Взаимодействие с разбавленной и концентрированной азотной кислотой

Высококонцентрированная HNO₃ имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения:

Золото, некоторые металлы платиновой группы и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции при этом определяется её концентрацией.

HNO₃ как сильная одноосновная кислота взаимодействует:

а) с основными и амфотерными оксидами:

б) с основаниями:

в) вытесняет слабые кислоты из их солей:

При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается:

Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом азот восстанавливается до степени окисления от +4 до −3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты. Как кислота-окислитель, HNO₃ взаимодействует:

а) с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода:

Концентрированная HNO₃

Разбавленная HNO₃

б) с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода:

Все приведенные выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции. Это означает, что в данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, например, при взаимодействии цинка с азотной кислотой (массовая доля азотной кислоты в растворе 0,3) в продуктах будет содержаться больше всего NO, но также будут содержаться (только в меньших количествах) и NO₂, N₂O, N₂ и NH₄NO₃.

Единственная общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:

увеличение концентрации кислоты увеличение активности металла

С золотом и платиной азотная кислота, даже концентрированная не взаимодействует. Железо, алюминий, хром холодной концентрированной азотной кислотой пассивируются. С разбавленной азотной кислотой железо взаимодействует, причем в зависимости от концентрации кислоты образуются не только различные продукты восстановления азота, но и различные продукты окисления железа:

Некоторые органические соединения (например амины и гидразин, скипидар) самовоспламеняются при контакте с концентрированной азотной кислотой.

Азотная кислота

Некоторые металлы (железо, хром, алюминий, кобальт, никель, марганец, бериллий), реагирующие с разбавленной азотной кислотой, пассивируются концентрированной азотной кислотой и устойчивы к её воздействию.

Кислоты

Кисло́ты — сложные вещества, в состав которых обычно входят атомы водорода, способные замещаться на атомы металлов, и кислотный остаток. Водные растворы кислот имеют кислый вкус, обладают раздражающим действием, способны менять окраску индикаторов, отличаются рядом общих химических свойств.

Взаимодействие с основными оксидами с образованием соли и воды:

Взаимодействие с амфотерными оксидами с образованием соли и воды:

Взаимодействие со щелочами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

Взаимодействие с нерастворимыми основаниями с образованием соли и воды, если полученная соль растворима:

Взаимодействие с солями, если выпадает осадок или выделяется газ:

Сильные кислоты вытесняют более слабые из их солей:

(в данном случае образуется неустойчивая угольная кислота , которая сразу же распадается на воду и углекислый газ)

Металлы, стоящие в ряду активности до водорода, вытесняют его из раствора кислоты (кроме азотной кислоты любой концентрации и концентрированной серной кислоты ), если образующаяся сольрастворима:

С азотной кислотой и концентрированной серной кислотами реакция идёт иначе:

Для органических кислот характерна реакция этерификации (взаимодействие со спиртами с образованием сложного эфира и воды):

Например,

Коррозия

Коррозией называется процесс самопроизвольного разрушения металлов под влиянием внешней среды.

В процессе коррозии происходит переход из металлического состояния в ионное. Коррозия – самопроизвольный процесс, сопровождается уменьшением свободной энергии (ΔG<0), увеличением энтропии системы и определенным энергетическим эффектом.

В некоторых случаях коррозия поражает всю поверхность, в других – часть ее. Характер разрушения зависит от свойств металла и условий протекания процесса. Вот различные виды коррозийных разрушений: равномерное, пятнами, точечное, питтинг, межкристаллитное, растрескивающее, селективное. Наиболее опаснымиявляеютсяпиттинг и межкристаллитное разрушения.

По принципу их протекания все коррозийные процессы принято подразделять на: химические и электрохимические.

Химическая коррозия: самопроизвольное разрушение металлов в среде окисленного газа при повышенных температурах или в жидких неэлектролитах(Уме+х/2О2=МехОу).

Электрохимическая: Разрушение металла при соприкосновении с электролитом с возникновением в системе электрического тока(M-ne> анодное окисление металла; Ox+ne>Red катодное восстановление окислителя). Бывает электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией:

А:Ме-ze> ; К: 2 +2е> (pH<7); 2Н2О+2е> +2 (рН>=7).

И с кислородной деполяризацией:

А: Ме-ze> ; +4 +4е>2Н2О (pH<7); +2Н2О+4е>4 (рН>=7).

Химическая коррозия: самопроизвольное разрушение металлов в среде окисленного газа при повышенных температурах или в жидких неэлектролитах(Уме+х/2О2=МехОу).

∆ =:∆ ; ∆G<0 Me будет окисляться.

Скорость окисления металла определяется сплошностью и защитными свойствами оксидной пленки и зависит от наличия в ней трещин и пор.

α= * / * *z; α<1 не плотная, не защищает от коррозии;

1<α<2,5 защита от коррозии обеспечивается; α>2,5 высокое внутренне напряжение способствует растрескиванию и отслаиванию оксидной пленки.

Газовая коррозия

Уме+х/2О2=МехОу;

Жаростойкое легирование:∆ (легир)<∆ . Степень окисления: а) при избытке металла в оксиде основы: nлегир>n; Zn+0.1-1%Al при 660К-скорость коррозии снижается в 100 раз; б) при недостатке металла в оксиде основы: nлегир<n; Ni(т)+Li2O(г), 1370К; в) при nлегир=n; легир< где r радиусы атомов. α=VОк/VМе=1,0-2,5.

Защитные покрытия: алитирование NH4Cl―>(1200K) NH3+HCl; 2Al+8HCl=3H2+2AlCl3; AlCl3+Fe=FeCl3+Al; Плакирование: Сu+инконель(80%Ni,14%Cr,6%Fe). Жаростойкие эмали: ЭЖ-1000-SiO2, H3BO3, BaCO3, CaCO3, TiO2, ZnO. Тугоплавкие соединения: TiC, SiC.

Защитные атмосферы: Получение: 1) диссоциацией 2NH3 (1000K) N2+3H2; 2) очистка технического азота от О2- 90-96% N2, 10-4% H2; 3) генераторный процесс-из древесного угля: CO+CO2+N2; 4) частичное сжигание: NH3; CO+CO2+H2+H2O+N2.

Уменьшение окисления металлов: 1) сжигание топлива с недостатком воздуха при термообработке; 2) облегчение образования на металле защитной пленки Mg+SO2+CO2―>MgSO4+MgCO3; 3)защитные обмазки: 50%огнеупорной глины+20%магнезита+5-20% Na2B4O7+2-10%CaO+1-2%NH4Cl; 4) введение в топливо, содержащее V2O5, оксидов, образующих с ним тугоплавкие соединения и уменьшающих налипание золы:CaO, MgO, SiO2.