6 подписчиков

Азотистоводородная кислота и её соли: получение и химические свойства

23 ноября 202323 ноя 2023

4 мин

Оглавление

Получение HN3
Химические свойства HN3
Реакция Шмидта

Получение HN3

(1) Окислением гидразина:

N2H4 + HNO2(конц.) => HN3 + 2H2O (самый первый способ, небольшой выход: ~20%);

(2) Стадиями из гидразида бензойной кислоты:

1. C6H5CONHNH2 + HNO2 => C6H5CON3 + 2H2O;

2. C6H5CON3 + 2NaOH => C6H5COONa + NaN3 + H2O;

3. NaN3 + HCl => NaCl + HN3;

(3) Из амида натрия действием ортофосфорной кислоты:

1. 2NaNH2 + N2O => NaN3 + NaOH + NH3;

2. 3NaN3 + H3PO4 => 3HN3 + Na3PO4;

(4) Взаимодействием азидов металлов с серной кислотой:

NaN3 + H2SO4(конц.) => NaHSO4 + HN3 (до 10℃, вакуум);

(5) NaN3 + H3O+(катионит) => HN3 + Na+(катионит) + H2O;

(6) Гидролизом ацилазидов (азидов органических кислот):

R-CON3 + HOH => R-COOH + HN3

Химические свойства HN3

Является слабой кислотой, по силе близкой к уксусной CH3COOH (немного сильнее, pKa=4,59); в растворах диссоциирует на ионы: HN3 <=> H+ + N3-; проявляет окислительно-восстановительные свойства.

(1) Медленно разлагается при хранении:

HN3 + H2O = N2 + NH2OH - гидроксиламин

или 2HN3(конц.) + H2O = N2 + (NH3OH)N3 – азид гидроксиламина (комнатная температура)

(2) Разложение при температуре

2HN3 = 3N2 + H2 (выше 300℃)

(3) Взаимодействие с металлами (в качестве окислителя):

4HN3 + 2Na => 2NaN3 + NH4N3 + N2

Cu + 3HN3 => Cu(N3)2 + N2 + NH3

Mg + 4HN3 => Mg(N3)2 + N2 + (NH4)N3

(4) Смесь концентрированных HN3 и HCl подобна «царской водке», переводит в раствор золото

3HN3(конц.) + 11HCl(конц.) + 2Au = 2H[AuCl4] + 2NH4Cl + 3N2

и платину

2HN3(конц.) + 8HCl(конц.) + Pt = H2[PtCl6] + 2NH4Cl + 2N2

HN3(конц.) + HCl(конц.) = NH4Cl + N2 + Cl2 (кат. Pt)

(5) Реагирует с концентрированной азотной кислотой (в качестве восстановителя):

2HN3 + 4HNO3() = 2N2 + N2O + 4NO2 + 3H2O

(6) Нейтрализуется щелочами, гидратом аммиака:

HN3 + NaOH(разб.) = NaN3 + H2O

HN3 + NH3*H2O(10%) = NH4N3(азид аммония) + H2O

(7) Реагирует с азотистой кислотой:

HN3(конц.) + HNO2 = N2 + N2O + H2O

(8) Взаимодействие с карбонатами:

2HN3 + M2CO3 = 2MN3 + CO2 + H2O (где М – Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, NH4+)

(9) Реагирует с концентрированным раствором иодоводорода:

HN3 + 3HI(конц.) = N2 + NH4[I(I)2]

(10) Реакция с синильной кислотой даёт тетразол:

Реакция Шмидта

- в органической химии так называется взаимодействие карбонильных соединений с HN3 в кислой среде.

Карл Фридрих Шмидт родился в 1887 г., некоторое время работал вместе с Курциусом. В 1923 г. на собрании Немецкого химического общества в Йене сделал доклад о действии азотистоводородной кислоты на альдегиды и кетоны. Особенно много он работал над использованием азотистоводородной кислоты для синтеза различных органических соединений.

Нестойкие вещества или соединения, сульфирующиеся концентрированной серной кислотой, не могут быть использованы в реакции Шмидта.

Общие схемы реакций:

Обычно данную реакцию проводят в растворителе (например, C6H6). Альдегиды и кетоны часто образуют в качестве побочных продуктов тетразолы (при использовании избытка HN3). Многие замещенные карбоновые кислоты (глицин, a-аланин, гиппуровая, фенилуксусная и др.) в реакцию не вступают.

Реакцию используют в препаративной практике, а также при исследовании структуры сложных органических соединений.

Получение азидов

(1) Окисление гидразина алкилнитритами в щелочной среде:

N2H4 + C2H5NО2 + NaOH => C2H5OН + NaN3 + 2H2O (промышленный способ получения азида натрия)

(2) Щелочной гидролиз ацилазидов. Наиболее подробно изучена реакция с семикарбазидом профессором Л.И. Багалом:

(3) Амиды натрия и калия:

2NaNH2 + N2O => NaN3 + NaOH + NH3

KNO3 + 3KNH2 => KN3 + 3KOH + NH3 (при t)

(4) Азотистоводородная кислота со сложными веществами:

- карбонатом натрия

Na2CO3 + 2HN3 => 2NaN3 + CO2 + H2O

- гидроксидами

СsOH + HN3 => CsN3 + H2O

Ba(OH)2 + 2HN3 => Ba(N3)2 + 2H2O

HN3 + NaOH => NaN3 + H2O

HN3 + NH3*H2O(10%) => NH4N3 + H2O

-оксидами

СаO + 2HN3 => Са(N3)2 + H2O

SrO + 2HN3 => Sr(N3)2 + H2O

- органическими соединениями

Be(CH3)2 + 2HN3 => Be(N3)2 + 2CH4

(C2H5)2Mg + 2HN3 => Mg(N3)2 + 2C2H6

(5) Азид натрия:

NaN3 + 0.5K2CO3 => KN3 + 0,5Na2CO3

2NaN3 + Rb2SO4 => Na2SO4 + 2RbN3

(6) Азотистоводородная кислота с металлами:

4HN3 + 2Na => 2NaN3 + NH4N3 + N2

Cu + 3HN3 => Cu(N3)2 + N2 + NH3

Mg + 4HN3 => Mg(N3)2 + N2 + (NH4)N3

Химические свойства азидов

Следует сказать, что существуют также азиды неметаллов (карбонилазид CO(N3)2, цианазид N3CN и др.), комплексные азиды ( (N5)[P(N3)6], (N5)[B(N3)4] ), органические азиды. Однако, лучше всего изучены азиды металлов, например: