Азотоводородна киселина

Азотоводородната киселина, HN₃, е едноосновна безкислородна киселина на азота. Представлява силно експлозивна безцветна течност. Дава соли, наречени азиди.

Строеж

Резонансна структура на азотоводородна киселина

В молекулата на HN₃ азотният атом, свързан с водорода, образува две σ-връзки и една резонансна π-връзка, резултат от sp²-хибридизация. Централният азотен атом (с формален заряд +1) отдава електрон на третия азотен атом (с формален заряд −1). Трите азотни атома са подредени почти в права линия. Между тях се образуват двойни π-връзки и единични σ-връзки.

Физични свойства

Азотоводородната киселина е безцветна летлива течност, кипяща при 37 °C. Сублимира лесно. Има неприятна миризма и е отровна. Безводната киселина е силно експлозивна.

Химични свойства

Водният разтвор на азотоводородната киселина е слаба киселина със сила, близка до оцетната:

$\mathrm{H}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3\stackrel{-\rightharpoonup }{\leftharpoondown -}\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{N}{\phantom{A}}_3{\phantom{A}}^{-}$

Азотоводородната киселина може да реагира с азиден йон до хидрогеназиден йон – N₃HNШаблон:Индекси.

Във воден разтвор търпи бавно диспропорциониране:

$\mathrm{H}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{N}{\phantom{A}}_2+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\mathrm{H}$

HN₃ е силен окислител. Разтваря Zn, Fe, Mn и Cu без отделяне на H₂:

$\mathrm{Z}\mathrm{n}+\mathrm{H}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}⟶\mathrm{Z}\mathrm{n}(\mathrm{N}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_3+\mathrm{N}{\phantom{A}}_2+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4{\phantom{A}}^{+}$

Йодът и Ce(IV) соли я редуцират до N₂.

Смес от солна и азотоводородна киселина действа като царска вода и може да разтвори златото и другите благородни метали. Причината е полученият хлор при реакцията между двете киселини, при която HN₃ е окислител:

$\mathrm{H}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}⟶\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2+\mathrm{N}{\phantom{A}}_2+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_4\mathrm{C}\mathrm{l}$

При реакция с много силни основи азотоводородната киселина се държи като основа:

$\mathrm{H}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{F}{\phantom{A}}_6⟶[\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_3]{\phantom{A}}^{+}[\mathrm{S}\mathrm{b}\mathrm{F}{\phantom{A}}_6]{\phantom{A}}^{-}$

Азиди

Шаблон:Основна Солите на азотоводородната киселина се наричат азиди и по разтворимост във вода приличат на хлоридите. Азидите на алкалните и алкалоземните метали са силно разтворими. При бавно загряване те са устойчиви до стапянето си. Освен CsN₃, те се топят с разлагане:

$\begin{array}{c}2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3\stackrel{\mathrm{573}\mathrm{K}}{\to }2\mathrm{N}\mathrm{a}+3\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\\ 3\mathrm{B}\mathrm{a}(\mathrm{N}{\phantom{A}}_3){\phantom{A}}_2\underset{-7\mathrm{N}{\phantom{A}}_2}{\overset{\mathrm{473}\mathrm{K}}{\to }}\mathrm{B}\mathrm{a}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}{\phantom{A}}_4\underset{-\mathrm{N}{\phantom{A}}_2}{\overset{\mathrm{523}\mathrm{K}}{\to }}\mathrm{B}\mathrm{a}{\phantom{A}}_3\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\end{array}$

Най-използваната сол е натриевият азид, който се получава при пропускане на диазотен оксид в амонячен разтвор на натрий или при взаимодействие на същия оксид с натриев амид:

$\begin{array}{c}\mathrm{N}\mathrm{a}+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}⟶\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3+3\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}+2\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\\ 2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_2+\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}\stackrel{\mathrm{190}{}^{\mathrm{\circ }}\mathrm{C}}{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{O}\mathrm{H}+\mathrm{N}\mathrm{H}{\phantom{A}}_3\end{array}$

Азидите на тежките метали (AgN₃, Hg(N₃)₂, Pb(N₃)₂) са слабо разтворими във вода. Те се получават от водните разтвори на солите на тези метали при утаяване с натриев азид. Всички те са избухливи вещества, които се разлагат при удар и нагряване.

Получаване

Азотоводородната киселина за първи път е получена от окисление на хидразин с азотиста киселина:

$\mathrm{N}{\phantom{A}}_2\mathrm{H}{\phantom{A}}_4+\mathrm{H}\mathrm{N}\mathrm{O}{\phantom{A}}_2⟶\mathrm{H}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3+2\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}$

Азотоводородната киселина се получава от алкални азиди и по-силна киселина, например концентрирана сярна киселина:

$2\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4⟶\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{A}}_2\mathrm{S}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4+2\mathrm{H}\mathrm{N}{\phantom{A}}_3$

HN₃ се изолира от сместа с вакуумна дестилация.