Условие задачи
Сравните по свойствам две кислородсодержащие кислоты азота. Ответ подтвердите уравнениями соответствующих реакций.
Решение
Дисциплина задачи – неорганическая химия (химия неорганических веществ), а именно свойства кислородсодержащих кислот азота.
Ниже приведём подробное сравнение двух известных кислородсодержащих кислот азота – азотной кислоты (HNO₃) и нитритной (нитрозной) кислоты (HNO₂) – с подтверждением ответов уравнениями химических реакций.
1. Степень протонирования и сила кислот:
• Азотная кислота HNO₃ является сильной кислотой, полностью диссоциирующей в воде:
HNO₃ + H₂O → H₃O⁺ + NO₃⁻
Отсюда её сильная кислотность.
• Нитритная кислота HNO₂ – слабая кислота, которая лишь частично и нестабильно диссоциирует в водном растворе:
HNO₂ + H₂O ⇌ H₃O⁺ + NO₂⁻
Её слабая кислотность связана с меньшей склонностью к ионизации.
2. Окислительно-восстановительные свойства:
• HNO₃ (азот в степени окисления +5) обладает выраженными окислительными свойствами. В реакции с металлами (например, с медью) азотная кислота не только отдаёт протон, но и участвует в окислительном процессе. Например, реакция меди с концентрированной азотной кислотой:
Cu + 4 HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2 NO₂ + 2 H₂O
Обратите внимание, что в результате образуются продукты, в которых азот присутствует в виде диоксида азота (NO₂) – характерного окислительного продукта.
• HNO₂ (азот в степени окисления +3) является слабым окислителем по сравнению с азотной кислотой. Более того, нитритная кислота легко разлагается (дизпропорционирует) согласно реакции:
3 HNO₂ → HNO₃ + 2 NO + H₂O
Таким образом, нестабильность HNO₂ – одно из её характерных свойств.
3. Применение в синтезе, подтверждаемое реакционными уравнениями:
• Азотная кислота благодаря своей сильной кислотности и окислительной способности широко используется для получения нитратов, окисления органических и неорганических соединений.
• Нитритная кислота применима для дезаминирования и, в частности, для бензольного дезаминирования посредством реакций с первичными аминами с образованием дрозониевых (diazonium) соединений. Например, для анилина протекает реакция дьазотирования:
C₆H₅NH₂ + HNO₂ + HCl → C₆H₅N₂⁺Cl⁻ + 2 H₂O
При этом HNO₂ генерируется in situ (на месте) в результате взаимодействия нитрита натрия с кислотой.
4. Структурные особенности:
• В HNO₃ атом азота имеет степень окисления +5, что делает молекулу более электронной «дефицитной» и способствует сильной поляризации связи O—H, что и объясняет высокую кислотность.
• В HNO₂ атом азота находится в степени окисления +3, вследствие чего O—H связь менее полярна, а само соединение менее стабильно по сравнению с HNO₃.
Итак, сравнительный анализ показывает:
– HNO₃ – сильная, стабильная кислота с выраженной окислительной способностью (азот в степени +5).
– HNO₂ – слабая, нестабильная кислота, склонная к дезпропорционированию (азот в степени +3) и применяемая, например, в дьазотировании аминоорганических соединений.
Подтверждением этих свойств служат приведённые реакционные уравнения, где реакции HNO₃ показывают её окислительные свойства (реакция с медью), а реакции с HNO₂ демонстрируют её нестабильность и важность в синтезе (дьазотирование амина).
Таким образом, по свойствам и реакционной способности ясно, что HNO₃ и HNO₂ существенно различаются, несмотря на то, что обе относятся к кислородсодержащим кислотам азота.