АЗОТНАЯ КИСЛОТА – производство (получение)

Азотная кислота, HNO₃, одноосновная сильная кислота, при обычных условиях бесцветная жидкость; один из наиболее важных продуктов химической промышленности. Структурная формула:

Физические и химические свойства. Плотность безводной А. к. 1522 кг/м³, t_пл – 41,15°С, t_кип 84° С. С водой смешивается во всех отношениях, причём образует азеотропную смесь, содержащую 69,2% А. к. с t_кип 121,8°C. Известны кристаллогидраты HNO₃×H₂O с t_пл -37,85° С и HNO₃×3H₂O c t_пл -18,5°С. В отсутствии воды А. к. неустойчива, разлагается на свету с выделением кислорода уже при обычных температурах (4HNO₃ = 4NO₂ + 2H₂O + O₂), причём выделяющейся двуокисью азота окрашивается в жёлтый, а при высоких концентрациях NO₂ – в красный цвет. А. к. – сильный окислитель, окисляет серу до серной кислоты, фосфор – до фосфорной кислоты. Только золото, тантал и некоторые платиновые металлы не реагируют с А. к. С большинством металлов А. к. взаимодействует преимущественно с выделением окислов азота: ЗСu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O. Некоторые металлы, например железо, хром, алюминий, легко растворяющиеся в разбавленной А. к., устойчивы к воздействию концентрированной А. к., что объясняется образованием на поверхности металла защитного слоя окисла. Такая особенность позволяет хранить и перевозить концентрированную А. к. в стальных ёмкостях. Смесь концентрированной А. к. и соляной кислоты (1:3), называется царской водкой, растворяет даже золото и платину. Органические соединения под действием А. к. окисляются или нитруются, причём в последнем случае остаток А. к. – нитрогруппа – NO₂⁺ замещает в органических соединениях водород (см. Нитрование). Соли А. к. называютя нитратами, а соли с Na,K, Са, NO₄⁺ также селитрами.

Получение и применение. В 13 в. было описано получение А. к. нагреванием калиевой селитры с квасцами, железным купоросом и глиной. В середине 17 в. И. Р. Глаубер предложил получать А. к. при умеренном (до 150°C) нагревании калиевой селитры с концентрированной серной кислотой: KNO₃ + H₂SO₄ = HNO₃ + KHSO₄ До начала 20 в. этот способ применяли в промышленности, заменяя калиевую селитру более дешёвой природной чилийской селитрой NaNO₃.

Современный способ производства А. к. основан на каталитическом окислении аммиака кислородом воздуха. Основные стадии процесса: контактное окисление аммиака до окиси азота: 4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O; окисление окиси азота до двуокиси и поглощение смеси так называемых «нитрозных газов» водой: 2NO + O₂ = 2NO₂; 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃+NO. Смесь аммиака (10 – 12% ) с воздухом пропускают через нагретую до 750 – 900° С сетку катализатора, которым служат сплавы платины – тройной (93% Pt, 3% Rh, 4% Pd) или двойной (90 – 95% Pt, 10 – 5% Rh). Используют также двухступенчатый катализатор (1-я ступень – платиноидная сетка, 2-я – неплатиновый катализатор), что позволяет на 25 – 30% сократить расход платины. Время контакта воздушно-аммиачной смеси с катализатором не должно превышать 1 мсек, иначе образовавшаяся окись азота разлагается. Вторая стадия процесса – окисление NO до N0₂ и растворение NO₂ в воде – может быть проведена при атмосферном давлении, под давлением до 1 Мн/м² (10 кгс/см²) или комбинированным способом, при котором под давлением происходит только поглощение нитрозных газов водой. Получают А. к. с концентрациями 45 – 49% или (при использовании давления) 55 – 58% . Дистилляцией таких растворов может быть получена А. к. азеотропного состава. Более концентрированную кислоту (до 100% ) получают перегонкой растворов А.к. с концентрированной H₂SO₄ или прямым синтезом – взаимодействием N₂O₄ с водой (или разбавленной А. к.) и кислородом: 2N₂O₄ + 2H₂O + O₂ = =4HNO₃. В СССР производят 97 – 98%-ную А. к.

Важнейшие области применения А. к. – производство азотных и комбинированных удобрений, взрывчатых веществ (тринитротолуола и др.), органических красителей. В органическом синтезе широко применяют смесь концентрированной А. к. и серной кислоты – «нитрующую смесь». А. к. используют в камерном способе производства серной кислоты, для получения фосфорной кислоты из фосфора, как окислитель ракетного топлива. В металлургии А. к. применяют для травления и растворения металлов, а также для разделения золота и серебра.

Вдыхание паров А. к. приводит к отравлению, попадание А. к. (особенно концентрированной) на кожу вызывает ожоги. Предельно допустимое содержание А. к. в воздухе промышленных помещений равно 50 мг/м³ в пересчёте на N₂O₅. Концентрированная А. к. при соприкосновении с органическими веществами

вызывает пожары и взрывы.

Лит.: Атрощенко В. И., Каргин С. И., Технология азотной кислоты, М. – Л., 1949; Миниович М. А., О современном состоянии и о перспективах развития производства разбавленной азотной кислоты, «Журнал прикладной химии», 1958, т. 31, в. 8; Миниович М. А., Азотная кислота, КХЭ, т. 1, М., 1961, с. 74-79.