Кіріспе

Күшті коррозиялық минералды қышқыл

Chembox
| Бақыланатын өрістер = өзгертілген
| расталган редакциясы = 476996354
| Атауы =
| СуретФайлы = White Fuming Nitric Acid.png
| СуретСипаттамасы = Таза азот қышқылы
| СуретФайлы1 = Nitric acid resonance A.png
| СуретАтауы1 = Азот қышқылы молекуласындағы байланыстың резонанстық сипаттамасы
| СуретФайлыL2 = Nitric acid 3D balls B.png
| СуретАтауыL2 = Азот қышқылының шар және таяқша моделі
| СуретФайлыR2 = Nitric acid 3D vdW A.png
| СуретАтауыR2 = Азот қышқылының кеңістікті толтыру моделі
| IUPACАтауы = Азот қышқылы
| БасқаАтаулары = Aqua fortis, Spirit of niter, Etching, Eau forte, Hydrogen nitrate, Acidum nitricum
| ЖүйелікАтауы =
| Бөлім1 =
| Бөлім2 =
| Бөлім3 =
| Бөлім4 = Chembox Термохимиясы
| ΔHf = −207 кДж/моль
| Энтропия = 146 Дж/(моль·К)
| ЖануТемпературасы = Отқа тұтанбайды
| PEL = TWA 2 ppm (5 мг/м3)
| IDLH = 25 ppm Бұл қосылыс түссіз, бірақ уақыт өте келе азот оксидтеріне ыдыраудан сарғыш түске ие болуға бейім. Көбінесе саудада қол жетімді азот қышқылының концентрациясы суда 68% құрайды. Егер ерітіндіде 86% -дан астам HNO3 болса, ол түтінді азот қышқылы деп аталады. Түтінді азот қышқылы азот диоксидінің мөлшеріне байланысты 86% -дан жоғары концентрацияда қызыл түтінді азот қышқылы немесе 95% -дан жоғары концентрацияда ақ түтінді азот қышқылы деп сипатталады. Азот қышқылы – нитраттау үшін қолданылатын негізгі реагент, яғни нитро тобын, әдетте органикалық молекулаға қосу. Нитроқосындылардың кейбіреуі соққыға және жылуға сезімтал жарылғыш заттар болса, ал кейбіреулері оқ-дәрілерде және жарылғыш заттарда қолдануға жеткілікті тұрақты, ал басқалары одан да тұрақты және бояулар мен сызбаларда пигмент ретінде қолданылады. Азот қышқылы сондай-ақ күшті тотықтырғыш ретінде жиі қолданылады.

Ортағасырлық алхимия

Азот қышқылы сияқты минералды қышқылдардың ашылуы 13 ғасырдағы еуропалық алхимияға қатысты деп есептеледі. Қолданыстағы көзқарас бойынша, азот қышқылы алғаш рет псевдо-Гебердің "De inventione veritatis" ("Шындықты ашу туралы", шамамен 1300 жылдан кейін) еңбегінде сипатталған. Дегенмен, Эрик Джон Холмярд пен Ахмад Й. әл Хасанның мәлімдемесінше, азот қышқылы түрлі ерте араб еңбектерінде де кездеседі, мысалы, Джабир ибн Хайянға (8 ғасыр) немесе Фатимид халифасы әл Хаким би Амр Аллаға (985–1021) жатқызылған "Сундуқ әл-хикма" ("Даналық сандығы") кітабында. Джабирге жатқызылған "Сундуқ әл-хикма" кітабындағы рецепт былай аударылған: "Таза нитра гүлдерінің бес бөлігін, Кипр витриолының үш бөлігін және Йемен алюминінің екі бөлігін алыңыз. Оларды жеке-жеке ұнтақтап, ұн тәрізді етіп, содан кейін колбаға салыңыз. Колбаның аузын пальма талшығымен бітеп, оған шыны ыдыс қосыңыз. Сосын құрылғыны кері бұрып, жоғарғы бөлігін (яғни, қоспасы бар колбаны) ақырын қыздырыңыз. Ыстықтан сиыр майына ұқсас май ағып шығады. Азот қышқылы 1300 жылдан кейін Альберт Ұлы мен Рамон Луллға (екеуі де 13 ғасыр) дұрыс емес жатқызылған еңбектерде де кездеседі. Бұл еңбектерде нитер мен жасыл витриолының қоспасын дистилляциялап, оны "эу форте" (aqua fortis) деп атайды.

Қазіргі заман

XVII ғасырда Иоганн Рудольф Глаубер калий нитратын күкірт қышқылымен дистилляциялау арқылы азот қышқылын алу әдісін ойлап тапты. 1776 жылы Антуан Лавуазье Жозеф Пристлидің еңбегін сілтеме жасай келтіріп, азот оксидінен (оның өзі "азотты ауа" деп атаған), "жалпы ауаның ең таза бөлігінің шамамен бірдей көлемімен және судың көп мөлшерімен біріктірілуі мүмкін" екенін көрсетті. Ол бұдан әрі "азотты ауаның" керісінше, яғни "ауасы мен суы алынған азот қышқылы" екенін атап өтеді. 1806 жылы Хамфри Дэви дистилденген судың электролизінен жасалған тәжірибелердің нәтижесінде, атмосфералық азот газының ерітілуінен анодта азот қышқылының түзілгенін анықтады. Ол жоғары кернеулі батареяны, сондай-ақ реакцияға түспейтін электродтарды және ыдыстарды қолданды, мысалы, алтын электродты конустарды, олар ылғалды асбестпен байланысқан екі функцияны атқаратын еді. 1905 жылы атмосфералық ауадан азот қышқылын өнеркәсіптік өндіру "Биркеланд-Эйде" процесімен басталды, ол "доға процесі" деп те белгілі. Бұл процесс атмосфералық азотты атмосфералық оттегімен азот оксидіне дейін өте жоғары температурадағы электр доғасы арқылы тотықтыруға негізделген. 3000°C температурада шамамен 4-5% азот оксидіне дейін, ал төмен температурада одан да аз өнім алынды. Азот оксиді қалған атмосфералық оттегімен салқындатылып, азот диоксидіне дейін тотықтырылды, содан кейін суға сіңіріліп, сұйылтылған азот қышқылын өндіру үшін қапталған бағаналар немесе пластиналы бағаналар тізбегінде сіңірілді. Алғашқы бағаналар азот диоксидін сумен және реакцияға түспейтін кварц бөлшектері арқылы өткізді. Өндірілген азот оксидтерінің шамамен 20% реакцияға түспей қалды, сондықтан соңғы бағаналарда қалған бөліктерді бейтараптандыру үшін сілтілік ерітінді болды. Бұл процесс өте энергияны көп қажет ететін және арзан аммиак қолжетімді болғаннан кейін Оствальд процесімен тез ауыстырылды. 1913 жыл шамасында француз инженері Альберт Нодон тағы бір ерте өндіріс әдісін ойлап тапты. Оның әдісі торфты батпақтардағы азотты заттардан бактериялар арқылы алынған кальций нитратының электролизінен азот қышқылын өндірді. Қыштан жасалған ыдыс таспен қоршалып, торфқа батырылды және көміртек анодын жасау үшін шайырланған ағашпен бекітілді, азот қышқылы оның айналасында түзілді. Азот қышқылы ыдыстың түбіне батырылған қыш құбырдан сорылды. Алып тасталған сұйықтықты ауыстыру үшін таза су басқа қыш құбыр арқылы жоғарыдан құйылды. Ішкі бөлігі кокспен толтырылған. Құйма темір катодтар оны қоршап тұрған торфқа батырылды. Кедерігі шамамен 3 Ом/м³ болды және қуаты шамамен 10 вольтпен берілді. Бір кен орнынан жылына 800 тонна өнім алынды. 1913 жылы аммиакты тиімді өндіруге арналған Хабер процесі енгізілгеннен кейін, Оствальд процесін қолдана отырып, аммиактан азот қышқылы өндірісі Биркеланд-Эйде процесінен басымдық алды. Бұл өндіріс әдісі бүгінгі күнге дейін қолданылуда.

Физикалық және химиялық қасиеттері

Коммерциялық түрде сатылатын азот қышқылы 68% HNO3 концентрациясындағы сумен азеотроп құрастырады. Бұл ерітінді 1 атмосфера қысымда 120,5 °C (249 °F) температурада қайнайды. Ол "концентрацияланған азот қышқылы" деп аталады. Азот қышқылы мен судың азеотропы бөлме температурасында түссіз сұйықтық болып табылады. Екі қатты гидрат белгілі: моногидрат HNO3*H2O немесе оксоний нитраты [H3O]+[NO3] және тригидрат HNO3*3H2O. Концентрацияланған азот қышқылы кейде 42 °Baumé деп көрсетілген ескі тығыздық шкаласында кездеседі.

Түтіндік азот қышқылы

Коммерциялық сападағы түтінді азот қышқылы 98% HNO3-тан тұрады және тығыздығы 1,50 г/см3-қа тең. Бұл сорт көбінесе жарылғыш заттар өндірісінде қолданылады. Ол сусыз қышқылға қарағанда аз ұшқыш және аз коррозиялық, ал концентрациясы шамамен 21,4 М құрайды. Қызыл түтінді азот қышқылы, немесе RFNA, құрамында едәуір мөлшерде еріген азот диоксиді (NO2) бар, бұл ерітіндіге қызғылт қоңыр түс береді. Еріген азот диоксидінің болуына байланысты, қызыл түтінді азот қышқылының тығыздығы 1,490 г/см3-қа төмендейді. Ингибицияланған түтінді азот қышқылы, ақ ингибицияланған түтінді азот қышқылы (IWFNA) немесе қызыл ингибицияланған түтінді азот қышқылы (IRFNA) 0,6-0,7% фторсутектік сутек (HF) қосу арқылы дайындалуы мүмкін. Бұл фтор металл ыдыстардағы коррозияға төзімділікті арттыру үшін қосылады. Фтор металл фторидінің қабатын жасайды, ол металлды қорғайды.

Сусыз азот қышқылы

Ақ түтінді азот қышқылы, таза азот қышқылы немесе WFNA, сусыз азот қышқылына өте жақын. Ол 99,9% азот қышқылының талдау нәтижесі бойынша қолжеткізіледі. Ақ түтінді азот қышқылының бір сипаттамасы - оның құрамындағы судың мөлшері 2%-дан аспауы және еріген NO2-нің мөлшері 0,5%-дан аспауы керек. Сусыз азот қышқылының тығыздығы 1,513 г/см³ және шамамен 24 мольдық концентрациясы бар. Сусыз азот қышқылы – түссіз, төмен тұтқырлыққа (қозғалмалы) ие сұйықтық, тығыздығы 1,512 г/см³ және ол қатып ақ кристалдарға айналады. NO2 және суға ыдыраған кезде сарғыш түске ие болады. Қысымның өсуіне мүмкіндік беру үшін, әдетте, екі есе көлемді, сындырылмайтын қоңыр шыны бөтелкеде сақталады, бірақ осы сақтық шараларына қарамастан, бөтелкеден қысымды төмендету үшін ай сайын ауа сорғысы керек.

Құрылымы мен жабысуы

Екі терминалды N–O байланысы шамамен бірдей және салыстырмалы түрде қысқа, 1,20 және 1,21 Å құрайды. Бұл резонанс теориясымен түсіндіріледі; екі басты каноникалық форма осы екі байланыста қос байланыс сипатын көрсетеді, нәтижесінде олар N–O бір байланыстарынан қысқа болады. Үшінші N–O байланысы оның O атомы H атомына байланысқандықтан ұзартылған, газ фазасындағы байланыс ұзындығы 1,41 Å құрайды.

Ксантопротеидтілік сынақ

Азот қышқылы ақуыздармен әрекеттесіп, сары түсті нитратталған өнімдерді құрайды. Бұл реакция ксантопротеидтік реакция деп аталады. Бұл сынақ сыналатын затқа шоғырланған азот қышқылын қосу арқылы және содан кейін қоспаны қыздыру арқылы жүргізіледі. Егер ақуыздарда ароматикалық сақиналары бар аминқышқылдары болса, қоспа сары түске өтеді. Аммиак сияқты сілтелі қосылғанда, түс қызғылт сарыға айналады. Бұл түс өзгерістеріне ақуыздағы нитратталған ароматикалық сақиналар себеп болады. Азот қышқылы эпителий жасушаларымен жанасқанда ксантопротеин қышқылы түзіледі. Жергілікті тері түсінің сәйкес өзгеруі азот қышқылын қолдану кезінде қауіпсіздік шараларының жеткіліксіздігін көрсетеді.

Окистендіргіш ретінде қолдану

Найлонның алдындағы зат – адипик қышқылы – циклогексанон және циклогексанол қоспасы, яғни "KA майы", азот қышқылымен тотықтыру арқылы көп мөлшерде өндіріледі. IRFNA (тежелген қызыл түтінді азот қышқылы) BOMARC зымыранының үш сұйық отын құрамының бірі болды.

Металл өңдеу

Азот қышқылы металдарды тотығу күйіне келтіруге қолданылуы мүмкін, мысалы, мыс металлын мыс нитратына айналдыру үшін. Ол сонымен қатар, алтын сияқты асыл металдарды еріту үшін тұз қышқылымен бірге "патша суы" ретінде (хлороалтын қышқылы түрінде) қолданылады. Осы тұздарды қайта кристалдау және таңдаулы тұндыру арқылы алтынды және басқа металдарды 99,9%-дан да жоғары тазалыққа дейін тазартуға болады. Оның кейбір металдарды таңдап ерітуге немесе көптеген металл тұздары үшін еріткіш ретінде әрекет ету қабілеті, оны алтынды бөліп алу процестерінде пайдалы етеді.

Аналитикалық реагент

ICP MS, ICP AES, GFAA және Flame AA әдістерімен элементтік талдау жүргізілгенде, ерітіндідегі металл іздерін анықтау үшін сұйылтылған азот қышқылы (0,5–5,0%) матрицалық қосылыс ретінде қолданылады. Мұндай анықтамалар үшін металл иондарының шағын мөлшері талдау нәтижесіне әсер етуі мүмкін болғандықтан, жоғары тазалықтағы металл іздері бар азот қышқылы қажет. Бұл азот қышқылы тұманды су үлгілерін, шлам үлгілерін, қатты үлгілерді, сондай-ақ ICP MS, ICP OES, ICP AES, GFAA және жалын атомдық абсорбциялық спектроскопия арқылы элементтік талдауды қажет ететін басқа да ерекше үлгілерді өңдеу процесінде де қолданылады. Әдетте, мұндай өңдеулерде сатылып алынған HNO3-тің 50% ерітіндісі 1-тармақты DI сумен араластырылады. Электрохимияда азот қышқылы органикалық жартылай өткізгіштерді химиялық допингтеу үшін, ал шикі көміртекті нанотұйықтарды тазарту процесінде қолданылады.

Ағаш өңдеу

Азот қышқылының төмен концентрациясы (шамамен 10%) жиі қарағай және жапырақты ағаштарды жасанды түрде ескірту үшін қолданылады. Соның нәтижесінде шығатын түс – өте ескі балауыз немесе маймен өңделген ағашқа ұқсас күміс-алтын түс (ағаш өңдеу).

Этчант және тазалаушы

Азот қышқылының коррозиялық әсері кейбір арнайы қолданыстар үшін пайдаланылады, мысалы, полиграфияда бедерлеу, тот баспайтын болатты тазарту немесе электроникада кремний пластиналарын тазалау. Азот қышқылы, су және спирттен тұратын нитал ерітіндісі металдарды кесіп, микроқұрылымын ашу үшін қолданылады. ISO 14104 – бұл белгілі процедураны егжей-тегжейлі сипаттайтын стандарттардың бірі. Азот қышқылы жоғары сапалы микроскопиялық қолданыстар үшін шыны жабыншаларын және шыны слайдтарды тұз қышқылымен бірге немесе жеке қолданылады. Сондай-ақ, күміс айна жасауда күміс жағу алдында шыныны тазалау үшін де қолданылады. Саудада қолжетімді 5–30% азот қышқылы және 15–40% фосфор қышқылының сулы қоспалары, негізінен азық-түлік және сүт өнімдерін тазалау үшін қолданылады, олардың арасындағы тұнба кальций және магний қосылыстарын (өндіріс процесінен жиналған немесе өндіріс және тазалау кезінде қатаң суды пайдалану нәтижесінде пайда болған) жою мақсатында қолданылады. Фосфор қышқылының құрамы, сұйылтылған азот қышқылының коррозиясына қарсы темір қорытпаларын пассивтеуге көмектеседі. Азот қышқылын ЛСД сияқты алкалоидтарды анықтау үшін нүктелік тест ретінде қолдануға болады, бұл алкалоидқа байланысты әртүрлі түстерді береді.

Ядролық отынды қайта өңдеу

Азот қышқылы PUREX және басқа да ядролық отынды қайта өңдеу әдістерінде маңызды рөл атқарады, онда ол көптеген әр түрлі актинидтерді еріте алады. Соның нәтижесінде пайда болатын нитраттар түрлі кешендерге айналдырылып, металдарды бір-бірінен бөлу үшін таңдап алынып, реакцияға түсіріледі.

Қауіпсіздік

Азот қышқылы – коррозиялық қышқыл және күшті тотықтырғыш. Оның басты қаупі – химиялық күйіктер, себебі ол ақуыздармен (амидтер) және майлармен (эстерлер) қышқыл гидролизін жүргізеді, соның салдарынан тірі тіндер (мысалы, тері мен ет) ыдырайды. Концентрацияланған азот қышқылы кератинмен реакцияға түсуінен адам терісі сарға боялады. Бұл сары дақтар бейтараптандырылғанда қызғылт-сары түске өтеді. Жүйелік әсерлер күтілмейді және бұл зат канцерогенді немесе мутагенді емес деп есептеледі. Теріге қышқыл төгілген жағдайдағы стандартты алғашқы медициналық жәрдем, басқа коррозиялық заттар сияқты, көп мөлшерде сумен шаю болып табылады. Қышқыл күйігінің айналасындағы тіндерді салқындату және қосымша зақымданудың алдын алу үшін шаюды кемінде 10–15 минут бойы жалғастыру қажет. Ластанған киімдер дереу шешіліп, астындағы тері мұқият жуылады. Күшті тотықтырғыш болғандықтан, азот қышқылы көптеген қосылыстармен күшті реакцияға түседі.

Қышқылмен шабуылда пайдалану

Азот қышқылы – қышқыл шабуылдарында қолданылатын ең көп таралған қышқыл түрлерінің бірі.