Азотная кислота - это разновидность сильнодействующей минеральной кислоты, используемой для производства удобрений, красителей и взрывчатых веществ. Едкая бесцветная жидкость обычно производится в промышленных масштабах с использованием узкоспециализированных химических процессов и оборудования. Однако также возможно получить азотную кислоту различной чистоты из обычных лабораторных материалов, таких как нитратные соли, серная кислота и медь. Некоторые вещества, необходимые для этого эксперимента, являются едкими, поэтому не забудьте надеть соответствующую защитную экипировку, прежде чем обращаться с ними. Также не помешает освежить в памяти процедуры безопасности в вашей лаборатории, чтобы быть готовыми в случае аварии.
Шаги
Метод 1 из 2: получение азотной кислоты из меди
Шаг 1. Растворите 80 граммов (2,8 унции) нитратной соли в 50 миллилитрах (1,7 жидких унций) воды
Начните с распределения нитратной соли в небольшую стеклянную емкость для смешивания. Затем влейте всю воду сразу. Покрутите смесь внутри емкости, чтобы она быстрее растворилась.
- Важно использовать дистиллированную воду, а не обычную водопроводную воду. Большая часть водопроводной воды содержит следы других химикатов, которые могут нарушить состав производимой вами кислоты.
- Для этого эксперимента проще всего использовать нитрат натрия, нитрат калия или нитрат аммония. Все эти химические вещества легко доступны в любом интернет-магазине химии.
- Некоторые магазины химии продают только учреждениям, а не частным лицам. Это может затруднить получение необходимых вам предметов, если у вас нет учителя или руководителя, который заказывает их от вашего имени.
Шаг 2. Добавьте 100 миллилитров (3,4 жидких унций) соляной кислоты
Измерьте кислоту в градуированном цилиндре, чтобы убедиться, что вы используете правильное количество. Осторожно перелейте кислоту в раствор нитратной соли, соблюдая осторожность, чтобы она не пролилась или не разбрызгивалась. Снова перемешайте содержимое контейнера, чтобы перемешать химические компоненты.
- Вы можете купить бутылку концентрированной соляной кислоты примерно по 1 доллару за унцию (29,57 мл).
- Рекомендуется работать под вытяжным шкафом или устанавливать оборудование на хорошо вентилируемом открытом месте, поскольку тестируемые материалы будут выделять сильные пары при контакте с кислотой.
Предупреждение:
При работе с кислотами всегда надевайте перчатки и защитные очки. В частности, соляная кислота очень агрессивна - без надлежащей защиты попадание даже небольшой капли на кожу может вызвать серьезные ожоги.
Шаг 3. Наполните вторую емкость большего размера 50 миллилитрами (1,7 жидких унций) воды
Налейте столько воды, чтобы покрыть дно второй емкости. Вы будете использовать этот контейнер, чтобы разместить контейнер для смешивания и предотвратить проливание или переполнение, поэтому убедитесь, что он достаточно большой, чтобы с комфортом удерживать тестируемые материалы.
- В идеале вторая емкость также должна быть немного выше емкости для смешивания.
- Если вы используете стакан на 250 мл в качестве емкости для смешивания, вы можете поместить его в стакан емкостью 1000 мл, чтобы оставить достаточно места.
Шаг 4. Поместите емкость для смешивания на дно большей емкости
Осторожно поставьте емкость для смешивания на мелководье. Убедитесь, что хотя бы 1⁄4 дюйм (0,64 см) воды все еще остается открытым со всех сторон емкости для смешивания. Если это не так, найдите емкость большего размера.
Шаг 5. Добавьте в кислотную смесь не менее 32 граммов (1,1 унции) меди
По возможности используйте медные гранулы лабораторной чистоты 99%. Взвесьте гранулы на точных весах в легком контейнере, предварительно взвесив сам контейнер и вычтите его вес из окончательного показания. Когда у вас будет минимум 32 грамма (1,1 унции), вылейте медь в емкость для смешивания.
- Если вы не можете найти медные гранулы для покупки, вы также можете использовать медную стружку, стружку, проволоку или даже монеты. Однако имейте в виду, что кислотная смесь в основном растворяет медь, поэтому вы не получите ее обратно.
- Медь необходима для запуска реакции окисления, которая в конечном итоге приведет к образованию азотной кислоты.
Шаг 6. Накройте емкость для смешивания отдельной емкостью и подождите около 1 часа
Третий контейнер улавливает диоксид азота, образующийся при растворении меди в кислотной смеси. Затем газ выйдет из смесительного резервуара и будет пузыриться через воду в резервуаре для хранения, образуя азотную кислоту.
- Стакан на один или два размера должен идеально подходить к емкости для смешивания. Вы также можете использовать каменную кувшинку или другую емкость для питья, если она сделана из стекла.
- Это может помочь положить небольшой тяжелый предмет, например книгу или кусок дерева, на закрывающий контейнер, чтобы удерживать его и не подпрыгивать, когда выходящий газ толкает его вверх.
- Азотная кислота, которую вы производите этим методом, будет иметь чистоту около 40-60%. Чтобы получить кислоту более высокой степени чистоты, ее нужно перегонять с использованием нитратных солей и серной кислоты.
Метод 2 из 2: дистилляция чистой азотной кислоты
Шаг 1. Отмерьте 80 г чистого нитрата калия в кипящей колбе
Смесь нитрата калия и серной кислоты имеет тенденцию производить азотную кислоту с наивысшей степенью чистоты. Используйте точные весы, чтобы дозировать точное количество нитратной соли. Не забывайте учитывать вес вашей мерной емкости.
- Для этого эксперимента необходима круглодонная колба для кипячения. Изогнутая поверхность и сужающийся горлышко колбы предотвращают утечку испарившейся азотной кислоты во время процесса дистилляции.
- Вы также можете использовать нитрат натрия или аммония, если они у вас есть, хотя чистота получаемой кислоты может быть значительно ниже.
Шаг 2. Добавьте 60-65 миллилитров (2,0-2,2 жидких унции) концентрированной серной кислоты
Перелейте кислоту в колбу для кипячения через пластиковую воронку. Если у вас нет воронки под рукой, вы также можете использовать инструмент-пипетку, при условии, что на ней указаны точные приращения для измерения жидкости.
- Работайте под вытяжным шкафом или в хорошо вентилируемом открытом пространстве и обязательно наденьте перчатки и защитные очки, прежде чем работать с любыми необходимыми химическими веществами.
- Чем выше чистота вашей кислоты, тем лучше. Использование серной кислоты, разбавленной водой, приведет к более слабой азотной кислоте.
Кончик:
Если вы случайно попали в прямой контакт с кислотой, промойте пораженный участок холодной водой в течение как минимум 15-20 минут.
Шаг 3. Установите пустую стеклянную емкость и конденсатор для дистилляции
Вставьте неподвижную головку со стеклянной пробкой в горловину колбы для кипячения. Подсоедините угловой шток успокоительной головки к трубке конденсатора. Расположите нижний конец конденсатора над отверстием пустой емкости.
- Вы можете приобрести базовый комплект для дистилляции со всем необходимым для проведения химической дистилляции в домашних условиях в любом магазине химии.
- Еще раз проверьте надежность крепления пробок вашего дистилляционного аппарата. В противном случае возможна утечка вредных паров.
Шаг 4. Нагрейте кислотную смесь около 1 часа
Включите конфорку или плиту, затем откиньтесь на спинку кресла и наблюдайте, как происходит волшебство. Когда смесь кислот нагревается, нитратная соль и серная кислота вступают в реакцию с образованием бисульфата и жидкой азотной кислоты. Затем азотная кислота испарится и переместится в конденсатор, где она остынет, превратившись в мелкие капли, которые постепенно стекают в пустой контейнер.
- Если у вас есть термометр, вставьте его в верхнюю часть неподвижной головки и следите за ним, пока смесь кислоты находится на источнике тепла. Температура внутри колбы для кипячения будет несколько колебаться, но в идеале она должна оставаться около точки кипения кислоты, 337 ° C (639 ° F).
- Вы можете заметить, что концентрированная азотная кислота приобретает желтоватый оттенок по мере накопления. Это нормальный побочный эффект загрязнения диоксидом водорода. Кислота по-прежнему будет достаточно чистой, чтобы ее можно было использовать для различных целей.
Шаг 5. Продуйте азотную кислоту воздухом, чтобы проверить ее чистоту
Возьмите отрезок резиновой трубки или пластиковой соломинки для питья и поместите один конец в горловину колбы для кипячения. Осторожно подуйте на другой конец. Во время дуновения следите, чтобы кислота выделяла легкие бледно-желтые пары. Существенное дымообразование произойдет только в том случае, если чистота азотной кислоты превышает 80%. Из-за этого уникального эффекта азотную кислоту высокой чистоты иногда называют «дымящей азотной кислотой».
- Будьте предельно осторожны, чтобы не вдыхать пары. Это может вызвать сильное раздражение дыхательных путей.
- Если вы носите латексные или нитриловые перчатки, снимите их перед проверкой азотной кислоты. Это может показаться нелогичным, но чистая азотная кислота на самом деле может вызвать возгорание латекса и нитрила!
подсказки
- Всегда держите под рукой аптечку на рабочем месте на случай непредвиденных происшествий.
- Азотная кислота полезна для инициирования химических реакций и производства многих других химических соединений в лабораторных условиях.
- Медь не дешевая, особенно если вы собираетесь просто переплавить ее. Утилизируйте медь, добавив к жидким медным отходам небольшие кусочки алюминиевой фольги, а затем процедив их через бумажное полотенце, как только они успеют раствориться. Оставшиеся твердые биты будут медью низкой чистоты, которую вы можете использовать для других экспериментов.
Предупреждения
- Некоторые из описанных здесь процедур могут быть опасными при ненадлежащем выполнении. По этой причине их лучше оставить опытным химикам и сотрудникам лабораторий. Если вы впервые проводите химический эксперимент, подумайте о более простом проекте, например об изменении pH воды или нейтрализации лимонной кислоты.
- Немедленно обратитесь к врачу, если вы заметили жжение, отек, зуд или раздражение в результате воздействия химических веществ. Если не лечить, химические ожоги могут привести к более серьезным симптомам, включая шок.