10.1. Загальна характеристика нітратної кислоти

Нітратна кислота є однією з найважливіших мінеральних кислот. Вона відома ще з часів алхімії. У VIII ст. Гебер описав добування HNO₃ перегонкою галуну і купоросу з селітрою. У 1650 р. Глаубер запропонував добувати HNO₃ дією концентрованої H₂SO₄ на калієву селітру. На початку XIX ст. HNO₃ почали добувати з природної чілійської селітри, потужні поклади якої було відкрито в Чілі. Цей спосіб був єдиним промисловим способом добування HNO₃ аж до 20-х років XX ст. Потреба в HNO₃ швидко зростала. Добування HNO₃ фіксацією атмосферного N₂ дуговим і ціанамідним способом не змогло забезпечити азотнокиснотну промисловість сировиною. Тільки розвиток виробництва синтетичного NH₃ забезпечив створення потужної азотнокислотної промисловості. Виробництво HNO₃ окисненням NH₃ швидко поширилось у всіх країнах світу.

Про утворення HNO₃ внаслідок окиснення NO в NO₂ і розчинення його у воді було відомо з давніх часів:

2NO + O₂ NO₂; (10.1)

3NO₂ + H₂O = 2HNO₃ + NO, (10.2)

проте цей процес довгий час не мав промислового значення через ряд технічних і економічних труднощів. Важливо було визначити, який метод добування NO був би більш раціональним – безпосередній синтез його з N₂ і О₂ повітря, чи окисненням NH₃. На той час перший спосіб виявився економічно невигідним. У 1839 р. було виявлено, що NH₃ при наявності платини окиснюється до HNO₃ за рівнянням

NH₃ + 2О₂ = HNO₃ + Н₂О. (10.3)

На основі цього у 1909 р. в Німеччині було збудовано перший дослідний завод продуктивністю 1600 кг розбавленої HNO₃ на рік. Потім такі заводи були побудовані в Бельгії, Англії та інших країнах Європи. На них використовували NH₃, який утворювався при коксуванні вугілля і частково від розкладання кальцію ціанаміду водяною парою. Внаслідок недосконалості технології ці заводи виявились нерентабельними.

У 1914 р. талановитий російський інженер І.І. Андрєєв після докладного вивчення впливу різних чинників на процес окиснення NH₃ запропонував спосіб виробництва HNO₃ з амоніачних вод коксових печей. Наприкінці 1916 р. в Юзівці (тепер Донецьк) було споруджено перший азотнокислотний завод, що працював за способом Андрєєва. На ньому у 1917 р. працювало вже 14 контактних апаратів. Процес окиснення NH₃ здійснювався без підігрівання ззовні на платино-іри­діє­вому каталізаторі. Досвід цього заводу відіграв надзвичайно велику роль у розвитку вітчизняної і світової азотнокислотної промисловості. Тепер HNO₃ виробляють у промисловості майже виключно окисненням синтетичного NH₃ киснем повітря.

Безводна НNО₃ – це безбарвна важка рідина, густина її 1,52 г/см³ (при 15 °С), димить на повітрі з виділенням бурої пари NO₂, замерзає при –47 °С, з водою змішується у будь-яких співвідношеннях. Водні розчини НNО₃ залежно від концентрації кристалізуються при різних температурах. Найнижчу температуру кристалізації –66,3 °С має 89,95 %-ий розчин HNO₃.

Температура кипіння водних розчинів НNО₃ також залежить від концентрації. Максимальну температуру кипіння 121,9 °С має азеотропна суміш, яка містить 68,4 % НNО₃. Інші розчини НNО₃ киплять при нижчих температурах. Температура кипіння безводної HNO₃ (встановлено екстраполяцією) дорівнює 85,4 °С, проте ще при нижчій температурі НNО₃ кислота розкладається за рівнянням

4НNО₃ = 2Н₂О + 4NО₂ + О₂ – 259,7 кДж.

Цю характерну для НNО₃ реакцію пізніше було покладено в основу процесу синтезу концентрованої HNO₃ з NO₂, O₂ і Н₂О.

Бурий газ NO₂, розчиняючись у HNO₃, забарвлює її від жовтого до червоного кольору залежно від кількості NO₂, що розчинився.

Нітратна кислота – сильний окиснювач, особливо коли у ній є розчинений NO₂. Багато органічних речовин (особливо рослинні і тваринні тканини) під дією НNО₃ руйнуються, а деякі з них від контакту з концентрованою НNО₃ самозаймаються. Залізо добре розчиняється у розбавленій НNО₃, проте концентрована НNО₃ утворює на поверхні його тонкий щільний шар оксидів заліза, нерозчинний у кислоті, внаслідок чого метал пасивується і не зазнає корозії.

У лабораторній практиці застосовується в основному концентрована НNО₃ густиною 1,43, в якій міститься близько 65 % НNО₃. У промисловості найчастіше застосовують розбавлену HNO₃ з вмістом НNО₃ 50‑60 % або концентровану, в якій НNО₃ міститься 96‑98 %.

Величезні кількості НNО₃ застосовують для виробництва мінеральних азотних добрив, барвників, вибухових речовин, нітролаків, кіноплівки, фармацевтичних препаратів і т. д. За об'ємом виробництва і застосування НNО₃ поступається тільки перед H₂SO₄.