Hno2 on heikko happo. Typpihappo. Nitraattien kemialliset ominaisuudet

HNO 2 on heikko luonne. Erittäin epästabiili, voi olla vain laimeissa liuoksissa:

2 HNO 2 EI + EI 2 + H 2 O.

suola typpihappo nimeltään nitriitit tai typpihappo. Nitriitit ovat paljon vakaampia kuin HNO 2 ovat kaikki myrkyllisiä.

2HNO 2 + 2HI \u003d I 2 + 2NO + 2H 2 O,

HNO 2 + H 2 O 2 \u003d HNO 3 + H 2 O,

5KNO2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5KNO3 + K2S04 + 2MnS04 + 3H20.

Typpihapon rakenne.

Kaasufaasissa tasomainen typpihappomolekyyli on kahdessa konfiguraatiossa, cis- ja trans-:

Huoneenlämpötilassa trans-isomeeri hallitsee: tämä rakenne on vakaampi. Joten cisille - HNO 2(G) DG° f= −42,59 kJ/mol, ja trans- HNO 2(G) DG= -44,65 kJ/mol.

Typpihapon kemialliset ominaisuudet.

Vesiliuoksissa on tasapaino:

Kuumennettaessa typpihappoliuos hajoaa vapautuessa EI ja typpihapon muodostuminen:

HNO 2 dissosioituu vesiliuoksissa ( K D\u003d 4,6 10 -4), hieman vahvempi kuin etikkahappo. Syrjäytetään helposti vahvemmilla hapoilla suoloista:

Typpihapolla on hapettavia ja pelkistäviä ominaisuuksia. Vahvempien hapettimien (vetyperoksidi, kloori, kaliumpermanganaatti) vaikutuksesta tapahtuu hapettumista typpihapoksi:

Lisäksi se voi hapettaa aineita, joilla on pelkistäviä ominaisuuksia:

Typpihapon saaminen.

Typpihappoa saadaan liuottamalla typpioksidia (III) N2O3 vedessä:

Lisäksi sitä muodostuu, kun typpioksidia (IV) liuotetaan veteen. EI 2:

.

Typpihapon käyttö.

Typpihappoa käytetään primääristen aromaattisten amiinien diatsotointiin ja diatsoniumsuolojen muodostamiseen. Nitriittejä käytetään orgaanisessa synteesissä orgaanisten väriaineiden valmistuksessa.

Typpihapon fysiologinen vaikutus.

Typpihappo on myrkyllistä ja sillä on voimakas mutageeninen vaikutus, koska se on deaminointiaine.

Jos kalium- tai natriumnitraattia kuumennetaan, ne menettävät osan hapestaan ​​ja muuttuvat typpihapon HNO 2 -suoloiksi. Hajoaminen on helpompaa lyijyn läsnä ollessa, joka sitoo vapautuvan:

KNO 3 + Pb = KNO 2 + PbO

Typpihapon suolat - nitriitit - kiteisiä, helposti veteen liukenevia (paitsi hopeasuola). NaNO 2:ta käytetään laajasti erilaisten väriaineiden valmistuksessa.

Kun nitriittiliuos altistetaan laimealle rikkihapolle, saadaan vapaata typpihappoa:

2NaNO 2 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + 2 HNO 2

Se on yksi heikoista hapoista (TO= 5 10 -4) ja tunnetaan vain erittäin laimeissa vesiliuoksissa. Kun liuosta väkevöidään tai sitä kuumennetaan, typpihappo hajoaa ja vapautuu typen oksideja ja dioksidia:

2HNO 2 \u003d NO + NO 2 + H 2 O

Typpihappo on vahvaa, mutta samalla se voi itse hapettua typpihapoksi muiden, energisempien hapettimien vaikutuksesta.

Luet artikkelia Typpihappo HNO2:sta

Typpihappo HN0 2 tunnetaan vain laimeissa liuoksissa. Se on epävakaa, joten sitä ei ole olemassa puhtaassa muodossaan. Typpihapon kaava voidaan esittää kahtena tautomeerisena muotona:

Nitriitti-ionilla N02 on kulmikas muoto:

Kuumennettaessa typpihappo hajoaa:

Typpihapossa olevan typen hapetusaste on +3, mikä vastaa korkeimman (+5) ja alimman (-3) hapetusasteen välissä olevaa tilaa. Siksi typpihapolla on sekä hapettavia että pelkistäviä ominaisuuksia.

Hapettaja:

Pelkistävä aine:

Typpihapon suolat - nitriitit - ovat pysyviä yhdisteitä ja liukenevat AgNO 2:ta lukuun ottamatta helposti veteen. Kuten itse typpihapolla, nitriiteillä on redox-ominaisuuksia.

Hapettaja:

Pelkistävä aine:

Reaktiota KI:n kanssa happamassa väliaineessa käytetään laajalti analyyttisessä kemiassa nitriitti-ionin NO 2 havaitsemiseen (vapaa jodi värjää tärkkelysliuoksen).

Useimmat typpihapon suolat ovat myrkyllisiä. Suurin sovellus on natriumnitriitti NaN0 2, jota käytetään laajasti orgaanisten väriaineiden, lääkkeiden valmistuksessa ja analyyttisessä kemiassa. Lääketieteessä sitä käytetään angina pectoriksen vasodilataattorina.

Typpihappoa HN0 3 voidaan saada laboratorio-olosuhteissa käyttämällä väkevää rikkihappoa NaN03:lle:

Typpihappoa valmistetaan kaupallisesti hapettamalla ammoniakkia katalyyttisesti ilmakehän hapella. Tämä menetelmä HN() 3:n saamiseksi koostuu useista vaiheista. Ensin ammoniakin ja ilman seos johdetaan platinakatalyytin yli 800 °C:ssa. Ammoniakki hapettuu NO:ksi:

Jäähtyessään NO hapettuu edelleen NO 2:ksi:

Tuloksena oleva NO 2 liukenee veteen muodostaen HN03:a:

Puhdas typpihappo on väritöntä nestettä, joka muuttuu kiteiseksi 42 °C:ssa. Ilmassa se "savuttaa", koska sen höyryt ilman kosteuden kanssa muodostavat pieniä sumupisaroita. Se sekoittuu veteen missä suhteessa tahansa. HN0 3:lla on litteä rakenne:

HN03:ssa oleva typpi on kertavarautunutta ja tetrakovalenttista. Nitraatti-ioni N0 3 on litteän kolmion muotoinen, mikä selittyy typen valenssiorbitaalien ^-hybridisaatiolla:

Typpihappo on yksi vahvimmista hapoista. Vesiliuoksissa se dissosioituu täysin H+- ja N03-ioneiksi.

Typpihapolle on ominaista yksinomaan hapettavat ominaisuudet. Typpihapon typpi on korkeimmassa hapetustilassa +5, joten se voi saada vain elektroneja. Typpihappo hajoaa jo valon vaikutuksesta vapauttamalla NO 2:ta ja 0 2:ta:

Typpihapon pitoisuudesta ja pelkistimen laadusta riippuen muodostuu erilaisia ​​tuotteita, joissa typen hapetusaste on +4 -

Väkevä typpihappo hapettaa useimmat metallit (paitsi kulta ja platina).

Kun väkevä HN03 on vuorovaikutuksessa matala-aktiivisten metallien kanssa, muodostuu yleensä NO 2:ta:

Laimennettu typpihappo pelkistyy kuitenkin tässä tapauksessa NO:ksi:

Jos aktiivisemmat metallit joutuvat hapetusreaktioon laimean typpihapon kanssa, N 3 0 vapautuu:

Erittäin laimea typpihappo, kun se on vuorovaikutuksessa aktiivisten metallien kanssa, pelkistyy ammoniumsuoloiksi:

Rauta reagoi helposti laimean typpihapon kanssa eikä reagoi väkevän typpihapon kanssa kylmässä. Kromi ja alumiini käyttäytyvät samalla tavalla. Tämä selittyy sillä, että näiden metallien pinnalle muodostuu oksidikalvoja, jotka estävät metallin hapettumisen edelleen (metallin passivointi).

Siten, kun typpihappo on vuorovaikutuksessa metallien kanssa, vetyä ei vapaudu.

Epämetallit hapettuvat happihapoiksi kuumennettaessa HN03:lla. Konsentraatiosta riippuen typpihappo pelkistetään NO 2:ksi tai NO:ksi:

Seosta, jossa on yksi tilavuus typpihappoa ja kolme tilavuutta väkevää suolahappoa kutsutaan kuninkaallinen vodka. Tämä seos on vahvempi hapetin ja liuottaa jalometalleja, kuten kultaa ja platinaa. Aqua regian vaikutus perustuu siihen, että HNO 3 hapettaa HC1:tä vapauttaen nitrosyylikloridia, joka hajoaa muodostaen atomiklooria ja NO:ta. Kloori toimii hapettavana aineena vuorovaikutuksessa metallien kanssa:

Vuorovaikutus kullan kanssa etenee reaktion mukaan

Typpihappo käyttäytyy pitoisuudesta riippuen eri tavalla sulfidien suhteen, joilla on pelkistäviä ominaisuuksia. Joten laimea typpihappo (jopa 20 %) hapettaa sulfidi-ionin S 2- neutraaliksi rikiksi ja pelkistyy itse NO:ksi. Väkevämpi typpihappo (30 % liuos) hapettaa S2:n SOf:ksi, samalla kun se pelkistyy NO:ksi:

Vedettömässä typpihapossa tapahtuu seuraavat tasapainoprosessit:

Nitraatti-ionin N0 3 tunnistamiseksi ja sen erottamiseksi nitriitti-ionista N0 2 käytetään useita reaktioita:

a) nitraatit emäksisessä ympäristössä voidaan pelkistää ammoniakiksi metalleilla - sinkillä tai alumiinilla:

• (Vapautunut kaasumainen ammoniakki voidaan havaita märän lakmuspaperin sinisestä väristä);
• b) rautasulfaatti (I) hapetetaan happamassa ympäristössä typpihapolla rautasulfaatiksi (III). Typpihappo pelkistyy NO:ksi, joka ylimäärällä FeSO^a muodostaa ruskean kompleksiyhdisteen:

Typpihapon suolat, joita kutsutaan nitraateiksi, ovat kiteisiä aineita, jotka liukenevat hyvin veteen. Kuumennettaessa ne hajoavat vapauttamalla 0 9 . Alkalimetalleja sisältävät nitraatit ja metallit, jotka seisovat standardielektrodipotentiaalien sarjassa magnesiumin (mukaan lukien magnesiumin) vasemmalla puolella, siirtyvät hapen poistuessa vastaaviksi nitriiteiksi:

Metallien nitraatit, jotka ovat vakioelektrodipotentiaalien sarjassa kuparin oikealla puolella, jakautuvat muodostamalla vapaita metalleja:

Muiden metallien nitraatit hajoavat oksideiksi:

Kvalitatiiviseen havaitsemiseen käytetään reaktiota

jonka seurauksena vapautuu ruskeaa kaasua (NO 9).

Koska nitraatit hajottavat helposti happea korkeissa lämpötiloissa ja ovat siksi hapettavia aineita, niitä käytetään syttyvien ja räjähdysherkkien seosten valmistukseen. Esimerkiksi ruuti on seos, jossa on 68 % KN0 3 , 15 % S ja 17 % C.

Tärkeimmät ovat NaNO , j (Chilen nitraatti), KN0 3 (kaliumnitraatti), NH 4 N0 3 (ammoniumnitraatti) ja Ca (NO: i) 2 (kalsiumnitraatti). Kaikkia näitä yhdisteitä käytetään maataloudessa lannoitteina.

Biologinen rooli typpeä. Typpi on makroelementti, joka on osa proteiinien, RNA:n ja DNA:n, hormonien, entsyymien, vitamiinien ja monien muiden elintärkeiden substraattien aminohappoja.

Typpihappoa esiintyy joko liuoksessa tai kaasufaasissa. Se on epästabiili ja hajoaa höyryinä kuumennettaessa:

2HNO 2 "NO + NO 2 + H2O

Tämän hapon vesiliuokset hajoavat kuumennettaessa:

3HNO 2 "HNO3 + H20 + 2NO

Tämä reaktio on siksi palautuva, vaikka NO 2:n liukenemiseen liittyy kahden hapon muodostuminen: 2NO 2 + H 2 O \u003d HNO 2 + HNO 3

käytännössä NO 2:n vuorovaikutuksella veden kanssa saadaan HNO 3:a:

3NO 2 + H 2O \u003d 2HNO 3 + NO

Happamien ominaisuuksien osalta typpihappo on vain hieman vahvempaa kuin etikkahappo. Sen suoloja kutsutaan nitriiteiksi, ja toisin kuin itse happo, ne ovat pysyviä. Sen suoloista, lisäämällä rikkihappoa, voidaan saada HNO 2 -liuos:

Ba(NO 2) 2 + H 2 SO 4 \u003d 2HNO 2 + BaSO 4 ¯

Sen yhdisteitä koskevien tietojen perusteella typpihapon kahden tyyppistä rakennetta ehdotetaan:

jotka vastaavat nitriittejä ja nitroyhdisteitä. Aktiivisten metallien nitriiteillä on tyypin I rakenne ja matala-aktiivisilla metalleilla - tyyppi II. Lähes kaikki tämän hapon suolat ovat erittäin liukoisia, mutta hopeanitriitti on kaikista vaikein. Kaikki typpihapon suolat ovat myrkyllisiä. Kemiallisen tekniikan kannalta tärkeitä ovat KNO 2 ja NaNO 2, joita tarvitaan orgaanisten väriaineiden valmistuksessa. Molemmat suolat saadaan typen oksideista:

NO + NO 2 + NaOH \u003d 2NaNO 2 + H 2 O tai kun niiden nitraatteja kuumennetaan:

KNO 3 + Pb \u003d KNO 2 + PbO

Pb:tä tarvitaan vapautuneen hapen sitomiseen.

HNO 2:n kemiallisista ominaisuuksista oksidatiiviset ovat selvempiä, kun taas se itse pelkistyy NO:ksi:

Voidaan kuitenkin antaa monia esimerkkejä tällaisista reaktioista, joissa typpihapolla on pelkistäviä ominaisuuksia:

Typpihapon ja sen suolojen esiintyminen liuoksessa voidaan määrittää lisäämällä kaliumjodidin ja tärkkelyksen liuosta. Nitriitti-ioni hapettaa jodin anionin. Tämä reaktio edellyttää H+:n läsnäoloa, so. toimii happamassa ympäristössä.

Typpihappo

Laboratorio-olosuhteissa typpihappoa voidaan saada vaikuttamalla väkevää rikkihappoa nitraatteihin:

NaNO 3 + H 2 SO 4 (c) \u003d NaHS04 + HNO 3 Reaktio etenee kevyesti kuumentaen.

Typpihapon saaminen teollisessa mittakaavassa suoritetaan ammoniakin katalyyttisellä hapetuksella ilmakehän hapella:

1. Ensin ammoniakin ja ilman seos johdetaan platinakatalyytin yli 800 °C:ssa. Ammoniakki hapettuu typpioksidiksi (II):

4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O

2. Jäähtyessään NO hapettuu edelleen NO 2:ksi: 2NO + O 2 \u003d 2NO 2

3. Tuloksena oleva typpioksidi (IV) liukenee veteen ylimäärän O 2:n läsnä ollessa muodostaen HNO 3:a: 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 \u003d 4HNO 3

Lähtötuotteet - ammoniakki ja ilma - puhdistetaan perusteellisesti haitallisista epäpuhtauksista, jotka myrkyttävät katalyyttiä (rikkivety, pöly, öljyt jne.).

Saatu happo on laimeaa (40-60 %). Väkevää typpihappoa (96-98 %) saadaan tislaamalla laimeaa happoa, johon on sekoitettu väkevää rikkihappoa. Tässä tapauksessa vain typpihappo haihtuu.

Fyysiset ominaisuudet

Typpihappo on väritön neste, jolla on pistävä haju. Erittäin hygroskooppinen, "savua" ilmassa, koska. sen höyryt ilman kosteuden kanssa muodostavat sumupisaroita. Sekoittuu veteen missä suhteessa tahansa. -41,6 °C:ssa se siirtyy kiteiseen tilaan. Kiehuu 82,6 °C:ssa.

HNO 3:ssa typen valenssi on 4 ja hapetusaste +5. Typpihapon rakennekaava on kuvattu seuraavasti:

Molemmat happiatomit, jotka ovat sitoutuneet vain typpeen, ovat samanarvoisia: ne ovat samalla etäisyydellä typpiatomista ja kumpikin kantavat puolielektronin varauksen, ts. neljännes typestä jakautuu tasan kahden happiatomin kesken.

Typpihapon elektroninen rakenne voidaan johtaa seuraavasti:

1. Vetyatomi on sidottu happiatomiin kovalenttisella sidoksella:

2. Parittoman elektronin ansiosta happiatomi muodostaa kovalenttisen sidoksen typpiatomin kanssa:

3. Kaksi typpiatomin paritonta elektronia muodostavat kovalenttisen sidoksen toisen happiatomin kanssa:

4. Kolmas happiatomi virittyneenä muodostaa vapaan 2p- kiertoradalla elektroniparin avulla. Yksinäisen typpiparin vuorovaikutus kolmannen happiatomin vapaan kiertoradan kanssa johtaa typpihappomolekyylin muodostumiseen:

Kemiallisia ominaisuuksia

1. Laimennetulla typpihapolla on kaikki happojen ominaisuudet. Se kuuluu vahvoihin happoihin. Dissosioituu vesiliuoksissa:

HNO 3 "H + + NO - 3 Lämmön vaikutuksesta ja valossa se hajoaa osittain:

4HNO 3 \u003d 4NO 2 + 2H 2 O + O 2 Säilytä siksi viileässä ja pimeässä paikassa.

2. Typpihapolle on ominaista yksinomaan hapettavat ominaisuudet. Tärkein kemiallinen ominaisuus on vuorovaikutus lähes kaikkien metallien kanssa. Vetyä ei koskaan vapaudu. Typpihapon talteenotto riippuu sen pitoisuudesta ja pelkistimen luonteesta. Typen hapettumisaste pelkistystuotteissa on välillä +4 - -3:

HN +5 O 3 ® N + 4 O 2 ® HN + 3 O 2 ® N + 2 O ® N + 1 2 O ® N 0 2 ® N -3 H 4 NO 3

Eri pitoisuuksien typpihapon vuorovaikutuksessa eri aktiivisten metallien kanssa esiintyvät pelkistystuotteet on esitetty alla olevassa kaaviossa.

Väkevä typpihappo ei normaalilämpötilassa ole vuorovaikutuksessa alumiinin, kromin tai raudan kanssa. Hän laittaa ne passiiviseen tilaan. Pintaan muodostuu oksidikalvo, joka on tiivistettyä happoa läpäisemätön.

3. Typpihappo ei reagoi Pt:n, Rh:n, Irin, Ta:n, Au:n kanssa. Platina ja kulta liuotetaan "aqua regiaan" - seokseen, jossa on 3 tilavuutta väkevää suolahappoa ja 1 tilavuus väkevää typpihappoa:

Au + HNO 3 + 3HCl \u003d AuCl 3 + NO + 2H 2 O HCl + AuCl 3 \u003d H

3Pt + 4HNO 3 + 12HCl \u003d 3PtCl 4 + 4NO + 8H 2 O 2HCl + PtCl 4 \u003d H 2

"Kuninkaallisen vodkan" toiminta on, että typpihappo hapettaa suolahapon vapaaksi klooriksi:

HNO 3 + HCl \u003d Cl 2 + 2H 2 O + NOCl 2NOCl \u003d 2NO + Cl 2 Vapautunut kloori yhdistyy metallien kanssa.

4. Epämetallit hapetetaan typpihapolla vastaaviksi hapoiksi ja pelkistetään pitoisuudesta riippuen NO:ksi tai NO 2:ksi:

S + bHNO 3 (kons.) \u003d H 2 SO 4 + 6NO 2 + 2H 2 OR + 5HNO 3 (kons.) \u003d H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O I 2 + 10HNO 3 (kons.) \u003d + 10NO 2 + 4H 2 O 3P + 5HNO 3 (p azb) + 2H 2 O \u003d 3H 3 RO 4 + 5NO

5. Se on myös vuorovaikutuksessa orgaanisten yhdisteiden kanssa.

Typpihapon suoloja kutsutaan nitraateiksi, ne ovat kiteisiä aineita, jotka liukenevat hyvin veteen. Niitä saadaan HNO 3:n vaikutuksesta metalleihin, niiden oksideihin ja hydroksideihin. Kalium-, natrium-, ammonium- ja kalsiumnitraatteja kutsutaan salpettereiksi. Salaattia käytetään pääasiassa mineraalityppilannoitteena. Lisäksi KNO 3:a käytetään mustajauheen valmistukseen (seos, jossa on 75 % KNO 3 , 15 % C ja 10 % S). Ammonaaliräjähde on valmistettu NH 4 NO 3:sta, alumiinijauheesta ja trinitrotolueenista.

Typpihapon suolat hajoavat kuumennettaessa, ja hajoamistuotteet riippuvat suolaa muodostavan metallin sijainnista standardielektrodipotentiaalien sarjassa:

Hajoaminen kuumennettaessa (termolyysi) on typpihapon suolojen tärkeä ominaisuus.

2KNO 3 \u003d 2KNO 2 +O 2

2Cu(NO 3) 2 \u003d 2CuO + NO 2 + O 2

Mg:n vasemmalla puolella olevat metallisuolat muodostavat nitriittejä ja happea, Mg:stä Cu - metallioksidiin, NO 2:een ja happeen, Cu -vapaan metallin, NO 2:n ja hapen jälkeen.

Sovellus

Typpihappo on kemianteollisuuden tärkein tuote. Suuria määriä käytetään typpilannoitteiden, räjähteiden, väriaineiden, muovien, tekokuitujen ja muiden materiaalien valmistukseen. savuava

typpihappoa käytetään rakettiteknologiassa rakettipolttoaineen hapettavana aineena.

Typpihappo. Puhdas typpihappo HNO 3 on väritön neste, jonka tiheys on 1,51 g / cm -42 ° C:ssa ja joka jähmettyy läpinäkyväksi kiteiseksi massaksi. Ilmassa se, kuten väkevä kloorivetyhappo, "savua", koska sen höyryt muodostavat pieniä sumupisaroita "ilman kosteuden kanssa,

Typpihappo ei eroa vahvuudeltaan, se hajoaa vähitellen jo valon vaikutuksesta:

Mitä korkeampi lämpötila ja väkevämpi happo, sitä nopeampi hajoaminen. Vapautunut typpidioksidi liukenee happoon ja antaa sille ruskean värin.

Typpihappo on yksi vahvimmista hapoista; laimeissa liuoksissa se hajoaa täysin H +- ja -NO 3 -ioneiksi.

Typpihapon hapettavat ominaisuudet. Typpihapon tyypillinen ominaisuus on sen selvä hapetuskyky. Typpihappo-yksi

energisimmista hapettimista. Monet epämetallit hapettuvat helposti sen vaikutuksesta ja muuttuvat vastaaviksi hapoiksi. Joten kun rikkiä keitetään typpihapon kanssa, se hapettuu vähitellen rikkihapoksi, fosfori fosforihapoksi. Konsentroituun HNO 3:een upotettu kytevä hiillos leimahtaa kirkkaasti.

Typpihappo vaikuttaa lähes kaikkiin metalleihin (lukuun ottamatta kultaa, platinaa, tantaalia, rodiumia, iridiumia) muuttaen ne nitraateiksi ja jotkut metallit oksideiksi.

Väkevä HNO 3 passivoi joitakin metalleja. Lomonosov havaitsi myös, että rauta, joka liukenee helposti laimeaan typpihappoon, ei liukene.

kylmässä väkevässä HNO 3:ssa. Myöhemmin havaittiin, että typpihapolla on samanlainen vaikutus kromiin ja alumiiniin. Nämä metallit menevät alle

väkevän typpihapon vaikutus passiivisessa tilassa.

Typen hapetusaste typpihapossa on 4-5. Hapettavana aineena toimiva HNO 3 voidaan pelkistää useiksi tuotteiksi:

Kuitti.

1. Laboratoriossa typpihappoa saadaan saattamalla vedettömät nitraatit reagoimaan väkevän rikkihapon kanssa:

Ba (NO 3) 2 + H 2 SO 4 → BaSO 4 ↓ + 2HNO 3.

2. Teollisuudessa typpihapon tuotanto tapahtuu kolmessa vaiheessa:

1. Ammoniakin hapetus typpioksidiksi (II):

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6 H2O

2. Typpioksidin (II) hapetus typpioksidiksi (IV):

2NO + O 2 → 2NO 2

3. Typpioksidin (IV) liukeneminen veteen ylimäärän hapen kanssa:

4NO 2 + 2H 2 O + O 2 → 4HNO 3

Kemiallisia ominaisuuksia . Näyttää kaikki happojen ominaisuudet. Typpihappo on yksi vahvimmista mineraalihapoista.

1. Vesiliuoksissa se dissosioituu täysin ioneiksi:

HNO3 → H+ + NO-3

2. Reagoi metallioksidien kanssa:

MgO + 2HNO 3 → Mg (NO 3) 2 + H 2 O,

3. Reagoi emästen kanssa:

Mg (OH) 2 + 2HNO 3 → Mg (NO 3) 2 + 2H 2 O,

4. Kun väkevä HNO 3 on vuorovaikutuksessa aktiivisimpien metallien kanssa Al:ksi, se pelkistyy N 2 O:ksi. Esimerkiksi:

4Ca + 10HNO 3 → 4Ca(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

5. Väkevä HNO 3 pelkistyy NO 2:ksi vuorovaikutuksessa vähemmän aktiivisten metallien (Ni, Cu, Ag, Hg) kanssa. Esimerkiksi:

4HNO3 + Ni → Ni(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2O.

6. Samoin väkevä HNO 3 reagoi ei-metallien kanssa. Ei-metalli hapettuu. Esimerkiksi:

5HNO 3 + Po → HP + 5O 3 + 5NO 2 + 2H 2 O.

C typpihappoolis - nitraatit kuumennettaessa ne hajoavat kaavion mukaisesti:

Mg:n vasemmalla puolella: MeNO 3 → MeNO 2 + O 2

Mg - Cu: MeNO 3 → MeO + NO 2 + O 2

oikealle Cu MeNO 3 → Me + NO 2 + O 2

Sovellus.

Typpihappoa käytetään typpilannoitteiden, lääkkeiden ja räjähteiden valmistukseen.

Vety. Atomin rakenne, fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet, vedyn tuotanto ja käyttö.

VETY, H, kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 1, atomimassa 1,00794.

Luonnollinen vety koostuu kahden stabiilin nuklidin seoksesta, joiden massaluvut ovat 1,007825 (99,985 % seoksessa) ja 2,0140 (0,015 %). Lisäksi luonnollisessa vedyssä on aina mitättömät määrät radioaktiivista nuklidia - tritium 3 H:ta (puoliintumisaika T1 / 2 = 12,43 vuotta). Koska vetyatomin ydin sisältää vain yhden protonin (atomin ytimessä ei voi olla vähemmän protoneja), joskus sanotaan, että vety muodostaa D. I. Mendelejevin jaksollisen alkuainejärjestelmän luonnollisen alarajan (vaikka elementti vety itse sijaitsee ylimmän osan taulukoissa). Alkuaine vety sijaitsee jaksollisen järjestelmän ensimmäisessä jaksossa. Se kuuluu sekä 1. ryhmään (alkalimetallien ryhmä IA) että 7. ryhmään (halogeenien ryhmä VIIA).

Atomien massat vetyisotoopeissa vaihtelevat suuresti (useita kertoja). Tämä johtaa havaittaviin eroihin niiden käyttäytymisessä fysikaalisissa prosesseissa (tislaus, elektrolyysi jne.) ja tiettyihin kemiallisiin eroihin (erot yhden alkuaineen isotooppien käyttäytymisessä kutsutaan isotooppivaikutuksiksi, vedyn osalta isotooppivaikutukset ovat merkittävimmät). Siksi, toisin kuin kaikkien muiden alkuaineiden isotoopeilla, vety-isotoopeilla on erityiset symbolit ja nimet. Vetyä, jonka massaluku on 1, kutsutaan kevyeksi vedyksi tai protiumiksi (lat. Protium, kreikan sanasta protos - ensimmäinen), jota merkitään symbolilla H, ja sen ydintä kutsutaan protoniksi, symboli p. Vetyä, jonka massaluku on 2, kutsutaan raskaaksi vedyksi, deuteriumiksi (latinaksi Deuterium, kreikan sanasta deuteros - toinen), sen osoittamiseen käytetään symboleja 2 H tai D (lue "de"), ydin d on deuteron. Radioaktiivista isotooppia, jonka massaluku on 3, kutsutaan superraskaaksi vedyksi tai tritiumaksi (lat. Tritum, kreikan sanasta tritos - kolmas), symboli 3 H tai T (lue "ne"), ydin t on tritoni.

Neutraalin virittymättömän vetyatomin ainoan elektronikerroksen konfiguraatio on 1s1. Yhdisteissä sen hapetustilat ovat +1 ja harvemmin -1 (valenssi I). Neutraalin vetyatomin säde on 0,0529 nm. Atomin ionisaatioenergia on 13,595 eV, elektronien affiniteetti on 0,75 eV. Paulingin asteikolla vedyn elektronegatiivisuus on 2,20. Vety on yksi ei-metalleista.

Vapaassa muodossaan se on kevyt, syttyvä kaasu ilman väriä, hajua tai makua.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet: normaalioloissa vety on kevyttä (tiheys normaaleissa olosuhteissa 0,0899 kg / m 3) väritöntä kaasua. Sulamispiste -259,15 °C, kiehumispiste -252,7 °C. Nestemäisen vedyn (kiehumispisteessä) tiheys on 70,8 kg/m 3 ja se on kevyin neste. Standardielektrodipotentiaali H 2 / H– vesiliuoksessa on 0. Vety liukenee huonosti veteen: 0 °C:ssa liukoisuus on alle 0,02 cm 3 / ml, mutta se liukenee hyvin joihinkin metalleihin (sienirauta ja muut), erityisen hyvä - metallisessa palladiumissa (noin 850 tilavuutta vetyä 1 tilavuudessa metallia). Vedyn palamislämpö on 143,06 MJ/kg.

Esiintyy kaksiatomisten H2-molekyylien muodossa. H2:n dissosiaatiovakio atomeiksi lämpötilassa 300 K on 2,56 10–34. H2-molekyylin dissosiaatioenergia atomeiksi on 436 kJ/mol. Ytimen välinen etäisyys H2-molekyylissä on 0,07414 nm.

Koska jokaisen molekyylin osana olevan H-atomin ytimellä on oma spin, molekyylivety voi olla kahdessa muodossa: ortovedyn muodossa (o-H 2) (molemmat spinit ovat samassa orientaatiossa) ja paravedyn muodossa ( p-H 2 ) (selkäosat ovat eri asennossa). Normaaleissa olosuhteissa normaali vety on seos, jossa on 75 % o-H2 ja 25 % p-H 2 . P- ja o-H2:n fysikaaliset ominaisuudet eroavat hieman toisistaan. Joten, jos puhtaan o-H 2:n kiehumispiste on 20,45 K, niin puhdas p-n 2 - 20,26 K. O-H2:n muuttumiseen p-H2:ksi liittyy 1418 J/mol lämmön vapautuminen.

H2-molekyylin atomien välisen kemiallisen sidoksen suuri lujuus (joka esimerkiksi molekyyliratamenetelmää käytettäessä selittyy sillä, että tässä molekyylissä elektronipari on sidosradalla ja löystyvä kiertorata on ei ole täynnä elektroneja) johtaa siihen, että huoneenlämpötilassa kaasumainen vety on kemiallisesti inaktiivinen. Joten ilman lämmitystä, yksinkertaisella sekoituksella, vety reagoi (räjähdyksellä) vain kaasumaisen fluorin (F) kanssa:

H 2 + F 2 \u003d 2HF + Q.

Jos huoneenlämpötilassa olevaa vedyn ja kloorin seosta (Cl) säteilytetään ultraviolettivalolla, havaitaan välittömästi kloorivedyn HCl:n muodostumista. Vedyn reaktio hapen (O) kanssa tapahtuu räjähdyksellä, jos näiden kaasujen seokseen lisätään katalyyttiä - metallista palladiumia (Pd) (tai platinaa (Pt)). Sytytettynä vedyn ja hapen seos (O) (ns. räjähtävä kaasu) räjähtää, ja räjähdys voi tapahtua seoksissa, joissa vetypitoisuus on 5-95 tilavuusprosenttia. Puhdas vety ilmassa tai puhtaassa hapessa (O) palaa hiljaa vapauttaen suuren lämpömäärän:

H 2 + 1 / 2O 2 \u003d H 2 O + 285,75 kJ / mol

Jos vety on vuorovaikutuksessa muiden ei-metallien ja metallien kanssa, niin vain tietyissä olosuhteissa (kuumennus, korkea paine, katalyytin läsnäolo). Joten vety reagoi palautuvasti typen (N) kanssa korotetussa paineessa (20-30 MPa ja enemmän) ja lämpötilassa 300-400 ° C katalyytin - raudan (Fe) - läsnä ollessa:

3H2 + N2 = 2NH3 + Q.

Myös vain kuumennettaessa vety reagoi rikin (S) kanssa muodostaen rikkivetyä H2S, bromin (Br) kanssa muodostaen bromivetyä HBr, jodin (I) kanssa muodostaen vetyjodidia HI. Vety reagoi hiilen (grafiitin) kanssa muodostaen seoksen erilaisia ​​koostumuksia sisältäviä hiilivetyjä. Vety ei ole suoraan vuorovaikutuksessa boorin (B), piin (Si), fosforin (P) kanssa, näiden alkuaineiden yhdisteitä vedyn kanssa saadaan epäsuorasti.

Kuumennettaessa vety pystyy reagoimaan alkalin, maa-alkalimetallien ja magnesiumin (Mg) kanssa muodostaen ionisidoksella varustettuja yhdisteitä, jotka sisältävät vetyä hapetustilassa –1. Joten kun kalsiumia kuumennetaan vetyatmosfäärissä, muodostuu suolan kaltainen hydridi, jonka koostumus on CaH2. Polymeerinen alumiinihydridi (AlH 3) x - yksi vahvimmista pelkistysaineista - saadaan epäsuorasti (esimerkiksi käyttämällä organoalumiiniyhdisteitä). Monien siirtymämetallien kanssa (esimerkiksi zirkonium (Zr), hafnium (Hf) jne.) vety muodostaa koostumukseltaan vaihtelevia yhdisteitä (kiinteitä liuoksia).

Vety pystyy reagoimaan paitsi monien yksinkertaisten, myös monimutkaisten aineiden kanssa. Ensinnäkin on huomattava vedyn kyky pelkistää monia metalleja oksideistaan ​​(kuten rauta (Fe), nikkeli (Ni), lyijy (Pb), volframi (W), kupari (Cu) jne.) . Joten, kun se kuumennetaan 400-450 ° C:n lämpötilaan tai korkeampaan lämpötilaan, rauta (Fe) pelkistyy vedyllä mistä tahansa sen oksideista, esimerkiksi:

Fe 2O 3 + 3H 2 \u003d 2Fe + 3H 2 O.

On huomattava, että vedyllä voidaan pelkistää oksideista vain ne metallit, jotka sijaitsevat mangaanin (Mn) takana olevien standardipotentiaalien sarjassa. Aktiivisemmat metallit (mukaan lukien mangaani (Mn)) eivät pelkisty metalliksi oksideista.

Vety pystyy lisäämään kaksois- tai kolmoissidoksen moniin orgaanisiin yhdisteisiin (näitä ovat ns. hydrausreaktiot). Esimerkiksi nikkelikatalyytin läsnä ollessa voidaan suorittaa eteenin C 2 H 4 hydraus, jolloin muodostuu etaania C 2 H 6:ta:

C 2 H 4 + H 2 \u003d C 2 H 6.

Hiilimonoksidin (II) ja vedyn vuorovaikutus teollisuudessa tuottaa metanolia:

2H2 + CO \u003d CH30H.

Yhdisteissä, joissa vetyatomi on liittynyt elektronegatiivisemman alkuaineen E (E \u003d F, Cl, O, N) atomiin, molekyylien välille muodostuu vetysidoksia (saman tai kahden eri alkuaineen kaksi E-atomia on kytketty toisiinsa H-atomin läpi: E "... N ... E"", jossa kaikki kolme atomia sijaitsevat samalla suoralla). näiden aineiden kiehumispisteiden nousu, haihtumislämmön nousu jne.

Kuitti: Vetyä voidaan saada monella tavalla. Teollisuudessa tähän käytetään maakaasuja sekä öljynjalostuksesta, koksauksesta ja hiilen ja muiden polttoaineiden kaasutuksesta saatavia kaasuja. Tuotaessa vetyä maakaasusta (pääkomponentti on metaani) tapahtuu sen katalyyttinen vuorovaikutus vesihöyryn kanssa ja epätäydellinen hapetus hapen kanssa (O):

CH 4 + H 2 O \u003d CO + 3H 2 ja CH 4 + 1/2 O 2 \u003d CO 2 + 2H 2

Vedyn erottaminen koksikaasusta ja jalostuskaasuista perustuu niiden nesteytymiseen syväjäähdytyksen aikana ja vetyä helpommin nesteytyvien kaasujen poistamiseen seoksesta. Halvan sähkön läsnäollessa vetyä saadaan elektrolyysillä vedestä kuljettamalla virtaa alkaliliuosten läpi. Laboratorio-olosuhteissa vetyä saadaan helposti metallien vuorovaikutuksella happojen kanssa, esimerkiksi sinkin (Zn) ja suolahapon kanssa.

Sovellus: vetyä käytetään synteesissä ammoniakki NH3, kloorivety HCl, metanoli CH 3 OH, luonnollisten hiilivetyjen vetykrakkaus (krakkaus vetyatmosfäärissä) pelkistimenä tiettyjen metallien valmistuksessa. Hydraamalla luonnollisia kasviöljyjä saadaan kovaa rasvaa - margariinia. Nestemäistä vetyä käytetään rakettipolttoaineena ja myös jäähdytysaineena. Hitsauksessa käytetään hapen (O) ja vedyn seosta.

Aikanaan ehdotettiin, että lähitulevaisuudessa pääasiallinen energiantuotantolähde olisi vedyn polton reaktio ja vetyenergia korvaisi perinteiset energiantuotantolähteet (hiili, öljy jne.). Samalla oletettiin, että vedyn suuren mittakaavan tuotantoon olisi mahdollista käyttää veden elektrolyysiä. Veden elektrolyysi on melko energiaintensiivinen prosessi, ja tällä hetkellä on kannattamatonta saada vetyä elektrolyysillä teollisessa mittakaavassa. Mutta odotettiin, että elektrolyysi perustuisi keskilämpötilan (500-600°C) lämmön käyttöön, jota esiintyy suuria määriä ydinvoimalaitosten käytön aikana. Tämän lämmön käyttö on rajallista, ja mahdollisuus saada vetyä sen avulla ratkaisisi sekä ekologisen ongelman (kun vetyä poltetaan ilmassa, muodostuu mahdollisimman vähän ympäristölle haitallisia aineita) että keskilämpötilan hyödyntämisongelman. lämpöä. Tshernobylin katastrofin jälkeen ydinenergian kehitystä kuitenkin rajoitetaan kaikkialla, joten ilmoitettu energialähde on saavuttamattomissa. Siksi vedyn laajan käytön näkymät energialähteenä ovat yhä siirtymässä, ainakin 2000-luvun puoliväliin asti.

Liikkeen ominaisuudet : vety ei ole myrkyllistä, mutta sitä käsiteltäessä on jatkuvasti otettava huomioon sen suuri palo- ja räjähdysvaara, ja vedyn räjähdysvaara kasvaa kaasun suuren kyvyn vuoksi diffundoitua jopa joidenkin kiinteiden aineiden läpi. Ennen kuin aloitat lämmityksen vetyilmakehässä, varmista, että se on puhdas (kun sytytetään vetyä ylösalaisin käännetyssä koeputkessa, äänen tulee olla tylsää, ei haukkumista).

27 Mikro-organismien asema elävän maailman järjestelmässä. Mikro-organismien monimuotoisuus ja niiden yhteisyys muiden organismien kanssa. Mikro-organismien oleellisia ominaisuuksia ovat: pieni solukoko, korkea metabolinen aktiivisuus, niiden aineenvaihdunnan korkea plastisuus (nopea sopeutuminen muuttuviin ympäristöolosuhteisiin, "ubiquity"), kyky lisääntyä nopeasti, huono morfologinen erilaistuminen ja erilaiset aineenvaihduntaprosessit.

Mikro-organismit, (mikrobit) - kollektiivinen nimi eläville organismeille, jotka ovat liian pieniä näkyäkseen paljaalla silmällä (niiden tyypillinen koko on alle 0,1 mm). Mikro-organismien koostumukseen kuuluu sekä ei-ydinmäisiä (prokaryootit: bakteerit, arkeat) että eukaryootteja: joitakin sieniä, protisteja, mutta ei viruksia, jotka yleensä eristetään erillinen ryhmä. Suurin osa mikro-organismeista on yksisoluisia, mutta on myös monisoluisia mikro-organismeja, aivan kuten on joitain paljaalla silmällä näkyviä yksisoluisia makro-organismeja, kuten Thiomargarita namibiensis, Caulerpa-suvun jäsen (ne ovat jättimäisiä polykaryoneja ). Mikrobiologia tutkii näitä organismeja.

Mikro-organismien aineenvaihduntapotentiaalin läsnäolo ja kokonaisvoima määrää niiden tärkeimmän roolin aineiden kierrossa ja dynaamisen tasapainon ylläpitämisessä maapallon biosfäärissä.

Lyhyt katsaus mikrokosmoksen erilaisiin edustajiin, jotka miehittävät tietyn koon "lattiat", osoittaa, että yleensä esineiden koko liittyy ehdottomasti niiden rakenteelliseen monimutkaisuuteen. Vapaasti elävän yksisoluisen organismin alaraja määräytyy sen tilan mukaan, joka tarvitaan pakkaamaan solun sisään itsenäiseen olemassaoloon tarvittava laite. Mikro-organismien koon ylärajan rajoituksen määrää nykyaikaisten käsitteiden mukaan solupinnan ja tilavuuden välinen suhde. Solujen mittojen kasvaessa pinta kasvaa neliössä ja tilavuus kuutiossa, joten näiden arvojen välinen suhde siirtyy kohti jälkimmäistä.

Mikro-organismeja elää lähes kaikkialla, missä on vettä, mukaan lukien kuumat lähteet, maailman valtamerten pohja ja myös syvällä maankuoressa. Ne ovat tärkeä lenkki ekosysteemien aineenvaihdunnassa ja toimivat pääasiassa hajottajina, mutta joissakin ekosysteemeissä ne ovat ainoita biomassan tuottajia.

Eri ympäristöissä elävät mikro-organismit osallistuvat rikin, raudan, fosforin ja muiden alkuaineiden kiertoon, hajottavat eläin-, kasviperäisiä orgaanisia aineita sekä abiogeenisiä aineita (metaani, parafiinit), tarjoavat veden itsepuhdistuvan säiliöissä.

Kaikki mikro-organismit eivät kuitenkaan ole hyödyllisiä ihmisille. Hyvin suuri määrä mikro-organismilajeja on opportunistisia tai patogeenisiä ihmisille ja eläimille. Jotkut mikro-organismit aiheuttavat vahinkoa maataloustuotteille, heikentävät maaperää typellä, saastuttavat vesistöjä ja kerääntyvät elintarvikkeisiin myrkyllisiä aineita (esim. mikrobimyrkkyjä).

Mikro-organismeille on ominaista hyvä sopeutumiskyky ympäristötekijöiden toimintaan. Erilaiset mikro-organismit voivat kasvaa lämpötiloissa -6° - +50-75°. Eloonjäämisennätyksen korkeissa lämpötiloissa teki arkeat, joiden tutkituista viljelmistä osa kasvaa yli 110 °C:n ravintoalustalla, esimerkiksi Methanopyrus kandleri (kanta 116) kasvaa 122 °C:ssa, joka on kaikkien tunnettujen ennätyskorkea lämpötila. eliöt.

Luonnossa tämän lämpötilan elinympäristöjä esiintyy paineen alaisena kuumissa vulkaanisissa lähteissä valtamerten pohjalla (mustat tupakoitsijat).

Tunnetaan mikro-organismeja, jotka viihtyvät ionisoivan säteilyn tasoilla, jotka ovat kohtalokkaita monisoluisille olennoille, laajalla pH-alueella, 25 % natriumkloridipitoisuudella, erilaisissa happipitoisuuksissa sen täydelliseen puuttumiseen asti (anaerobiset mikro-organismit).

Samaan aikaan patogeeniset mikro-organismit aiheuttavat sairauksia ihmisissä, eläimissä ja kasveissa.

Yleisimmin hyväksytyt teoriat elämän alkuperästä maapallolla viittaavat siihen, että protomikro-organismit olivat ensimmäisiä eläviä organismeja, jotka syntyivät evoluution kautta.

Tällä hetkellä kaikki mikro-organismit on jaettu kolmeen kuningaskuntaan:

1. Procariota. Kaikentyyppiset bakteerit, riketsia, klamydia, mykoplasmat jne. voidaan katsoa tämän valtakunnan ansioksi. Soluilla on ydin, jossa on yksi kromosomi. Ydintä ei ole erotettu solun sytoplasmasta. Yksinkertainen jakosykli supistuksella. On olemassa useita ainutlaatuisia organelleja, kuten plasmideja, mesosomeja. Ei ole kykyä fotosynteesiin.

2. Eucariotae. Tämän valtakunnan edustajia ovat sienet ja alkueläimet. Solu sisältää ytimen, joka on rajattu sytoplasmasta kalvolla ja jossa on useita kromosomeja. On olemassa useita korkeammille eläimille ominaisia ​​organelleja: mitokondriot, endoplasminen retikulumi, Golgi-laite. Joillakin tämän valtakunnan edustajilla on kloroplasteja ja ne kykenevät fotosynteesiin. Niillä on monimutkainen elinkaari.

3. Vira. Virukset kuuluvat tähän valtakuntaan. Virionin tunnusmerkki on vain yhden tyyppisen nukleiinihapon läsnäolo: RNA tai DNA, joka on suljettu kapsidiin. Viruksella ei välttämättä ole yhteistä ulkokuorta. Viruksen lisääntyminen voi tapahtua vasta sen jälkeen, kun se on upotettu toiseen soluun, jossa replikaatio tapahtuu.