Азотная кислота HNO₃ - один из важнейших промышленных химических продуктов, бесцветная, прозрачная жидкость с резким, неприятным запахом. При нагревании, или под действием света приобретает бурый оттенок вследствие частичного разложения по схеме:

4HNO₃ → 4NO₂ + 2H₂O + O₂

Выделение диоксида азота NO₂ и придает раствору окраску. Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях, ограниченно растворима в диэтиловом эфире. Является сильной одноосновной кислотой, в водных растворах нацело диссоциирована на ионы H⁺ и NO₃^-. С водой образует азеотропную смесь (68.4% HNO₃ по массе, T_кип 120.7°C, d₄²⁰ 1.41). Известны также моно- и тригидрат азотной кислоты.

Все атомы в молекуле азотной кислоты лежат в одной плоскости. Длины связей в ангстремах Å и валентные углы приведены на рисунке. В твердом состоянии для азотной кислоты известны две кристаллические модификации: с моноклинной и ромбической решетками.

Как и большинство кислот, азотная кислота реагирует с основаниями, основными оксидами и вытесняет слабые кислоты из их солей. Соли азотной кислоты называются нитратами.

Окислительные свойства.

Азотная кислота - сильный окислитель. Растворяет все металлы, за исключением золота, родия, платины, ниобия, тантала, иридия и циркония, превращая их в оксиды или нитраты. Легко окисляет элементарную серу до серной кислоты H₂SO₄ и фосфор до фосфорного ангидрида P₂O₅.

Характер и продукты реакции с металлами зависят от концентрации азотной кислоты. Разбавленная кислота восстанавливается преимущественно до монооксида азота NO, в некоторых случаях наблюдается восстановление до закиси азота N₂O и молекулярного азота N₂.

3Cu + 8HNO₃(diluted) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Концентрированная азотная кислота пассивирует такие металлы как хром, железо и алюминий, образуя на их поверхности защитную оксидную пленку. Будучи легко растворимыми а разбавленной кислоте, они приобретают устойчивость в концентрированной. Концентрированная азотная кислота окисляет металлы, восстанавливаясь при этом преимущественно до диоксида азота N₂O:

Cu + 4HNO₃(concentrated) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Образование молекулярного водорода крайне редко наблюдается в реакции азотной кислоты с металлами и отмечено лишь в случае взаимодействия разбавленной кислоты с магнием или кальцием при пониженной температуре:

Ca + 2HNO₃(diluted) → Ca(NO₃)₂ + H₂↑

Многие органические вещества, особенно содержащие легкоокисляемые функциональные группы, взаимодействуют с азотной кислотой с разрушением своей структуры, окисляясь до углекислого газа и воды. Эти реакции могут проходить с выделением большого количества теплоты и могут сопровождаться взрывом. Ряд органических соединений нитруется под действием нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот), например, фенол последовательно взаимодействует с тремя эквивалентами кислоты, превращаясь в пикриновую кислоту (2,4,6-тринитрофенол):

Взаимодействие азотной кислоты с сильными восстановителями, такими, как гидразин и его замещенные производные, протекает крайне бурно и сопровождается выделением большого количества теплоты.

Наиболее массово производятся водные растворы азотной кислоты с концентрацией от 52 до 68%. Смесь концентрированных азотной и соляной кислот в соотношении 1:3 по объёму называется царской водкой. Эта смесь способна растворять золото и другие благородные металлы. Смесь 100%-ной HNO₃ и 96%-ной серной кислоты в соотношении 9:1 по объёму называется меланжем.

Пары азотной кислоты чрезвычайно токсичны. При попадании на кожу и слизистые оболочки вызывает ожоги. Под её действием способны воспламеняться бумага, масло, древесина, уголь. Перевозка концентрированной азотной кислоты осуществляется в стальных емкостях.

Получение.

• В промышленности азотную кислоту получают окислением аммиака. Процесс синтеза включает в себя три стадии:
  
  1. Окисление аммиака кислородом воздуха на катализаторе (сетка из сплава платины с металлами платиновой группы):
  
  4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O + 907.3KJ
  
  2. Окисление монооксида азота NO до диоксида азота NO₂ в газовой фазе при температуре 160-250°C:
  
  2NO + O₂ → 2NO₂ + 124KJ
  
  3. Абсорбция диоксида азота водой в тарельчатых колоннах со значительными межтарелочными объёмами:
  
  3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO + 136.2KJ
  
  Содержащиеся в отходящих газах оксиды азота восстанавливают либо аммиаком на оксидах алюминия при 250-300°C, либо метаном на алюмопалладиевом катализаторе при 350-500°C.
• 100% азотную кислоту получают ректификацией тройных смесей. К водному раствору HNO₃ добавляют водоотнимающий агент, чаще всего концентрированную серную кислоту или нитрат магния Mg(NO₃)₂. В результате ректификации этой смеси получаются пары 100%-ной азотной кислоты, которые конденсируют и собирают. Водоотнимающие агенты после регенерации возвращаются в производство.
• Другой способ получения концентрированной азотной кислоты - взаимодействие жидкого N₂O₄ с чистым кислородом и водой при давлении 5 МПа. На выходе получают 97-98% кислоту, содержащую до 30% растворенных оксидов азота. От оксидов азота продукт отделяют разгонкой.
  
  2N₂O₄(liquid) + 2H₂O + O₂ → 4HNO₃ + 78.8KJ
  
  
• Лабораторный способ получения 100% кислоты основан на вытеснении её из нитратов действием концентрированной серной кислоты с последующей разгонкой:
  
  2NaNO₃ + H₂SO₄ → 2HNO₃ + Na₂SO₄

Применение.

• Как сырьё для производства удобрений: калийной селитры KNO₃, натриевой селитры NaNO₃, аммиачной селитры NH₄NO₃, комплексных минеральных удобрений;
• как нитрующий реагент в производстве взрывчатых веществ (тринитроглицерина, тринитротолуола, гексогена и пр.);
• как окисляющий агент двухкомпонентных ракетных топлив, например, в смеси с 1,1-диметилгидразином;
• как реагент в нитрозном способе получения серной кислоты;
• для получения нитроцеллюлозы;
• для получения ароматических нитросоединений - прекурсоров красителей, фармакологических препаратов и прочих соединений, используемых в тонком органическом синтезе;
• для травления металлов и полупроводниковых материалов;