აზოტმჟავა

აზოტმჟავა, აზოტის სპირტი (3) — ძლიერ კოროზიული მინერალური მჟავა.

სუფთა სახით ნივთიერება უფეროა, მაგრამ ძველი ნიმუშები, როგორც წესი, ყვითელ შეფერილობას იღებენ, რაც ძირითადად მისი აზოტის ოქსიდებად და წყლად დაშლის გამო ხდება. კომერციულად ხელმისაწვდომი აზოტმჟავა მის 68% წყალხსნარს წარმოადგენს. როცა ხსნარი შეიცავს 86%-ზე მეტ 3-ს, მას მბოლავი აზოტმჟავა ჰქვია. იმის მიხედვით, თუ რამდენი აზოტის დიოქსიდია მასში გახსნილი, მბოლავ აზოტმჟავას ეძახიან თეთრად მბოლავ აზოტმჟავას ან წითლად მბოლავ აზოტმჟავას (კონცენტრაცია 95%).

აზოტმჟავის ძირითადი გამოყენების სფეროა ნიტრირება — ნივთიერებისთვის (შეეხება ძირითადად ორგანული ნივთიერებებს) ნიტრო ჯგუფის დასამატებლად. ზოგიერთი მიღებული ნიტრო ნაერთები დარტყმა და თერმულად არასტაბილურია (ფეთქებადია), რამდენიმე მათგანი კი საკმაოდ მდგრადია სამხედრო და სამოქალაქო ამფეთქი ნივთიერებებისა და საღებავების საწარმოებლად. აზოტმჟავა ასევე გამოიყენება როგორც ძლიერი მჟანგავი.

ფიზიკური და ქიმიური მახასიათებლები
კომერციული აზოტმჟავა წარმოადგენს აზეოტროპს წყალთან 68% კონცენტრაციისას. ხსნარის დუღილის ტემპერატურა 1 ატმ წნევის დროს 120 ° -ა. ასევე ცნობილია ორი მყარი ჰიდრატი; მონოჰიდრატი (3·2) და ტრიჰიდრატი (3·32).

კომერციული აზოტმჟავა როგორც წესი წარმოადგენს აზოტმჟავისა და წყლის მაქსიმალური დუღილის ტემპერატურის მქონე აზეოტროპს, რომლის კონცენტრაცია დაახლ. 68%-ს შეადგენს (დაახლ. 15მოლ). ის მიიჩნევა კონცენტრირებულად ან ტექნიკურად. რეაქციებისათვის ჩვეულებრივ გამოიყენება 70% 3. კონცენტრირებული აზოტმჟავის სიმკვრივე 1.42 გ/მლ-ს შეადგენს.

აზოტის დიოქსიდით დაბინძურება
აზოტმჟავა ექვემდებარება თერმულ და სინათლის გავლენით დაშლას:

4 3 → 2 2 + 4 2 + 2.

მოცემულ რეაქციას შეუძლია გაზარდოს ხსნარის ზემოთ არსებული ჰაერის ორთქლის წნევა, იმიტომ, რომ წარმოქმნილი აზოტის ოქსიდები მთლიანად ან ნაწილობრივ იხსნება მჟავაში.

აზოტის დიოქსიდი (2) მჟავაში გახსნილი რჩება და ხსნარს ყვითელ ან (მაღალ ტემპერატურებზე) წითელ შეფერილობას აძლევს. მაშინ, როდესაც წესით სუფთა მჟავამ ჰაერთან შეხებისას თეთრი კვამლი უნდა აუშვას, ის მასში გახსნილი დიოქსიდის გამო წითელ-ყავისფრად ბოლავს, ამის გამო მას „წითლად მბოლავი მჟავა“ ან „მბოლავი აზოტმჟავა“ დაარქვეს. ეს ფორმა აზოტმჟავის ყველაზე კონცენტრირებული ვარიანტია სტანდარტულ პირობებში.

მბოლავი აზოტმჟავა
აზოტმჟავა, რომელსაც სამრეწველოდ გამოიყენებენ, შეიცავს 90% 3-ს და აქვს 1.50 გ/მლ სიმკვრივე. ამ კონცენტრაციის მქონე მჟავა ძირითადად ასაფეთქებელი ნივთიერებების ინდუსტრიაში გამოიყენება. ის არც ისეთი აგრესიულია და არც ისეთი კოროზიული, როგორც უწყლო. მისი დაახლოებითი კონცენტრაცია 21.4 მოლს შეადგენს.

წითლად მბოლავი აზოტმჟავა, ან , საკმაოდ დიდი რაოდენობით გახსნილ აზოტის დიოქსიდს (2) შეიცავს, რაც ხსნარს მოწითალო-ყავისფერ ფერს აძლევს. მასში გახსნილი ოქსიდის გამო წითლად მბოლავი მჟავის სიმკვრივე 1.490 გ/მლ -ს შეადგენს.

ინჰიბირებული მბოლავი აზოტმჟავა (ან , ან ). შეიძლება მომზადდეს მჟავაში 0.6-0.7% ფთორწყალბადი-ს დამატებით. ფთორწყალბადი ემატება კოროზიაგამძლეობისათვის. ფთორიდები, რომლებიც მეტალის ზედაპირზე იქმნება, ხელს უშლის კოროზიის გავრცელებას.

უწყლო აზოტმჟავა
თეთრად მბოლავი აზოტმჟავა, სუფთა აზოტმჟავა ან წარმოადგენს თითქმის უწყლო აზოტმჟავას. დოკუმენტურად ის არსებობს 99.99% ფორმით. თეთრად მბოლავი აზოტმჟავის ერთ-ერთი განმარტება ხსნის, რომ ის შეიცავს მაქსიმუმ 2% წყალს და მაქსიმუმ 0.5% გახსნილ 2-ს. უწყლო აზოტმჟავის სიმკვრივე შეადგენს 1.513 მ/მლ და მისი კონცენტრაცია 24 მოლია. უწყლო აზოტმჟავა უფერო მოძრავი სითხეა სიმკრივით 1.512 გ/სმ3, რომელიც იყინება −42 ° თეთრი კრისტალების წარმოქმნით. იმის გამო, რომ ის იშლება 2-დ და წყლად, ის ყვითელ ფერს იძენს. დუღილის ტემპერატურაა 83 °. ჩვეულებრივ მას მუქ დარტყმაგამძლე ბოთლში ინახავენ მასში სითხის მოცულობაზე ორჯერ მეტი თავისუფალი ადგილით, რომ წნევას გაუძლოს. წნევის გამოშვება საჭიროა რამდენიმე ხანში ერთხელ.

სტრუქტურა და ბმები
მოლეკულა გაშლილია. ორი - ბმული ერთნაირია და ასე თუ ისე მოკლეა (ამას რეზონანსის თეორიები ხსნიან. კანონიკური ბმები გვაჩვენებენ ორმაგი ბმების ხასიათს ამ ორ ბმაში. ისინი უფრო მცირეები არიან, ვიდრე ჩვეულებრივი - ბმები.). მესამე - ბმა უფრო წაგრძელებულია, რადგან ჟანგბადის მესამე ატომი პროტონთანაცაა მიბმული.

რეაქციები
მჟავა-ტუტოვანი მახასიათებლები
ოთხის თემპერატურაზე აზოტმჟავა მიჩნეულია ძლიერ მჟავად. ჯერ კიდევ მიუღწეველია შეთანხმება მისი დისოციაციის რიცხვთან, თუმცა რიცხვი ჩვეულებრივ -1-ზე ნაკლებია. ეს ნიშნავს, რომ აზოტმჟავა მის განზავებულ ხსნარებში სრულად დისოცირებულია, გარდა ექსტრემალურად მჟავა გარემოებისა. 250 ° -ზე იზრდება 1მდე.

სხვა ძლიერ მჟავასთან (მაგ გოგირდმჟავასთან) ერთად აზოტმჟავას შეუძლია ასევე გამოავლინოს ტუტე თვისებები:
3 + 224 ⇌ 2+ + 3+ + 24−; ~ 22
ნიტრონიუმის იონი, 2+, აქტიური რეაგენტია არომატულ ნიტრირებაში. იმის გამო, რომ აზოტმჟავას გააჩნია ორივე, როგორც მჟავა, ისე ფუძე თვისებები, მას შეუძლია ავტოპროტოლიზის რეაქციაში შევიდეს, ისევე, როგორც წყლის თვითიონიზაციის რეაქცია:
23 ⇌ 2+ + 3− + 2

რეაქციები მეტალებთან
აზოტმჟავა რეაქციაში შედის მეტალების უმრავლესობასთან. მაგრამ რეაქციის დეტალები და გამოსავალი ძალიანაა დამოკიდებული მის კონცენტრაციაზე და მეტალის ბუნებაზე. განზავებული აზოტმჟავა ისე იქცევა, როგორც ტიპური მჟავა მეტალების უმრავლესობასთან.2-ს მისგან მხოლოდ მაგნიუმი, მანგანუმი და თუთია გამოაძევებენ. სხვა მეტალები აზოტმჟავისგან აზოტის ოქსიდებსა და ამიაკს გამოათავისუფლებენ, ისევე როგორც თავისუფალ აზოტს.

აზოტმჟავას შეუძლია ისეთი არააქტიური მეტალების დაჟანგვა, როგორიცაა სპილენძი და ვერცხლი. არამეტალებთან ან ნაკლებად ელექტროდადებით მეტალებთან რეაქციის პროდუქტები დამოკიდებულია ტემპერატურაზე და მჟავის კონცენტრაციაზე. მაგალითად სპილენძი ურთიერთქმედებს განზავებულ აზოტმჟავასთან ოთახის ტემპერატურაზე 3:8 სტოიქიომეტრიიით:

3 + 8 3 → 3 2+ + 2 + 4 2 + 6 3−
გამოყოფილი აზოტის მონოქსიდს შეუძლია რეაქციაში შევიდეს ატმოსფერულ ჟანგბადთან და გამოყოს აზოტის დიოქსიდი. უფრო მეტად კონცენტრირებული აზოტმჟავასთან სპილენძის ურთიერთქმედებისას პირდაპირ აზოტის დიოქსიდი გამოიყოფა, 1:4 სოიქიომეტრიით:
 + 4 + + 2 3− → 2+ + 2 2 + 2 2

აზოტმჟავასთან ურთიერთქმედებისას მეტალების უმრავლესობა ნიტრატებად გარდაიქმება. მაგრამ ზოგიერთი მეტალოიდი და მეტალი მხოლოდ ოქსიდებამდე იჟანგება. მაგალითად კალა,დარიშხანი, სტიბიუმი და ტიტანი შესაბამისად 2, 25, 25 და 2-მდე იჟანგებიან.
ქსანპროტეინის მჟავა წარმოიქმნება მაშინ, როცა აზოტმჟავა რეაქციაში შედის ეპითელურ უჯრედებთან. შესაბამისად კანის ფორმა იცვლება იმის მაჩვენებლად, რომ აზოტმჟავასთან ურთიერთობისას არ იქნა დაცული საკმარისი სიფრთხილე.

წარმოება
აზოტმჟავა იწარმოება აზოტის დიოქსიდის წყალთან ურთიერთქმედებით.

3 2 + 2 → 2 3 + 

ჩვეულებრივ აზოტის მონოქსიდი, რომელიც რეაქციის დროს გამოიყოფა, ჰაერში არსებული ჟანგბადთან რეაქციითაზოტის დიოქსიდამდე იჟანგება.

მჟავის დამატებითი გამოსავლიანობის მისაღწევად აზოტის დიოქსიდს ატარებენ წყალბადის პეროქსიდიში.

2 2 + 22 → 2 3

კომერციული აზოტმჟავა ჩვეულებრივ წარმოადგენს მის წყალხსნარს კონცენტრაციით 52% დან 68%-მდე. ის იწარმოება ოსტვალდის პროცესის საშუალებით, რომელიც გერმანელი ქიმიკოსის ვილჰელმ ოსტვალდის სახელს ატარებს. ამ პროცესში უწყლო ამიაკი იჟანგება აზოტის ოქსიდამდე პლატინის ან როდიუმის კატალიზატორისა და მაღალი ტემპერატურის (დაახლ. 500 ) და მაღალი წნევის (დაახლ. 9 ბარი) თანხლებით.

4 3 + 5 2 → 4 + 6 2 ( = −905.2 )

აზოტის მონოქსიდი ამის შემდეგ რეაგირებს ჰაერში არსებულ ჟანგბადთან და წარმოქმნის აზოტის დიოქსიდს.

2 + 2 → 2 2 ( = −114 /)

რომელიც შემდეგ შთაინთქმება წყლის მიერ აზოტმჟავისა და აზოტის მონოქსიდის წარმოქმნით.

3 2 + 2 → 2 3 + ( = −117 /)

აზოტის მონოქსიდი ხელახლა დაჟანგვისათვის უკან ბრუნდება. უკანასკნელი პროცესი ასევე შეიძლება მოხდეს ჰაერშიც:

4 2 + 2 + 2 2 → 4 3 

მიღებული წყლიანი 3 შეიძლება კონცენტრირებულ იქნეს დისტილირებით მასით 68%-მდე. კონცენტრაციის შემდეგი გაზრდა ხდება დეჰიდრატაციით კონცენტრირებული გოგირდმჟავის საშუალებით. ჰაბერის პროცესით მიღებული ამიაკის გამოყენებით საბოლოო პროდუქტი შეიძლება მიღებულ იქნეს მხოლოდ ჰაერიდან და ბუნებრივი აირი.

ჰაბერის პროცესის დანერგვამდე (1913 წ) აზოტმჟავა იწარმოებოდა ბირკლანდ-აინდის პროცესის მეშვეობით, რომელიც ასევე ცნობილია, როგორც რკალის პროცესი. ეს პროცესი ემყარება ატმოსფერული აზოტის დაჟანგვას ატმოსფერული ჟანგბადით ძალიან მაღალი ტემპერატურის თანხლებისას. ამ ტემპერატურის შესაქმნელად გამოიყენებოდა ელექტრული რკალი, რომელის საშუალებას იძლეოდა ელექტროენერგიის ხარჯვის მიხედვით მიგვეღო აზოტის მონოქსიდის 4% გამოსავლიანობა. აზოტის ოქსიდი შემდეგ გრილდებოდა და ურთიერთქმედებდა დარჩენილ ატმოსფერულ ჟანგბადთან დიოქსიდის წარმოქმნით და შთაინთქმებოდა წყლის მიერ განზავებული აზოტმჟავის წარმოსაქმნელად. ეს პროცესი საჭიროებდა ძალიან დიდი ენერგიის ხარჯვას და ძალიან სწრაფად შეიცვალა ჰაბერის პროცესით მაშინვე, როგორც კი ამიაკი გაიაფდა.

ლაბორატორიული მიღება
ლაბორატორიაში აზოტმჟავა მიიღება სპილენძი ნიტრატი-ს დაშლით და მიღებული აზოტის დიოქსიდისა და ჟანგბადის წყალში გატარებით:

2 (3)2 → 2 (მ) + 4 2 (გ) + 2 (გ)

ალტერნატიული გზა შეიცავს თითქმის ერთი და იმავე მასის ნიტრატისა (მაგალითად ნატრიუმის ნიტრატისა და 96% გოგირდმჟავის ურთიერთქმედება და შემდგომი დისტილაცია აზოტმჟავის დუღილის ტემპერატურაზე(83 °)). რექციის ადგილას რჩება მეტალის არააგრესიული სულფატი. მიღებული წითლად მბოლავი აზოტმჟავა შეიძლება გადაკეთდეს თეთრად მბოლავ აზოტმჟავად. გახსნილი აზოტის ოქდიდები ან აორთქლდება თეთრად მბოლავი მჟავის შემთხვევაში ან რჩებიან წითლად მბოლავის შემთხვევაში. უწყლო აზოტმჟავის მიღების უახლესი მეთოდი თავის თავში მოიცავს წყალხსნარიდან მის გამოყოფას ელექტროქიმიური პროცესით.(აშშ პატენტი: 6200456 (1))

გამოყენება
აზოტმჟავა თავის მთავარ ინდუსტრიულ გამოყენებას ჰპოვებს სასუქების წარმოებაში. აზოტმჟავის ამიაკით განეტრალებისას წარმოიქმნება ამონიუმის ნიტრატი. ამ რეაქციისათვის იხარჯება 75-80% მსოფლიოში წელიწადში ნაწარმოები 26 მილიონი ტონა აზოტმჟავა. მისი სხვა გამოყენებების სია შეიცავს ასაფეთქებელი ნივთიერებების წარმოებას, ნეილონის პრეკურსორებს და სპეციალურ ორგანული ნაერთებს.

ორგანული ნიტრონაერთების პრეკურსორი
ორგანულ სინთეზში, ინდუსტრიულსა თუ სხვა, ნიტროგჯუფს მრავალმხრივი გამოყენება გააჩნია. ანილინის ძირითადი ნაწარმები მზადდება არომატული ნაერთების ნიტრირებით და მათი შემდგომი აღდგენით. ნიტრაცია თავის თავში შეიცავს აზოტისა და გოგირდის მჟავებს შერევას ნიტრონიუმის იონის წარმოსაქმნელად, რომელიც ელექტროფილურად რეაგირებს ისეთ არომატულ ნაერთებთან, როგორიცაა ბენზოლი. ბევრი ფეთქებადი ნივთიერება, მაგ.ტრინიტროტოლუოლი ამ გზით მიიღება.

ნეილონის პრეკურსორი, ადიპიკის მჟავა სამრეწველო მასშტაბით მიიღება აზოტმჟავით ციკლოჰექსანონისა და ციკლოჰექსანოლის დაჟანგვით. (ინჰიბირებული წითლად მბოლავი აზოტმჟავა) ერთ-ერთი იყო სამი სითხიდან რაკეტისათვის.

გამოყენების სხვა სფეროები
ანალიტიკური რეაგენტი
ელემენტარულ ანალიზში -დან, -დან, დან და დან, 0.5-5% აზოტმჟავა გამოიყნება როგორც მატრიცული ნაერთი ხსნარებში მეტალების კვალის დასადგენად. ამ კვლევებისათვის საჭიროა ზემაღალი სისუფთავის მჟავა იმიტომ, რომ მასში მეტალის ნაერთების არსებობას კვალის სახითაც კი სერიოზული შედეგი შეიძლება ჰქონდეს.

ის ჩვეულებრივ ასევე გამოიყენება მღვრიე წყლის , ნარჩენებისა და მყარი ნიმუშების, ისევე როგორც სხვა ტიპის უნიკალური მასალების ანალიზებისათვის, რომლებზეც ელემენტარულ ანალიზს ატარებენ -, -, -, და ალის ატომურ-აბსორბციული სპექტროსკოპია მეთოდებით. ჩვეულებრივ ამ ხაზით გამოყენებისათვის იხმარება 50% ხსნარი შეძენილი მჟავისა, რომელსაც ურევენ პირველი ტიპის წყალს.

ელექტროქიმიაში აზოტმჟავა გამოიყენება ორგანული ნახევარგამტარების ლეგირებისათვის და ნახშირბადის ნანომილებით წმენდისათვის.

ხეზე მუშაობა
დაბალი კონცენტრაციის (დაახლოებით 10%) აზოტმჟავა ხშირად გამოიყენება ფიჭვისა და ნეკერჩხლის ხელოვნურად დასაბერებლად. მიღებული მოყავისფრო-ოქროსფერი ფერი ძალიან ჰგავს ცვილით ან ზეთით დამუშავებულ ხეს (ხის დამუშავება).

ამოჭმა და გამასუფთავებელი აგენტი
აზოტმჟავის კოროზიული ეფექტები გამოიყენება ისეთი მიზნებით, როგორიცაა უჟანგავ ფოლადზე ამოწვა ან სილიკონის დაფების გაწმენდა (ელექტრონიკაში).

აზოტმჟავის, სპირტისა და წყლის ხსნარი (ნიტალი) გამოიყენება მეტალების ამოსაჭმელად მათი მიკროსტრუქტურის გამოკევლევისათვის. სტანდარტი 14104 აღწერს ამ კარგად ცნობილ პროცედურას.

გასაყიდად ხელმისაწვდომი 5-30% აზოტმჟავისა და 15-40% ფოსფორმჟავის ხსნარები გამოიყენება საჭმლისა და მისი შესანახი ჭურჭლის გასაწმენდად მათგან მაგნიუმისა და კალციუმის ნაერთების მოშორების მიზნით(ნალექები ან ორთქლით დამუშავების შედეგად, ან წარმოებისას მაგარი წყლის გამოყენების გამო). ფოსფორმჟავა ეხმარება რკინის შენადნობებს განზავებული აზოტმჟავის მიმართ პასივაციაში.

აზოტმჟავა ასევე შეიძლება გამოყენებული იქნა ალკალოიდების ტესტში, მაგალითად . ალკალოიდის ტიპის მიხედვით ხსნარი სხვადასხვა შეფერილობას იძენს.

უსაფრთხოება
აზოტმჟავა კოროზიული მჟავაა და ძლიერი მჟანგავია. ყველაზე საშიშია ქიმიური დამწვრობა, რომელსაც იწვევს პროტეინების, ამიდების და ცხიმების (ესტერების) მჟავური ჰიდროლიზი, რომელიც თანდათან იწვევს ქსოვილის დაშლას (მაგ. კანის და ხორცის). კონცენტრირებული აზოტმჟავა ღებავს ადამიანის კანს ყვითელ ფრად, რაც გამოწვეულია მის კერატინთან ურთიერთქმედებით. ყვითელი ფერი ნეიტრალიზაციისას ფორთოხლისფრდება. სისტემატური ეფექტები არ გააჩნია და ნივთიერება არაა მიჩნეული არც კარცინოგენად და არც მუტაგენად.

ისევე როგორც სხვა კოროზიული ნივთიერებების შემთხვევაში, პირველად დახმარებას კანთან კონტაქტის დროს წარმოადგენს მისი ჩამობანა დიდი რაოდენობის წყლით. რეცხვა გრძელდება 10-15 წუთის განმავლობაში დამწვრობის გარშემო მის გასაგრილებლად და ასევე მეორადი დამწვრობის თავიდან ასაცილებლად. ასევე საჭიროა სასწრაფოდ მოვიშოროთ დაბინძურებული ტანსაცმელი და მის ქვეშ მდებარე კანის გულითადად გარეცხვა.

იქიდან გამომდინარე, რომ აზოტმჟავა ძლიერ მჟანგავს წარმოადგენს, მისი რეაქცია ისეთ ნივთიერებებთან, როგორებიცაა ციანიდები, კარბიდები და მეტალების ფხვნილები შეიძლება აფეთქებით დასრულდეს და რეაქციები ზოგიერთ ორგანულ ნივთიერებასთან (მაგ. ტურპენტინთან) ძალიან ძლიერი და ხანდახან ჰიპერგოლურია (ანუ თვითაალებადი). ამიტომ ის ყოველგვარი შესაძლო ორგანიკისა და ფუძეებისაგან შორს ინახება.

ისტორია
აზოტმჟავა პირველად -' -შია, სადაც მან ის მიიღო ნიტერის, ალუმისა და ლურჯი ვიტრიოლის კალცინირებით. მეორედ ის აღწერა ალბერტ დიდის მიერ მეცამეტე საუკუნეში და რამონ ლულის მიერ, რომლებმაც ის მოამზადეს ნიტრისა და თიხის გახურებით და დაარქვეს "სამეფო წყალი".

გლაუბერმა აღმოაჩინა მჟავის მიღების ახალი პროცესი კალიუმის ნიტრატისა და გოგირდმჟავის მოქმედების შედეგად მიღებული ნაზავის დისტილაციით. 1776 წელში ანტუან ლავუაზიემ დაამტკიცა, რომ ის შეცავს ჟანგბადს და 1785 წელს ჰენრი კავენდიშმა აღმოაჩინა მისი ზუსტი შემადგენლობა და აჩვენა, რომ მისი მიღება შეიძლება ელექტრულ რკალში ტენიანი ჰაერის გატარებით.