Азотная кислота: для чего используется, где применяется и зачем нужна

Азотная кислота известна из школьного курса как едкая жидкость, которая растворяет медь и оставляет жёлтые пятна на коже. На самом деле её главная работа происходит далеко от лаборатории: на заводах удобрений, откуда нитраты попадают на поля, и на предприятиях, где обрабатывают металлы. Ниже — для чего используется азотная кислота и почему без неё не обходятся ни сельское хозяйство, ни промышленность.

Что это за вещество

Формула азотной кислоты — HNO₃. В чистом виде это бесцветная жидкость с резким запахом; концентрированная «дымит» на воздухе. Это сильная кислота и сильный окислитель: она реагирует почти со всеми металлами и разрушает органические вещества.

У азотной кислоты есть характерная особенность: под действием света и тепла она частично разлагается, и в растворе накапливаются оксиды азота. Поэтому раствор со временем желтеет или даже буреет, а хранят её в тёмной посуде в прохладном месте.

Откуда пошло применение: «крепкая водка»

Азотную кислоту знали ещё алхимики и называли «крепкой водкой». Ею травили металлы и отделяли серебро от золота: золото в азотной кислоте не растворяется, а серебро переходит в раствор. Сегодня похожее применение сохранилось в ювелирном деле и при гравировке.

Для чего нужна азотная кислота в сельском хозяйстве

Основная часть азотной кислоты уходит на удобрения. Растениям нужен азот, а многие почвы бедны его доступными формами. Нитраты — соли азотной кислоты — хорошо растворимы в воде, и корни легко их усваивают.

Например, при взаимодействии азотной кислоты с аммиаком получают аммиачную селитру — нитрат аммония. Нитрат кальция и нитрат калия тоже используют как удобрения. Без этих веществ урожайность на многих полях была бы заметно ниже.

Все удобрения на основе нитратов называют селитрами: аммиачная, калийная, кальциевая, натриевая. У них одна задача — снабдить растения азотом. При этом нитратные удобрения требуют точных доз: избыток приводит к накоплению нитратов в овощах, поэтому инструкции на упаковке нужно соблюдать.

Где применяется азотная кислота в промышленности

Кроме удобрений, азотная кислота нужна во многих отраслях:

• химическая промышленность — исходное вещество для красителей, лекарственных препаратов и других органических соединений;
• металлообработка — травление и очистка поверхности металлов, обработка нержавеющей стали, гравировка на меди и цинке;
• ювелирное дело — кислотная проба на золото: чистое золото в азотной кислоте не растворяется, а многие сплавы и подделки реагируют;
• ракетная техника — раньше дымящая азотная кислота служила окислителем в ракетных двигателях;
• лаборатории — анализ, растворение проб, приготовление нитратов.

Азотная кислота в природе

Любопытно, что некоторое количество азотной кислоты возникает без участия человека. Во время грозы разряд молнии заставляет азот и кислород воздуха соединяться в оксиды азота. Они растворяются в каплях дождя, и на землю попадают следы азотной кислоты. Попав в почву, эти соединения превращаются в нитраты, которыми питаются растения.

Есть и биологический путь: почвенные бактерии-нитрификаторы превращают аммонийный азот в нитраты, и этот процесс — часть круговорота азота в природе.

У этого процесса есть и обратная сторона: выхлопы автомобилей и промышленность тоже дают оксиды азота, которые вносят вклад в кислотные дожди.

Для чего азотная кислота нужна в школе

В школьной химии азотная кислота — образцовый пример сильной кислоты и окислителя. На ней показывают несколько вещей:

• нейтрализацию щёлочи — образуются нитрат и вода, на индикаторе видно, когда щёлочь закончилась;
• реакцию с карбонатами — шипение углекислого газа;
• окислительные свойства — как кислота растворяет медь и почему при этом выделяется бурый газ (этот опыт показывает учитель под вытяжкой);
• ксантопротеиновую реакцию — белки под действием концентрированной азотной кислоты желтеют, а после добавления щёлочи или аммиака окраска становится оранжевой; на этом основан один из способов обнаружения белка.

Школьная практика различает два режима. Концентрированная кислота — это демонстрации учителя под вытяжкой. Разбавленная, вроде 10%-ного раствора, подходит для более спокойных опытов: нейтрализации, реакции с карбонатами, проверки индикаторами.

Для учебных опытов в каталоге «Химички» есть готовый раствор азотной кислоты 10%, 65 мл. По описанию, он предназначен для опытов и лабораторных работ. Реакции кислоты с металлами и белками лучше смотреть на уроке у учителя, а дома ограничиваться нейтрализацией и индикаторами.

Безопасность

Азотная кислота агрессивна: она обжигает кожу, разрушает ткань и выделяет ядовитые газы при реакциях с металлами. Поэтому правила строже, чем для других школьных реактивов:

• работайте в защитных очках и перчатках, в закрытой одежде и только вместе со взрослым;
• проводите опыты в проветриваемом помещении, лучше на свежем воздухе или у открытого окна;
• не нагревайте кислоту, не оставляйте на свету и в тепле;
• берите минимальные количества, указанные в описании опыта, и не смешивайте реактивы наугад;
• не нюхайте раствор и не пробуйте его на вкус;
• при попадании на кожу сразу промойте место большим количеством воды и обратитесь к врачу; жёлтое пятно — признак, что кислота успела повредить кожу;
• храните реактив в закрытой подписанной ёмкости, вне досягаемости детей, отдельно от горючих веществ и продуктов.

Часто задаваемые вопросы

Итог

Азотная кислота нужна прежде всего для удобрений: нитраты кормят растения азотом. Остальное — химическая промышленность, металлообработка, ювелирное дело и лаборатории. В школе её используют как пример сильной кислоты и окислителя. Эти же свойства делают её опасной: работать с ней можно только в очках, в перчатках и со взрослым рядом.