Физико-химические свойства безводной азотной кислоты

Чистая безводная азотная кислота - одноосновная кислота, существующая в трех агрегатных состояниях. Плотность, вязкость, температура кипения и стандартные термодинамические константы чистой безводной азотной кислоты, ее отличие от надазотной кислоты.
Краткое сожержание материала:

Введение

Тема реферата «Физико-химические свойства безводной азотной кислоты».

К азотнокислотным окислителям относятся азотная кислота и ее смеси с тетраоксидом диазота (меланжи). Эти окислители были предложены еще в 1930-1931 г.г. В. П. Глушко. Азотнокислотные окислители являются долго хранимыми компонентами ракетного топлива, имеют низкую стоимость и широкую промышленную базу, они способны самовоспламеняться со многими горючими.

Азотная кислота и оксиды азота широко известны и давно применяются в различных отраслях техники. Ресурсы азотнокислотных окислителей практически не ограничены. Азотная промышленность достаточно сильно развита во многих странах.

По количеству выделяемого кислорода (63,5% от массы химически чистой кислоты) и по физическим свойствам азотная кислота является сильным окислителем. Основные недостатки этого окислителя - коррозионная агрессивность и токсичность, а также относительно невысокие энергетические показатели (в сравнении с жидким кислородом).

Цель написания реферата - ознакомиться с физико-химическими свойствами безводной азотной кислоты, выяснить отличие от физико-химических свойств водных растворов азотной кислоты.

Физико-химические свойства безводной азотной кислоты

Чистая безводная азотная кислота - бесцветная, легкоподвижная жидкость с едким запахом, малоустойчива, разлагается при обычных температурах, дымит. Она является сильной одноосновной кислотой, существующей в трех агрегатных состояниях.

Молекула HNO₃ имеет следующее строение:

Относительная молекулярная масса HNO₃ при 0°С и 101,3 кПа составляет 63,016 кг/кмоль, а мольный объем пара - 24,58 м³/кмоль.

В газовой фазе молекула HNO₃ является плоской. Температура кристаллизации HNO₃ равна - 41,58°С. При этой температуре кристаллы имеют белоснежный вид. Элементарная ячейка кристаллической решетки азотной кислоты содержит 16 молекул HN0₃. Плотность кристаллической HNO₃ 1895 кг/м³.

В пределах от -30 до +50°С плотность азотной кислоты можно определить по уравнению, предложенному Г.Л.Антипенко и др.:

р= 1549,2 - 1,83 t (1.1)

где р = плотность, кг/м³

t - температура, °С

Плотность жидкой HN0₃ увеличивается с повышением давления. При 20°С и давлении 0,1; 10.2 и 34,0 МПа она составляет соответственно 1512,6; 1526,4и 1547,0 кг/м³.

Вязкость жидкой HNO₃ при нормальных условиях составляет 1,105 кПа*с, а поверхностное натяжение - 4, 356 Н/м. Вязкость и поверхностное натяжение безводной азотной кислоты с повышением температуры понижается.

Температура кипения чистой безводной азотной кислоты при атмосферном давлении составляет 82,6°С.

Из табл. 1 видно, что температура кипения 99,7%-ной азотной кислоты существенно повышается с ростом давления. И если при давлении, равном 6,266 кПа, она составляет 22,0°С, то при 101,325 кПа достигает 86,9°С.

Таблица 1.1

Зависимость температуры кипения 99,7%-ной HNO, от давления

р, кПа	6,266	7,999	14,665	27,064	38,663	66,661	89,992	101,325
t, °С	22,0	26,0	36,4	50,0	57,0	72,6	82,4	86,9

Удельная изобарная теплоемкость паров HNO₃ при нормальных условиях составляет 53,38 Дж/мольтрад, а жидкой HNO₃ - 110,87 кДж/мольтрад.

Мольную теплоемкость паров HNO₃ в интервале температур 230-300°С можно определить по уравнению:

Ср пар= 12,05 + 16,94- 10^-2 Т- 10,08 * 10^-5 Т², (1.2)

а теплоемкость жидкой HNO₃ по уравнению:

где

Сржидк. = 107,35 + 5,975*10 ^-2 Т - 1,712 * 10^-5 Т², (1.3)

Ср - мольная теплоемкость HNO₃, Дж/моль*град;

Т - температура, К.

Давление насыщенных паров чистой безводной азотной кислоты при 0, 10, 20, и 30°С составляет соответственно 1,93; 3,57; 60,32 и 10,18 кПа.

Плотность, вязкость, давление паров и поверхностное натяжение жидкой безводной азотной кислоты при различной температуре могут быть найдены на рис. 1 из работ [5-11].

Теплота плавления безводной азотной кислоты при 20°С и атмосферном давлении составляет 10,48 кДж/моль, теплота испарения - 39,47 кДж/моль и теплота разбавления - 31,60 кДж/моль.

Стандартные термодинамические константы для агрегатных состояний безводной азотной кислоты представлены в табл. 2 [12].

Таблица 2

Значения стандартных термодинамических констант безводной HNO₃

Агрегатное состояние	?Н°298, кДж/моль	?G°298, кДж/моль	S0298 Дж/мольград
Газ	- 135,15	-73,495	265,19
Жидкость	- 173,12	- 79,675	155,70
Кристаллы	- 176,68	-	-

Коэффициент теплопроводности безводной азотной кислоты при 17°С равен 0,244 Вт/м*град. В табл. 3 представлена зависимость коэффициента теплопроводности 95-99%-ной HNO₃ от температуры. Как следует из приведенных данных повышение температуры увеличивает теплопроводность, которая в интервале -34,4-149°С изменяется от 0,826 до 1,128 Вт/м*град.

Таблица 3

Влияние температуры на коэффициент теплопроводности 95-99%-ной

азотной кислоты

Температура, °С	-34,4	-17,8	10,0	37,8	65,6	93,3	121,0	149,0
Коэффициент теплопроводности, Вт/м*град	0,826	0,861	0,895	0,930	0,988	1,035	1,081	1,128

Из табл. 4 видно, что удельная электропроводность безводной азотной кислоты незначительно зависит от изменения температуры. Изменение удельной электропроводности безводной HN0₃ в зависимости от температуры объясняется ее самоионизацией, протекающей по реакции с образованием ионов нитрония и нитрата:

2 HN0₃ - N0₂⁺ + N0₃^- + Н₂0 (1.4)

Степень самоионизации при 0°С достигает приблизительно 5%.

Таблица 4

Зависимость удельной электропроводности безводной азотной кислоты

от температуры

Температура, °С	0	10	15	25	30
Электропроводность, См/м	3,558	3,653	3,678	3,735	3,690

Разложение азотной кислоты происходит с выделением воды, оксидов азота и кислорода:

4HN0₃ = 4N0₂ + 2H₂0 + 0₂ (1.5)

Термическое разложение безводной азотной кислоты по реакции (1.5) в жидкой фазе протекает тем глубже, чем выше...