Азотная кислота

Известно <...> что чрез слитие сильной селитряной кислости с некоторыми жирными материями не токмо страшное кипение, дым и шум, но и ярый пламень в мгновение ока воспаляется...^[1]

Сия крепкая водка когда из реторты в подставленный сосуд перебирается, тогда восходит под видом красного дыма. Она распускает в себе все металлы, кроме золота.^[2]

...когда она с нашатырем или со спиртом соляным соединена бывает, но в изрядную желтую жидкую материю в ней расплывается. Сия из двух сложенная крепкая водка называется королевскою, затем что короля всех металлов, то есть золото, в себе разводит...^[2]

...кобальтовая окись, сперва растворённая в селитряной кислоте, с прибавкою поташной щелочной соли, потом, распущенная в воде, даёт жидкость пурпурового цвета, который становится невидим, когда остынет и снова появляется, когда подогреется.

Для чего же ему нужна была серная кислота <...>? Да просто для получения азотной кислоты; получить её оказалось нетрудно: обработав серной кислотой селитру, он путём дистилляции добился выделения азотной кислоты.

Выпарив глицерин в водяной ванне, Сайрес Смит подлил к нему азотной кислоты и получил, не применяя охлаждающей смеси, несколько пинт жёлтой маслянистой жидкости.
Всё это Сайрес Смит проделал один, в сторонке, вдали от Труб, так как не была исключена опасность взрыва.

Из селитры готовится азотная кислота, которая имеет большое применение при производстве взрывчатых веществ и красок.^[3]

На некоторые сорта <стали> не действует даже кипящая концентрированная азотная кислота.^[4]

...кипишь в деле, пробиваешься вперед, — и нет времени думать о том, что дымящеюся азотною кислотою непрерывно разъедает душу.^[5]

Важнейшие сильные кислоты — азотная HNO₃, серная H₂SO₄ и соляная НСl.^[6]:39

Случайно я узнал о производимых у нас опытах добывания азотной кислоты из воздуха. Вопрос этот имел большое военное значение, так как при успешном его разрешении мы в отношении выделки бездымного пороха вышли бы из зависимости от подвоза чилийской селитры.^[7]

Крепкая водка, употребляемая для разделения <золота от серебра>, приготовляется при Лаборатории из селитры, чрез разложение железным купоросом.^[8]

...при производстве азотной кислоты вместе с дымом в атмосферу выбрасывается много ядовитых окислов. <...> сейчас разработан новый способ очистки газов, образующихся при производстве азотной кислоты. ^[9]

Сплав родия, рутения и платины ускоряет <является катализатором> окисление аммиака в производстве азотной кислоты.^[10]

Главный потребитель родия ― химическая промышленность. Из сплавов платины с родием делают катализаторные сетки, на которых при температуре 800-900° C происходит окисление аммиака ― главная стадия процесса получения азотной кислоты.^[11]

С попаданием в атмосферу соединений серы, а также азота непосредственно связана <...> проблема так называемых кислотных (кислых) дождей. Механизм их образования очень прост. Диоксид серы и оксиды азота в воздухе соединяются с парами воды, концентрируясь в первую очередь у основания облаков. Затем вместе с дождями (туманами) они выпадают на землю фактически в виде разбавленных серной и азотной кислот.^[12]

Сильный окислитель — азотная кислота HNO₃: в чистом виде она воспламеняет многие органические вещества.^[13]

Ты знаешь, что золото с азотной кислотой не реагирует. Отломи крупиночку — вот хоть эту. Так. Давай положим её в пробирку и зальём кислотой азотной. Если это колчедан — пойдут пузырьки, крупинка растворится...^[14]

Много есть и других опытов, которыми то же подтверждается, напр, в воде распущенная сулема ни прозрачности, ни цвету оныя не переменяет. Но как только распущенный на влажном воздухе поташ влит будет, вода, прозрачность потеряв, померанцовый цвет на себя примет. Потом, как прильешь кислую материю, то есть купоросную или селитряную крепкую водку, цвет потеряется и прозрачность возвратится и на дне ничего подонков не сядет.^[15]

Настоенная чернильными орешками вода тотчас в чернило обращается, как скоро влита будет в него вода, в которой купорос распущен, хотя сии жидкие материи, будучи в особливых сосудах, имеют довольную прозрачность и совсем не черны. Когда в сие чернило влита будет купоросная или селитряная крепкая водка, то чёрность потеряется и материя будет прозрачна.^[15]

Селитра хотя в глубине земного недра и не находится, но токмо на ея поверхности рождается, однако ея часть, то есть крепкая водка, в металлургической химии необходимо нужна, для того нельзя миновать, чтобы оной здесь, сколько в сем предприятии надобно, не описать. Сия материя состоит всегда из шестиугольных прозрачных брусочков, ежели чиста. Вкус селитры хотя и кисловат, однако далече не столь, как купоросный. На огне, будучи в сосуде положена, расплывается, равно как соль, а на горячем уголье вспыхивает весьма ярко. Крепкой водки выгонить из ней так же, как из соли, невозможно, ежели она с купоросом, квасцами или какою-нибудь землею прежде не будет соединена. Сия крепкая водка когда из реторты в подставленный сосуд перебирается, тогда восходит под видом красного дыма. Она распускает в себе все металлы, кроме золота. Однако и то также ей противиться не может, когда она с нашатырем или со спиртом соляным соединена бывает, но в изрядную желтую жидкую материю в ней расплывается. Сия из двух сложенная крепкая водка называется королевскою, затем что короля всех металлов, то есть золото, в себе разводит; по-российски золотая.^[2]

Слер описал в Philosophical Transactions за 1694 год воспламенение многих эфирных масл, посредством дымящейся азотной кислоты, перегнанной из равных частей селитры и купоросного масла. Турнефорт в 1698 г. не мог зажечь этим способом скипидар, но тот же опыт удался ему с маслом сассафрасовым.^[16]

...вещества, необходимые для растения и находящиеся в очень ограниченных количествах, не вымываются дождями, а удерживаются почвой и очень скупо, исподволь, уступаются воде, обращающейся между ее твердыми частицами. Исключение из этого правила составляет азотная кислота, весьма легко вымываемая из почвы, а между тем, как мы видели, она доставляет растению самое важное питательное начало — азот. Исследования агрономов-химиков все более и более заставляют сельского хозяина обращать внимание на возможно полную утилизацию этого вещества культурными растениями. В этом отношении растения к азотной кислоте почвы даже искали причину той роли, которую играют бобовые растения в плодосменном хозяйстве.^[17]

Оставалось предположить, что роль бобовых растений по отношению к азоту заключается в том, что, развивая более углубляющуюся в почву систему корней и занимая почву в течение более долгого периода времени, они в более совершенной степени исчерпывают запас азотной кислоты, в других случаях вымываемой дождями и пропадающей непроизводительно для сельского хозяина. Таким более совершенным использованием азотной кислоты почвы можно было бы отчасти объяснить себе, почему бобовые растения дают в своем урожае более азота, чем другие растения, да еще оставляют избыток этого азота в неподвижной, невымываемой дождями форме — в форме своих корневых остатков — на пользу чередующимся с ними растениям.^[17]

Соединение кислоты со щёлочью является прежде всего, причиной образования соли, причем освобождается энергия. Примет ли эта энергия целиком или отчасти форму электричества, зависит от обстоятельств, при которых она освобождается. В цепи, состоящей например из азотной кислоты и раствора калия между платиновыми электродами, это будет иметь отчасти место, причем для образования тока безразлично, включат ли или нет селитряный раствор между кислотой и щёлочью, так как это может лишь замедлить, но не помешать окончательно образованию соли.^[18]

Фосфористая, азотистая и мышьяковистая кислоты все сильно ядовиты, когда они вводятся в организм; они поглощают атомистический кислород и действуют в это время как интенсивные яды, разрушая клеточки и уничтожая жизнь; сами они в то же время превращаются в фосфорную, азотную и мышьяковую кислоты. Если же ввести эти последние кислоты в организм, то наблюдается следующее: ортофосфорная кислота не восстанавливается, азотная образует при определённых неблагоприятных условиях нитрит, причём наступает отравление...^[19]

Кислоты классифицируют по их силе, по основности и по наличию или отсутствию кислорода в составе кислоты. По силе кислоты делятся на сильные и слабые. Важнейшие сильные кислоты — азотная HNO₃, серная H₂SO₄ и соляная НСl. По наличию кислорода различают кислородсодержащие кислоты (HN0₃, Н₃РО₄ и т. п.) и бескислородные кислоты (НСl, H₂S, HCN и т. п.)^[6]:39

Коррозионная устойчивость циркония выше, чем у титана, выше, чем у хромоникелевой нержавеющей стали. Он не боится ни разбавленной серной кислоты, ни азотной кислоты любой концентрации.^[20]

Сильный окислитель — азотная кислота HNO₃: в чистом виде она воспламеняет многие органические вещества. Нитраты, соли азотной кислоты (например, в виде удобрения — калийной или аммиачной селитры), легко воспламеняются, если смешаны с горючими веществами.^[13]

Известно химикам, что крепкие водки, растворяя в себе металлы, без прикосновения внешнего огня согреваются, кипят и опаляющий пар испускают; что чрез слитие сильной селитряной кислости с некоторыми жирными материями не токмо страшное кипение, дым и шум, но и ярый пламень в мгновение ока воспаляется, и, напротив того, тёплая селитра, в теплой же воде разведенная, дает толь сильную стужу, что она в пристойном сосуде середи лета замерзает.^[1]

Всемирным поставщиком селитры является Чили (государство Южной Америки), где имеются громадные залежи ее и откуда все страны получают ее и для удобрения и для получения взрывчатых веществ, красок и лекарств. Из селитры готовится азотная кислота, которая имеет большое применение при производстве взрывчатых веществ и красок.^[3]

...при очень большом проценте никеля, а также хрома, удалось получить так называемую нержавеющую сталь, действительно почти совершенно не дающую ржавчины. На некоторые сорта не действует даже кипящая концентрированная азотная кислота.^[4]

Азотнокислая соль приготовляется труднее. Для этой цели углекислую соль кальция, бария или стронция насыпают в стакан и, налив его на треть водой, осторожно прибавляют азотной кислоты (очень едкая и сильная кислота, выделяющая вредные для дыхания пары) пока не растворится вся соль.^[21]

В 1855 году французский исследователь Аудемарс впервые попытался произвести синтез шёлка вне организма шелковичного червя. Для своего синтеза он воспользовался тем же веществом, какое употребляет шелковичный червь, ― побегами тутового дерева. Зная, что натуральный шелк состоит из углерода, водорода, кислорода и азота, он обрабатывал азотной кислотой очищенные побеги тутового дерева с целью введения в их состав недостающего азота (три остальные вещества ― углерод, водород и кислород содержатся в целлюлозе древесины). Полученное вещество ― нитроцеллюлозу ― он растворял в смеси спирта и эфира и из этого раствора заостренным концом стеклянной палочки вытягивал нити.^[22]

Как делать крепкую водку. «Крепкая водка, употребляемая для разделения, приготовляется при Лаборатории из селитры, чрез разложение железным купоросом. В селитре всегда почти находится поваренная соль, отчего крепкая водка получается в соединении с соляною кислотою и частью с серною из железного купороса. С сими кислотами её невозможно употреблять для разделения, поелику примешанные кислоты, имея более сродства с серебром, чем самая крепкая водка, при разделении произведут на золото осадки, первая солянокислого или рогового серебра, а вторая сернокислого. Во избежание сего, назначенную для разделения золота от серебра крепкую водку очищают…»^[8]

Связанный азот ― это удобрения, а удобрения ― это хлеб, жизнь. Но процесс связывания атмосферного азота имеет и свои отрицательные стороны. Например, при производстве азотной кислоты вместе с дымом в атмосферу выбрасывается много ядовитых окислов. Следовательно, азот надо уметь не только «связывать», но и «развязывать»… Как сообщает американский журнал «Chemical Week» (19 февраля 1966 г.), сейчас разработан новый способ очистки газов, образующихся при производстве азотной кислоты. Он основан на том, что в специальных камерах, содержащих катализатор, окислы азота восстанавливаются до азота; благодаря этому количество вредных примесей удается снизить до 50 частей на миллион.^[9]

В XVII в. при аптеках, принадлежавших казне, существовали так называемые «алхимические казёнки» ― своеобразные мастерские, где помощники аптекарей, «алхимисты» изготовляли лекарства и химикалии, служившие сырьем для лекарств (азотная кислота, квасцы, серная кислота, очищенная селитра).^[23]

Главной заслугой Рудольфа Глаубера остаются исследования неорганических солей и кислот. Азотная и соляная кислоты были известны и до него, со времен раннего средневековья. Их получали сухой перегонкой купоросов и квасцов с селитрой либо с поваренной солью. Глаубер объяснил, как образуется серная кислота, как она, в свою очередь, реагирует с калийной селитрой и поваренной солью. Из его опытов следовало, что азотную кислоту можно добыть, перегоняя смесь серной кислоты с селитрой, а соляную ― путем перегонки серной кислоты с поваренной солью. Именно этим способом Глаубер впервые получил в чистом виде обе кислоты ― азотную и соляную. Он заметил, что при образовании соляной кислоты выделяется побочный продукт: кристаллы какой-то новой, не известной никому ранее соли.^[24]

Главный потребитель родия ― химическая промышленность. Из сплавов платины с родием делают катализаторные сетки, на которых при температуре 800-900° C происходит окисление аммиака ― главная стадия процесса получения азотной кислоты. Присадка 5-10% Rh намного повышает прочность сетки, и потери платины в процессе производства уменьшаются в 1,5-2 раза. Кроме того, эта присадка увеличивает каталитическую активность платины. Производство азотной кислоты на платино-родиевых катализаторах сейчас исчисляется десятками миллионов тонн в год и требует ежегодно несколько сот килограммов родия.^[11]

Общий объем поступлений сернистого газа, или диоксида серы (S0₂), в атмосферу Земли в разных источниках обычно оценивается от 100 млн. до 150 млн. т. в год, оксида азота ― около 100 млн т. С попаданием в атмосферу соединений серы, а также азота непосредственно связана становящаяся все более актуальной проблема так называемых кислотных (кислых) дождей. Механизм их образования очень прост. Диоксид серы и оксиды азота в воздухе соединяются с парами воды, концентрируясь в первую очередь у основания облаков. Затем вместе с дождями (туманами) они выпадают на землю фактически в виде разбавленных серной и азотной кислот. Такие осадки резко нарушают нормы кислотности почвы, ухудшают водообмен растений, способствуя высыханию лесов, особенно хвойных. Попадая в реки и озера, они угнетающе действуют на их фауну и флору, нередко приводя к полному уничтожению биологической жизни ― от рыб до микроорганизмов. Большой вред они наносят и различным конструкционным материалам, ускоряя коррозию металлов, разрушение исторических и архитектурных памятников.^[12]

Случайно я узнал о производимых у нас опытах добывания азотной кислоты из воздуха. Вопрос этот имел большое военное значение, так как при успешном его разрешении мы в отношении выделки бездымного пороха вышли бы из зависимости от подвоза чилийской селитры. Опыты производились в лаборатории Михайловской артиллерийской академии, которую я посетил 23 января вместе с Вернандером. Получение азотной кислоты из воздуха основано на том, что азот воздуха сгорает, соединяясь с кислородом воздуха при высокой температуре, даваемой вольтовой дугой. Для практического использования этого явления главным условием является дешевое получение электрического тока. В этом отношении, в особо благоприятных условиях оказались Норвегия и Швейцария с их водопадами, то есть почти даровой двигательной силой, поэтому там уже возникло несколько заводов для добычи азотной кислоты. У нас еще производились лабораторные опыты для выяснения технических деталей производства; производство более обширных опытов во дворе той же лаборатории уже подготовлялось, а затем намечалась постройка большого завода в Олонецкой губернии, на водопаде Кивач, — но к сожалению все это предположение потом заглохло.^[7]

Сегодня, можно сказать, стал кинозвездой. Во всяком случае, у меня есть шанс фигурировать в фильме о юбилее Академии Наук. Дело в том, что в последние дни я работаю на открытом воздухе, расположив свои орудия производства на каменной глыбе сбоку от главного входа в музей. Там я занят тем, что травлю азотной кислотой медные лапки-держатели, чтобы они сверкали золотом. В помещении эту работу выполнять нельзя — пары азотной кислоты слишком ядовиты. Да даже и на открытом воздухе я должен все время следить за тем, чтобы ветер не погнал пары из ванночки с кислотой в мою сторону. Иначе сразу начинаешь задыхаться и давиться кашлем. Вот тут-то и настиг меня кинооператор, собирающий материалы о подготовке к юбилею. Он расспросил меня, что и зачем я делаю, а затем заставил меня продемонстрировать все операции над лапками-держателями.^[25]

Румынский инженер нечаянно разбил в лаборатории сосуд с азотной кислотой и очень пострадал. Прибывший директор завода вместо оказания помощи начал ругать его за вызванный им пожар в лаборатории.^[26]

Живут они в Оленьей в сторону надо ехать на автобусе. И там в 20 км. от их дома металлургический комбинат. Добывает из руды никель. Производство вредное, около самого комбината от паров серн. и азотн. кислоты на несколько километров потравлена вся природа, лес, трава и т.д. словом как у Пушкина в стихотворении Анчар «К нему и птица не летит и зверь нейдёт, и т.д.

— Володя, должна тебя разочаровать. Блестит <твоё золото> действительно очень красиво, но это медный колчедан. Скоро он потускнеет и будет больше походить на медь. А пока... Ты знаешь, что золото с азотной кислотой не реагирует. Отломи крупиночку — вот хоть эту. Так. Давай положим её в пробирку и зальём кислотой азотной. Если это колчедан — пойдут пузырьки, крупинка растворится, а раствор будет вот такого цвета. — Надежда Павловна тронула одну из цветных пробирок, стоящих в штативе.
Я с печалью смотрел, как, пузырясь и окрашивая жидкость в голубовато-зелёный цвет, таяло моё богатство...^[14]

Я старался вспомнить все малейшие обстоятельства, случившиеся при появлении мёртвой головы на пергаменте. В этот вечер было очень холодно, и в камине был разведен большой огонь. Я согрелся и сидел у стола; но вы подвинули свой стул к камину. В то время как я подал вам рисунок и вы хотели рассмотреть его, вошла моя собака и прыгнула на вас. Вы ласкали ее левою рукой, тогда как правая, в которой вы держали пергамент, упала к вам на колени и, следовательно, очень близко к огню; я думал даже, что пергамент загорится, и хотел сказать вам это; но не успел, потому что вы в ту же минуту подняли руку и стали рассматривать рисунок. Сообразив все эти обстоятельства, я не сомневался, что мёртвая голова появилась на пергаменте вследствие жара. Вы знаете, что теперь известны и всегда были известны химические способы писать на бумаге или на пергаменте так, что не видать букв до тех пор, пока они не будут подвергнуты действию жара. Так кобальтовая окись, сперва растворённая в селитряной кислоте, с прибавкою поташной щелочной соли, потом, распущенная в воде, дает жидкость пурпурового цвета, который становится невидим, когда остынет и снова появляется, когда подогреется.

Для осуществления его планов Сайресу Смиту требовалось ещё другое вещество — азотнокислый поташ, который чаще называют селитрой.
Сайрес Смит мог бы изготовить это вещество, обрабатывая азотной кислотой углекислый поташ, который легко получить из растительной золы. Но азотной кислоты как раз не было; как раз её он и хотел в конце концов добыть, получился заколдованный круг, из которого Сайрес Смит никогда бы не вышел.

Теперь в распоряжении Сайреса Смита было изрядное количество кристаллов железного купороса; предстояло получить из него серную кислоту.
В промышленной практике для производства серной кислоты требуется дорогостоящая установка. Тут нужны и заводы и лаборатории, специально оборудованные платиновой посудой, свинцовые камеры, в которых происходят химические реакции (свинец не поддаётся действию кислоты) и т. д. Конечно, у Сайреса Смита и в помине не было такого оборудования, но он знал, что в некоторых странах, например в Богемии, серную кислоту производят более простым способом и при этом даже достигают лучших результатов — получают кислоту более сильной концентрации. В частности, этим способом вырабатывается так называемая кислота Нордхаузена.
Для получения серной кислоты Сайресу Смиту оставалось произвести сухую перегонку: прокалить в закрытом сосуде кристаллы железного купороса для того, чтобы серная кислота выделилась в виде паров, а затем, конденсируясь, эти пары превратились бы в жидкую серную кислоту.
Для перегонки послужили приготовленные огнеупорные глиняные сосуды, в которые положили кристаллы железного купороса, и специально сложенная печь. Перегонку и конденсацию провели превосходно, и 20 мая, через двенадцать дней после начала всего процесса, в распоряжении Сайреса Смита был сильнейший реактив, который он рассчитывал употреблять позднее для самых разнообразных целей.
Для чего же ему нужна была серная кислота в первую очередь? Да просто для получения азотной кислоты; получить её оказалось нетрудно: обработав серной кислотой селитру, он путём дистилляции добился выделения азотной кислоты.

Азотную кислоту удалось добыть перегонкой из селитры, обработанной серной кислотой.
Но как же, в конце концов, думал инженер применить азотную кислоту? Его товарищи ещё не знали этого, так как Сайрес Смит не открыл им до конца своих планов. Между тем инженер приближался к своей цели. Еще одна, последняя операция, и он будет иметь продукт, который потребовал столько работы для своего изготовления.
Выпарив глицерин в водяной ванне, Сайрес Смит подлил к нему азотной кислоты и получил, не применяя охлаждающей смеси, несколько пинт жёлтой маслянистой жидкости.
Всё это Сайрес Смит проделал один, в сторонке, вдали от Труб, так как не была исключена опасность взрыва. Он принёс товарищам сосуд с жидкостью и кратко сказал:
— Вот вам нитроглицерин.
Действительно, это был нитроглицерин, ужасное вещество, обладающее в десять раз большей взрывчатой силой, чем порох, и причинившее уже так много несчастий.

— Но есть и еще более сильная штука, это — тетрил.
— А это что такое, Роллинг?
— Все тот же каменный уголь. Бензол (С₆Н₆), смешанный при восьмидесяти градусах с азотной кислотой (НNO₃), дает нитробензол. Формула нитробензола — С₆Н₅NO₂. Если мы в ней две части кислорода О₂ заменим двумя частями водорода Н₂, то есть если мы нитробензол начнем медленно размешивать при восьмидесяти градусах с чугунными опилками, с небольшим количеством соляной кислоты, то мы получим анилин (С₆Н₅NH₂). Анилин, смешанный с древесным спиртом при пятидесяти атмосферах давления, даст диметиланилин. Затем выроем огромную яму, обнесем ее земляным валом, внутри поставим сарай и там произведем реакцию диметиланилин с азотной кислотой. За термометрами во время этой реакции мы будем наблюдать издали, в подзорную трубу. Реакция диметиланилина с азотной кислотой даст нам тетрил. Этот самый тетрил — настоящий дьявол: от неизвестных причин он иногда взрывается во время реакции и разворачивает в пыль огромные заводы.^[27]

— Четвертый этаж, или первый под уровнем земли, занят машинами, перерабатывающими жидкий воздух в азот в виде аммиака, азотной кислоты и цианамида — вещества, очень важного для промышленности и сельского хозяйства. — Она говорила безостановочно, точно боясь, что я опять прерву ее. — У нас добывается азотной кислоты более миллиона тонн в год, и мы все время расширяем производство.^[28]

… А лошадь Ангел ― в дыму морозном
ноги растворились,
как в азотной кислоте,
шейку шаловливо отогнула, как полозья,
сама, как саночки, скользит на животе!..^[29]

Еще я не нуждаюсь в длинных лапах,
Но в обезьянник я вхожу,
И, чувствуя азотно-кислый запах,
Несчастным выродкам твержу...^[30]