Азотистоводородная кислота
 | |
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Азид водорода | |
| Другие имена Азид водорода Азоимид Азовая кислота | |
| Идентификаторы | |
| |
3D модель ( JSmol ) |
|
| ХЭБИ |
|
| ChEMBL |
|
| ChemSpider |
|
| Информационная карта ECHA | 100.029.059 |
| Номер ЕС |
|
| 773 | |
CID PubChem |
|
| УНИИ |
|
Панель инструментов CompTox ( EPA ) |
|
| |
| |
| Характеристики | |
| Н Н 3 | |
| Молярная масса | 43,029 г·моль −1 |
| Появление | бесцветная, очень летучая жидкость |
| Плотность | 1,09 г/см 3 |
| Температура плавления | −80 °C (−112 °F; 193 К) |
| Точка кипения | 37 °C (99 °F; 310 К) |
| хорошо растворимый | |
| Растворимость | растворим в щелочи , спирте , эфире |
| Кислотность ( pK a ) | 4.6 [1] |
| Сопряженное основание | Азид |
| Структура | |
| приблизительно линейный | |
| Опасности | |
| Охрана труда и техника безопасности (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Высокотоксичный, взрывоопасный, реактивный |
| Маркировка СГС : | |
   | |
| Опасность | |
| Н200 , Н319 , Н335 , Н370 | |
| Р201 , Р202 , Р260 , Р261 , Р264 , Р270 , Р271 , Р280 , Р281 , Р304+Р340 , Р305+Р351+Р338 , Р307+Р311 , Р312 , Р321 , Р337+Р313 , Р372 , Р373 , Р380 , Р401 , Р403+Р233 , Р405 , Р501 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| Родственные соединения | |
Другие катионы | Азид натрия Азид лития Азид калия |
| Аммиак Гидразин | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Азотистоводородная кислота , также известная как азид водорода , азиновая кислота или азоимид , [2] представляет собой соединение с химической формулой HN3 . [3] Это бесцветная, летучая и взрывоопасная жидкость при комнатной температуре и давлении. Это соединение азота и водорода , и, следовательно, пниктогеновый гидрид . Впервые она была выделена в 1890 году Теодором Курциусом . [4] У кислоты мало применений, но ее сопряженное основание , азид -ион, полезно в специализированных процессах.
Азотистоводородная кислота, как и ее собратья по минеральным кислотам , растворима в воде. Неразбавленная азотистоводородная кислота взрывоопасна [5] со стандартной энтальпией образования Δ f H o (l, 298K) = +264 кДж/моль. [6] При разбавлении газ и водные растворы (<10%) можно безопасно приготовить, но их следует использовать немедленно; из-за своей низкой температуры кипения азотистоводородная кислота обогащается при испарении и конденсации, так что разбавленные растворы, неспособные к взрыву, могут образовывать капли в свободном пространстве контейнера или реактора, которые способны взорваться. [7] [8]
Производство
Кислота обычно образуется путем подкисления азидной соли, например азида натрия . Обычно растворы азида натрия в воде содержат следовые количества азотистоводородной кислоты в равновесии с азидом, но введение более сильной кислоты может преобразовать первичные виды в растворе в азотистоводородную кислоту. Чистая кислота может быть впоследствии получена путем фракционной перегонки в виде чрезвычайно взрывоопасной бесцветной жидкости с неприятным запахом. [2]
- NaN3 + HCl → HN3 + NaCl
Его водный раствор можно также приготовить путем обработки раствора азида бария разбавленной серной кислотой , отфильтровывая нерастворимый сульфат бария . [9]
Первоначально он был получен путем реакции водного гидразина с азотистой кислотой :
- N2H4 + HNO2 → HN3 + 2H2O
С катионом гидразиния [N 2 H 5 ] + эта реакция записывается как:
- [N 2 H 5 ] + + HNO 2 → HN 3 + H 2 O + [H 3 O] +
Другие окислители, такие как перекись водорода , нитрозилхлорид , трихлорамин или азотная кислота , также могут быть использованы для получения азотистоводородной кислоты из гидразина. [10]
Уничтожение перед утилизацией
Азотистоводородная кислота реагирует с азотистой кислотой:
- HN 3 + HNO 2 → N 2 O + N 2 + H 2 O
Эта реакция необычна тем, что в ней участвуют соединения с азотом в четырех различных степенях окисления. [11]
Реакции
По своим свойствам азотистоводородная кислота проявляет некоторую аналогию с галогеноводородными кислотами, поскольку образует плохо растворимые (в воде) соли свинца, серебра и ртути(I). Все металлические соли кристаллизуются в безводной форме и разлагаются при нагревании, оставляя остаток чистого металла. [2] Это слабая кислота (p K a = 4,75. [6] ) Ее соли тяжелых металлов взрывоопасны и легко взаимодействуют с алкилиодидами . Азиды более тяжелых щелочных металлов (исключая литий ) или щелочноземельных металлов не взрывоопасны, но разлагаются более контролируемым образом при нагревании, выделяя спектрально чистый газ N 2. [12] Растворы азотистоводородной кислоты растворяют многие металлы (например, цинк , железо ) с выделением водорода и образованием солей, которые называются азидами (ранее также назывались азоимидами или гидразоатами).
Азотистоводородная кислота может реагировать с карбонильными производными, включая альдегиды, кетоны и карбоновые кислоты, давая амин или амид с вытеснением азота. Это называется реакцией Шмидта или перегруппировкой Шмидта.
При растворении в самых сильных кислотах образуются взрывоопасные соли, содержащие ион аминодиазония [H 2 N=N=N] + ⇌ [H 2 N−N≡N] + , например: [12]
- HN=N=N + H[SbCl 6 ] → [H 2 N=N=N] + [SbCl 6 ] −
Ион [H 2 N=N=N] + изоэлектронен диазометану H 2 C = N + = N − .
Разложение азотистоводородной кислоты под действием удара, трения, искры и т. д. приводит к образованию азота и водорода:
- 2HN3 → H2 + 3N2
Азотистоводородная кислота при достаточной энергии подвергается мономолекулярному разложению:
- HN3 → NH + N2
Самый низкий энергетический путь производит NH в триплетном состоянии, что делает его спин-запрещенной реакцией. Это одна из немногих реакций, скорость которой была определена для определенных количеств колебательной энергии в основном электронном состоянии с помощью исследований лазерной фотодиссоциации. [13] Кроме того, эти мономолекулярные скорости были проанализированы теоретически, и экспериментальные и расчетные скорости находятся в разумном согласии. [14]
Токсичность
Азотистоводородная кислота летуча и очень токсична. Она имеет резкий запах, а ее пары могут вызывать сильные головные боли . Соединение действует как некумулятивный яд.
Приложения
2-Фуронитрил , фармацевтический промежуточный продукт и потенциальный искусственный подсластитель, был получен с хорошим выходом путем обработки фурфурола смесью азотистоводородной кислоты ( HN3 ) и хлорной кислоты ( HClO4 ) в присутствии перхлората магния в растворе бензола при 35 °C. [ 15] [16]
Полностью газофазный йодный лазер (AGIL) смешивает газообразную азотистоводородную кислоту с хлором для получения возбужденного хлорида азота , который затем используется для генерации йода ; это позволяет избежать требований к жидкой химии, предъявляемых к лазерам COIL .
Ссылки
- ^ Прадьот Патнаик. Справочник по неорганическим химикатам . McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8
- ^ abc Чисхолм, Хью , ред. (1911). . Encyclopaedia Britannica . Том 3 (11-е изд.). Cambridge University Press. С. 82–83 .Здесь также содержится подробное описание современного производственного процесса.
- ^ Словарь неорганических и металлоорганических соединений . Chapman & Hall.
- ^ Курций, Теодор (1890). «Ueber Stickstoffwasserstoffsäure (Azoimid) N3H» [О азотистоводородной кислоте (азоимиде) N 3 H]. Berichte der Deutschen Chemischen Gesellschaft . 23 (2): 3023–3033 . doi :10.1002/cber.189002302232.
- ^ Фурман, Дэвид; Дубникова, Фаина; ван Дуин, Адри CT; Зейри, Йехуда; Кослофф, Ронни (2016-03-10). «Реактивное силовое поле для жидкой азотной кислоты с приложениями к детонационной химии». Журнал физической химии C. 120 ( 9): 4744– 4752. Bibcode : 2016APS..MARH20013F. doi : 10.1021/acs.jpcc.5b10812. ISSN 1932-7447. S2CID 102029987.
- ^ ab Catherine E. Housecroft; Alan G. Sharpe (2008). "Глава 15: Элементы группы 15". Неорганическая химия, 3-е издание . Pearson. стр. 449. ISBN 978-0-13-175553-6.
- ^ Гонсалес-Бобес, Ф. и др. Org. Process Res. Dev. 2012, 16, 2051-2057.
- ^ Treitler, DS et al Org. Process Res. Dev. 2017, 21, 460-467.
- ^ Л. Ф. Одриет, К. Ф. Гиббс Азид водорода в водном и эфирном растворе. Неорганические синтезы 1939, т. 1, стр. 71-79.
- ^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 432. ISBN 978-0-08-037941-8.
- ↑ Гринвуд, стр. 461–464.
- ^ ab Эгон Виберг; Нильс Виберг; Арнольд Фредерик Холлеман (2001). "Группа азота". Неорганическая химия . Academic Press. стр. 625. ISBN 978-0-12-352651-9.
- ^ Фой, BR; Касасса, MP; Стивенсон, JC; Кинг, DS (1990). " HN , возбуждаемый обертоном
3(X1A') - Ангармонический резонанс, однородные ширины линий и скорости диссоциации". Журнал химической физики . 92 : 2782– 2789. doi : 10.1063/1.457924. - ^ Бесора, М.; Харви, Дж. Н. (2008). «Понимание скорости спин-запрещенного термолиза HN
3и СН
3Н
3". Журнал химической физики . 129 (4): 044303. doi :10.1063/1.2953697. PMID 18681642. - ^ П. А. Павлов; Кульневич, В.Г. (1986). «Синтез 5-замещенных фураннитрилов и их реакция с гидразином». Химия гетероциклических соединений . 2 : 181–186 .
- ^ Б. Бандгар; Маконе, С. (2006). «Органические реакции в воде. Превращение альдегидов в нитрилы с использованием NBS в мягких условиях». Synthetic Communications . 36 (10): 1347– 1352. doi :10.1080/00397910500522009. S2CID 98593006.
Внешние ссылки
Медиа, связанные с Азид водорода на Wikimedia Commons- OSHA: Азотистоводородная кислота Архивировано 2008-04-04 на Wayback Machine
