С чем реагирует азотная кислота: металлы, оксиды, основания и соли

Азотная кислота — одно из самых активных веществ школьного курса неорганики. Она реагирует почти со всеми металлами, но делает это не так, как соляная или разбавленная серная. Выясним, с чем реагирует азотная кислота и что при этом происходит.

Чем азотная кислота отличается от других кислот

Формула азотной кислоты — HNO₃. Это сильная кислота и одновременно сильный окислитель. Вторая особенность определяет почти все её необычные реакции: окислителем выступает не ион водорода, как у соляной кислоты, а азот в составе нитрат-иона.

Азот в азотной кислоте находится в высшей степени окисления +5. В ней он «жаден» до электронов и охотно забирает их у металлов и некоторых неметаллов. Например, концентрированная кислота при нагревании окисляет углерод: C + 4HNO₃ = CO₂ + 4NO₂ + 2H₂O.

Отсюда главное правило школьного курса: когда азотная кислота реагирует с металлами, водород, как правило, не выделяется. Вместо него образуются оксиды азота.

Простой способ закрепить тему — сравнить три кислоты по отношению к меди. Соляная кислота с медью не реагирует. Разбавленная серная тоже не реагирует. А вот азотная растворяет медь любой концентрации — потому что действует как окислитель.

Реакции, как у обычной сильной кислоты

С некоторыми веществами азотная кислота реагирует так же, как другие кислоты. Эти реакции похожи на реакции других кислот, с них удобно начинать:

• с основаниями и щелочами — нейтрализация, образуются соль (нитрат) и вода;
• с основными оксидами — например, с оксидом меди при нагревании: образуются нитрат меди и вода, раствор окрашивается в голубой цвет;
• с карбонатами — выделяется углекислый газ, раствор «шипит»;
• с индикаторами — лакмус краснеет, метилоранж становится красным, а фенолфталеин остаётся бесцветным.

Все соли азотной кислоты называются нитратами. Все нитраты хорошо растворимы в воде, поэтому сам нитрат-ион осадков не образует: если при реакции обмена выпал осадок, его дал другой ион. Цвет раствора определяется металлом.

Реакции с металлами

Здесь азотная кислота ведёт себя по-особенному. Продукт зависит от концентрации кислоты и от активности металла:

• концентрированная кислота с малоактивными металлами, такими как медь, даёт бурый ядовитый газ диоксид азота (NO₂);
• разбавленная кислота с теми же металлами даёт оксид азота (II), бесцветный газ, который на воздухе быстро буреет за счёт окисления до NO₂;
• очень разбавленная кислота с активными металлами может восстанавливаться до оксида азота (I), азота или соли аммония.

Для запоминания пригодится простая памятка. Малоактивные металлы, например медь, при реакции с концентрированной кислотой дают NO₂, а с разбавленной — NO. Активные металлы, такие как цинк и магний, с сильно разбавленной кислотой могут дать N₂O, азот или нитрат аммония. Известное исключение, где выделяется немного водорода, — магний (и марганец) в очень разбавленной кислоте.

Медь растворяется в азотной кислоте — в отличие от разбавленной серной, с которой она не реагирует. Золото и платина в азотной кислоте не растворяются. Железо и алюминий на холоде в концентрированной кислоте покрываются плотной оксидной плёнкой и перестают реагировать: это явление называют пассивацией.

Реакции азотной кислоты с металлами сопровождаются выделением токсичных газов, поэтому в школе их показывает учитель под вытяжкой. Дома их не повторяют.

Уравнения реакций для тетради

Если нужно запомнить, как записываются эти реакции, начните с нескольких основных:

• нейтрализация: NaOH + HNO₃ = NaNO₃ + H₂O;
• оксид меди: CuO + 2HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + H₂O;
• карбонат кальция: CaCO₃ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂↑;
• медь и концентрированная кислота: Cu + 4HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2H₂O;
• медь и разбавленная кислота: 3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O.

Оксид азота (II) бесцветен, но при контакте с воздухом сразу соединяется с кислородом: 2NO + O₂ = 2NO₂. Именно поэтому над разбавленной кислотой с медью газ буреет на воздухе.

Реакции с белками и органическими веществами

Азотная кислота окрашивает белки в жёлтый цвет. Это ксантопротеиновая реакция, на которой основан один из школьных опытов на обнаружение белка. На практике её последствия видны сразу: капля кислоты на коже оставляет жёлтое пятно и вызывает ожог, пятна на ткани со временем разрушают волокна.

Свет и нагревание заставляют кислоту разлагаться. Поэтому её хранят в тёмной посуде в прохладном месте, а при длительном хранении она желтеет: в растворе накапливаются оксиды азота.

Как использовать это в школьных опытах

Для знакомства с азотной кислотой хватает простых реакций с разбавленным раствором: нейтрализация щёлочи, взаимодействие с содой, проверка индикаторами. В каталоге «Химички» есть готовый раствор азотной кислоты 10%, 65 мл, который, согласно описанию, предназначен для опытов и лабораторных работ.

Реакции азотной кислоты с металлами и белками оставьте учителю: они требуют вытяжки, опыта и защитной одежды.

Безопасность

Азотная кислота — один из самых агрессивных школьных реактивов, поэтому правила здесь строже обычного:

• работайте в защитных очках и перчатках, в закрытой одежде, только вместе со взрослым;
• проводите опыты в хорошо проветриваемом помещении или на открытом воздухе: многие продукты реакций — ядовитые газы;
• не нагревайте кислоту и не держите её на свету;
• берите минимальные количества, указанные в описании опыта, и не смешивайте реактивы наугад;
• не нюхайте раствор, не пробуйте на вкус, не наклоняйтесь над ёмкостью;
• при попадании на кожу или в глаза сразу промойте большим количеством воды и обратитесь к врачу;
• храните реактив в закрытой подписанной ёмкости, вне досягаемости детей, отдельно от горючих веществ и продуктов.

Часто задаваемые вопросы

Итог

Азотная кислота реагирует с основаниями, оксидами, карбонатами и почти со всеми металлами, но с ними даёт не водород, а оксиды азота. Именно поэтому её опыты требуют особой осторожности. В домашней практике достаточно простых реакций с разбавленным раствором, а остальное — разбирать по учебнику и смотреть на уроке у учителя.