Одноосновная кислота, в которой азот имеет степень окисления +3. Эта кислота слабая. Соли ее называются нитритами.
Формула
Структурная формула азотистой кислоты
Азотистая кислота (HNO₂) — это неустойчивая слабая кислота, существующая преимущественно в растворе. Ниже представлена её структурная формула:
На изображении показано, что атом водорода связан с атомом кислорода, который, в свою очередь, соединён с атомом азота. Атом азота образует двойную связь с другим атомом кислорода. Такая структура отражает нестабильную природу соединения и его склонность к диссоциации.
Схема строения молекулы азотистой кислоты
На изображении представлена структурная схема молекулы азотистой кислоты (HNO₂) с указанием углов и межатомных расстояний:
Углы и расстояния между атомами:
- Угол между атомами H–O–N: 102,1°
- Угол между O–N=O: 110,7°
- Длина связи H–O: 95,4 пм
- Длина связи O–N: 143,3 пм
- Длина связи N=O: 117,7 пм
Эти параметры помогают понять геометрию молекулы и её пространственную конфигурацию.
Состав азотистой кислоты
Молекула азотистой кислоты состоит из трёх элементов:
- Водород (H) — один атом, образующий связь с кислородом;
- Кислород (O) — два атома: один соединён с водородом, второй — с азотом через двойную связь;
- Азот (N) — центральный атом, соединённый с двумя кислородами.
Особенности:
- Азотистая кислота — это нестабильное неорганическое соединение с формулой HNO₂.
- По химическому составу и свойствам она отличается от азотной кислоты меньшим содержанием кислорода.
- Является слабой кислотой и проявляет склонность к диссоциации в растворе.
- Существует в виде равновесия между своей структурной формой и нитрит-ионом (NO₂⁻) в водной среде.
Свойства азотистой кислоты
Физические свойства азотистой кислоты
Ниже представлена таблица с основными физическими характеристиками азотистой кислоты (HNO₂), которая актуальна для учебных и научных целей.
| Свойство | Значение |
|---|---|
| Химическая формула | HNO₂ |
| Молярная масса | 47,01 г/моль |
| Агрегатное состояние | Жидкость (в растворе), неустойчива |
| Цвет | Бесцветная |
| Запах | Резкий, напоминает хлор |
| Растворимость в воде | Хорошо растворима |
| Температура разложения | ~0 °C (при стандартных условиях) |
| Кислотность (pKa) | ~3.37 |
Азотистая кислота — это слабая неорганическая кислота, нестабильная в свободном виде. В растворе существует в равновесии с нитрит-ионом NO₂⁻ и протоном (H⁺). При повышении температуры быстро разлагается.
Азотистая кислота крайне нестойка и ее растворы окрашены в голубой цвет из-за присутствия азотистого ангидрида (оксида азота (III)) N2O3. Существует в виде двух таутомерных формах. Для каждой из них известны свои ряды комплексных соединений и органических производных, содержащих соответственно нитрогруппу NO2 и нитритогруппу ONO. При 298 К равновесная смесь содержит 0,309 мольных долей I и 0,691 мольных долей II.
Химические свойства азотистой кислоты
Азотистая кислота (HNO₂) — слабая неустойчивая кислота, обладающая рядом характерных химических свойств:
Диссоциация в водном растворе
HNO₂ ⇌ H⁺ + NO₂⁻
— в растворе существует как слабая кислота, частично диссоциирующая на ионы.
Разложение
Азотистая кислота нестабильна и легко разлагается:
3HNO₂ → HNO₃ + 2NO + H₂O
— при этом образуются азотная кислота, оксид азота и вода.
Окислительно-восстановительные свойства
— способна выступать как восстановитель (например, восстанавливает KMnO₄ до Mn²⁺)
— может быть окислителем в реакциях с сильными восстановителями.
Реакции с солями (реакции обмена)
HNO₂ + NaOH → NaNO₂ + H₂O
— образуются нитриты при взаимодействии с щелочами.
Реакции с металлами
— реагирует с активными металлами с выделением водорода:
Zn + 2HNO₂ → Zn(NO₂)₂ + H₂↑
Особенности
- HNO₂ участвует в реакциях нитрозирования (важно в органическом синтезе).
- В щелочной среде проявляет более выраженные восстановительные свойства.
Получение азотистой кислоты
Азотистая кислота (HNO₂) — неустойчивая кислота, которую получают преимущественно в растворе. Существует несколько способов её лабораторного получения.
Диспропорционирование в воде: как одна молекула превращается в две кислоты
Формула:
3NO + H₂O → 2HNO₂ + NO₂
Пояснение:
Оксид азота (II) в водной среде одновременно окисляется и восстанавливается — это классический пример диспропорционирования. В результате образуются азотистая и азотная кислоты (или её прекурсоры, в зависимости от условий).
Пример:
При пропускании оксида NO через холодную воду или разбавленные растворы щёлочей можно наблюдать образование нестабильной HNO₂.
Присоединение воды с образованием кислоты
Формула:
N₂O₃ + H₂O → 2HNO₂
Пояснение:
Дигидрат оксида азота (III) в реакции с водой легко превращается в азотистую кислоту. Это классический и один из самых часто используемых лабораторных методов.
Пример:
Оксид N₂O₃ получают в газообразной форме и растворяют в воде при пониженной температуре для предотвращения разложения полученного раствора HNO₂.
Конпропорционирование двух оксидов в водной среде
Формула:
NO + NO₂ + H₂O → 2HNO₂
Пояснение:
В этой реакции два оксида азота с разными степенями окисления (NO — +2, NO₂ — +4) взаимодействуют в присутствии воды. В результате получается азотистая кислота.
Пример:
Пропуская смесь NO и NO₂ через воду, можно получить раствор HNO₂, однако он будет нестабилен и быстро разлагаться при нагревании или длительном хранении.
Реакция амина с азотистой кислотой
Реакция аминов с азотистой кислотой — это важная органическая реакция, широко применяемая в качественном анализе аминов, особенно первичных. Азотистая кислота (HNO₂), используемая в этих реакциях, генерируется in situ (непосредственно в среде реакции), так как она нестабильна и быстро разлагается. Обычно её получают из нитритов и сильных кислот:
NaNO₂ + HCl → HNO₂ + NaCl
В зависимости от типа амина (первичный, вторичный, третичный) характер реакции с HNO₂ различается:
Реакции по типам аминов
- Первичные амины (алкил-, арил-)
Образуются диазониевые соли (для ароматических аминов) или азоты и спирты (для алкиламинов):
RNH₂ + HNO₂ → ROH + N₂↑ + H₂O
(идёт с выделением пузырьков газа N₂ — это и есть качественный признак!) - Вторичные амины
Образуются N-нитрозоамины (жёлтое окрашивание):
R₂NH + HNO₂ → R₂N–N=O + H₂O - Третичные амины
В реакции практически не вступают, но могут образовывать с HNO₂ соли или аддукты.
Эфиры азотистой кислоты
Эфиры азотистой кислоты — это производные соединения, которые образуются в результате реакции спиртов с азотистой кислотой (или её ангидридом, оксидом азота (III)). Эти вещества характеризуются высокой летучестью, ядовитостью и выраженным физиологическим действием, включая наркотический эффект при вдыхании.
Получение эфиров
Эфиры азотистой кислоты легко синтезируются при взаимодействии спиртов с оксидом азота (III):
2C₂H₅OH + N₂O₃ → 2C₂H₅ONO + H₂O
Аналогично, можно использовать непосредственно HNO₂, сгенерированную in situ из NaNO₂ и кислоты.
На изображении представлена реакция получения и последующего гидролиза этилнитрита:
Особенности
- Эфиры HNO₂ легко гидролизуются в присутствии воды, возвращаясь к исходным спиртам: C₂H₅ONO + H₂O → C₂H₅OH + HNO₂
- Эти соединения крайне нестабильны и чувствительны к влаге.
- Пример — изоамиловый эфир азотистой кислоты, обладающий характерным запахом и применяемый в медицине как сосудорасширяющее средство в форме ингаляций (с осторожностью).
Пример: изоамиловый эфир азотистой кислоты
Изоамиловый эфир азотистой кислоты (изоамилнитрит) — один из самых известных и используемых эфиров HNO₂. Он применяется в медицине как сосудорасширяющее средство при приступах стенокардии, а также входит в состав некоторых ингаляционных смесей.
Формула изоамилового эфира азотистой кислоты:
(CH₃)₂CHCH₂CH₂ONO
Уравнение получения
(CH₃)₂CHCH₂CH₂OH + HNO₂ → (CH₃)₂CHCH₂CH₂ONO + H₂O
Этот эфир синтезируется при действии свежеприготовленной азотистой кислоты (или смеси NaNO₂ и HCl) на изоамиловый спирт при охлаждении, поскольку при нагревании возможен разложение и побочные реакции.
Эфиры азотистой кислоты
Эфиры азотистой кислоты — это летучие, нестабильные и часто токсичные соединения, которые получают при взаимодействии спиртов с азотистой кислотой или её ангидридом. Эти соединения обладают характерным запахом и могут использоваться в качестве диагностических и медицинских средств (например, изоамилнитрит при стенокардии).
Как получают эфиры
Эфиры азотистой кислоты синтезируются при взаимодействии спирта с оксидом азота (III) или с HNO₂, полученной in situ из нитритов и кислот:
2C₂H₅OH + N₂O₃ → 2C₂H₅ONO + H₂O
Однако в водной среде эфиры нестабильны и легко гидролизуются с обратным образованием спирта:
C₂H₅ONO + H₂O → C₂H₅OH + HNO₂
Особенности
- Эфиры низших спиртов (например, метил-, этил-, изоамилнитрит) токсичны, обладают наркотическим и сосудорасширяющим эффектом.
- Очень чувствительны к влаге и быстро разлагаются при хранении.
- Применяются в медицине, органическом синтезе и иногда — в анализе примесей.
Применение
Азотистая кислота применяется при производстве азокрасителей.
Соли диазония легко обменивают диазогруппу на многие другие, что позволяет получать простые эфиры, фенолы, галогенпроизводные, нитрилы и др. Это позволяет получать из ароматических аминов эти соединения при органическом синтезе
Пример решения задачи
Осуществите следующие превращения:
NaNO2 → HNO2 → HN3 → NaN3.
Решение
NaNO2+HCI = NaCI+HNO2;
HNO2 + N2H4 = HN3 + 2H2O;
HN3 + NaOH = NaN3+ Н2О.
Заказать статью по химии у экспертов биржи Студворк!
Комментарии