жінки та її плід, погіршуючи показники його біофізичного профілю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проблема вмісту нітратів у харчових продуктах

Нітрати  лужних металів, крім того, використовують як компоненти ракетного палива та піротехнічних сумішей, для виробництва вибухових речовин, скла, ліків і для обробки та консервування харчових продуктів. Так, нітрат Натрію NaNO3, застосовують (у чітко визначеній нормі!) для готовлення ковбас, шинки, окосту, деяких сортів сиру і риби. Він відновлюється мікроорганізмами до нітриту натрію NaN02, який перешкоджає окисненню м'яса і зберігає рожевий колір м'ясних виробів, поліпшує смак сирів, облагороджує їхній запах.

 

У домашніх умовах використання нітратів і нітритів неприпустиме, бо вживання навіть дещо перевищеної норми цих солей може призвести до порушення функції крові як переносника кисню й створити загрозу для життя. Адже нітрати спричинюють набряк легенів,  кашель,  блювоту і серцеву недостатність.

 

Нітрити, зокрема NaN02, у шлунково-кишковому тракті утворюють високотоксичні сполуки, що вражають печінку і спричинюють розвиток злоякісних пухлин.

 

На жаль, багато хто вже перебуває під впливом цих високотоксичних сполук. Вони хоч і у невеликих кількостях, але є в забрудненому повітрі та сигаретному диму. Не завадить згадати про нітрити та інші токсичні речовини, перш ніж закурити чергову сигарету.

 

Отже, в сільському господарстві, у харчовій промисловості з нітратами треба поводитися грамотно: неухильно додержувати норм внесення їх у ґрунт, запобігати надлишку нітратів, тоді їх вміст у фруктах, овочах та інших продуктах не перевищуватиме гранично допустимої концентрації (5 мг/кг на добу).

 

Зменшити кількість нітратів можна, якщо всі овочі, плоди, в тому числі цитрусові, перед вживанням ретельно помити гарячою водою, після чого яблука, огірки почистити, а з моркви вирізати серцевину. Зниженню шкідливого впливу на організм нітратів і нітритів сприяє вживання вітамінів, особливо А, Е, В9.