Кислоты азота

Кислоты азота.
Азот – один из самых распространенных элементов на планете Земля, в основном он находится в воздухе в виде молекул N2, но также он содержится в почве в виде многочисленных солей его неорганических кислот. Какие же кислоты образуют эти соли?
Можно ли назвать точное число кислот азота? Начнем мы с низших степеней окисления, закончим высшими.
Итак, первая на очереди азидоводород, или азотистоводородная кислота с химической формулой HN3. Кислота по силе близка к уксусной кислоте, при диссоциации образует симметричный линейный ион N3
-
,но долго ее хранить в растворе нельзя, она разлагается до азота и гидроксиламина. Азидоводород летуч, очень токсичен (по действию схож с синильной кислотой HCN), взрывоопасен. HN3 – сильный окислитель, например он окисляет медь до азида меди Cu+HN3=Cu(N3)2+N2+NH3. Способ получения описал в 1890 г. Курциус, окислив водный гидразин до HN3 N2H5
+
+ HNO2=HN3+H
+
+2H2O.
Вторая на очереди, кислота соответствующая степени окисления азота +, азотноватистая кислота с химической формулой H2N2O2. Азотноватистая кислота – очень слабая, живущая лишь в кислой среде, где pH<4, но даже в таких растворах она медленно разлагается на закись азота или веселящий газ N2O и на воду. H2N2O2 взрывоопасна, при взрыве она окисляется до азотной и азотистой кислот H2N2O2+O2=HNO2+HNO3. Кислоту получают действием хлороводорода на гипонитриты, чаще всего на гипонитрит серебра, в диэтиловом эфире Ag2N2O2+HCl=AgCl+H2N2O2, или же действием азотистой кислоты на гидроксиламин NH2OH+HNO2=H2N2O2+H2O.
Следующая на очереди - кислота, которая в чистом виде не получена, гидроазотистая кислота H4N2O4. Об этой кислоте известно очень мало, известно лишь о соли Na4N2O4, которую можно получить реакцией Na с нитритом натрия в жидком аммиаке
Na+2NaNO2=Na4N2O4. Соль очень неустойчива. Кислота соответствует азоту +2, то есть ее неустойчивость закономерна неустойчивости NO, котрый на воздухе переходит в NO2.
Также, степени окисления азота +2 соответствует гипоазотная кислота H2N2O3, также не выделенная в чистом виде. Но зато известна ее натриевая соль, соль Анджели или гипонитрат натрия Na2N2O3. Ее получают взаимодействием метилата натрия, гидроксиламина и метилнитрата в метаноле.

Степени окисления азота +3 соответствует одна из довольно устойчивых кислот азота –
HNO2 или азотистой кислоте. Это слабая кислота, существует только в слабых растворах, в них существует равновесие 2HNO2=N2O3+H2O=NO+NO2+H2O. При нагревании идет реакция 3HNO2=HNO3+2NO+H2O. HNO2 немного сильнее уксусной, ее вытесняют из солей все сильные кислоты. Кислота и нитриты, соли азотистой кислоты токсичны. Сама кислота обладает как окислительными, так и восстановительными свойствами, например, она проявляет себя окислителем в реакции HNO2+H2O2=HNO3+H2O и восстановителем в реакции 2HNO2+HI=2NO+I2+2H2O. Кислоту получают растворением оксида азота (III) или оксида азота (II) в воде.

Теоретически возможна кислота H3NO3, но она не была синтезирована, собственно, как и ее соли. Вероятнее всего, это была бы слабая кислота, разлагающаяся на N2O3 и воду.
Кислот, соответствующих степени окисления азота +4 фактически не существует, известен лишь факт, когда соль Анжели слабо окислялась воздухом до Na2N2O5, соли несуществующей кислоты H2N2O5.
Следующая кислота – самая известная из кислот азота, азотная кислота или HNO3. Это сильная кислота, в воде почти полностью диссоциирует на ионы. Азотная кислота – бесцветная, дымящая жидкость, высококонцентрированная кислота имеет бурый цвет за счет разложения на NO2, H2O и O2. Азотная кислота взаимодействует с некоторыми из металлов, стоящими правее водорода в ряду электрохимических напряжений, такими как, например, медь
Cu+HNO3=Cu(NO3)2+NO2/NO+H2O (в зависимости от концентрации выделяются разные газы).

Концентрированная кислота пассивирует железо, хром, алюминий. Смесь HNO3 и HCl может растворить даже благородные металлы, такие как Pt, Au. Соли азотной кислоты, нитраты, используются как удобрения. Получают азотную кислоту по разному. В промышленности в основе лежит процесс Оствальда - каталитическое окисление аммиака до NO, затем NO до NO2, а NO2 с водой в токе кислорода дает чистую азотную кислоту. Также используется способ Глаубера – обменная реакция между калиевой селитрой KNO3 и серной кислотой. KNO3+H2SO4=KHSO4+HNO3. Азотная кислота очень опасна для человека, ее пары очень ядовиты.
Также, существует еще одна кислота со степенью окисления азота +5 – неполученная в чистом виде H3NO4, ортоазотная кислота. В растворах существуют ионы NO4 3-
, а также существуют соли ортонитраты. Их получают сплавлением оксида и нитрата металла, напрмер Na2O+NaNO3=Na3NO4. Из за своей нестабильности соли не нашли применения.
Вроде бы все, скажете вы, все кислоты названы, если даже некоторые из них вам были неизвестны, но нет, вы ошибаетесь. В химии к кислотам в высшей степени окисления, таким как H3NO4, применительно явление под названием поликонденсация или же просто конденсация. Что же это такое? Конденсация – это обьединение нескольких молекул кислоты в одну за счет межмолекулярной дегидратации. То есть, возьмем H3NO4 и нарисуем 2 структурные формулы рядом. Конденсация будет происходить за счет гидроксил групп, которые будут отдавать OH
- и H
+
. В итоге получится диортоазотная кислота H4N2O7. Затем конденсация повторится, и так снова и снова. То есть азот может иметь n-ное число кислот, но чем будет больше молекула, тем неустойчивей она будет.
Отсюда можно сделать вывод: за счет явления конденсации, точное число кислот не знает никто.