Глядя на литровые банки с бесцветной, ничем не примечательной жидкостью, трудно представить, какая разрушительная сила таится за стеклянными стенками. Азотная кислота — настолько сильный окислитель, что некоторые органические вещества (в частности, скипидар) при соприкосновении с ней воспламеняются.
Безводная азотная кислота HNO3 — бесцветная летучая жидкость (tкип=83 °С; из-за летучести безводную кислоту называют «дымящей») с резким запахом. В лаборатории её получают по методу Глаубера — действием на селитру концентрированной серной кислоты. При нагревании азотная кислота переходит в пар, который конденсируется в приёмнике, охлаждаемом льдом.
В 30-х гг. XX в. химиками были получены ортонитраты — соли неизвестной в свободном виде ортоазотной кислоты H3NO4 (аналога ортофосфорной кислоты Н3РО4). Ортонитрат натрия образуется при сплавлении в течение нескольких дней нитрата и оксида натрия:
NaNO3+Na2O ®300°C Na3NO4.
Вещество представляет собой бесцветные кристаллы, но, в отличие от устойчивых ортофосфатов, легко разлагается на нитрат и гидроксид натрия в присутствии влаги воздуха.
Водный раствор аммиака считается слабым основанием, поскольку в нём гидроксид-ионы содержатся в небольшом количестве (по сравнению с водными растворами сильных оснований — гидроксида натрия или гидроксида калия, которые полностью распадаются на ионы). Раньше низкую концентрацию гидроксид-ионов в водных растворах аммиака объясняли тем, что при взаимодействии аммиака с водой образуется гидроксид аммония NH4OH, который и проявляет основные свойства:
NH3•Н2О=[NH4OH]« NH4++ОН-.
Но, как показали исследования, такого соединения не существует ни в водных растворах, ни в твёрдом виде. В водном растворе аммиак присутствует в основном в виде гидрата NH3•nН2О, в незначительной степени распавшегося на ионы. Однако при низких температурах аммиак образует твёрдый гидрат NH3•Н2О с tпл=-79 °С (такого же состава, что и гипотетическое основание NH4OH), в структуре которого, безусловно, не содержится никаких ионов.
Кроме аммиака известно ещё несколько соединений азота с водородом. Одно из них — гидразин N2H4 — представляет собой бесцветную жидкость с запахом аммиака (tпл=2 °С, tкип=114 °С). Молекула гидразина напоминает молекулу пероксида водорода, так как состоит из двух одинаковых фрагментов, соединённых одинарной связью элемент — элемент (в данном случае N—N). Как и аммиак, гидразин является сильным восстановителем, а также проявляет свойства основания: известны соли гидразония, например [N2H5]+Cl-. В отличие от аммиака, гидразин легко сгорает на воздухе с выделением большого количества тепла. На этом основано использование гидразина (а также его органических производных, в частности 1,1 -диметилгидразина — гептила (CH3)2N—NH2) в качестве ракетного топлива. Так, топливом для лунного модуля «Аполлон-11» служила смесь равных масс N2O4 (окислитель) и 1,1-диметилгидразина (восстановитель).
Особые химические свойства аммиака — донорные свойства — обусловлены наличием неподелённой электронной пары. Эту пару частица-донор использует при образовании ковалентной связи с частицей, имеющей вакантную орбиталь (акцептором). Так, NH3 легко вступает в реакцию с кислотами. Летучие кислоты (например, соляная или азотная), контактируя с аммиаком, дают густой белый дым, который состоит из мельчайших кристаллов аммонийной соли. Катион аммония NH4+ образуется по донорно-акиепторному механизму при взаимодействии свободной электронной пары молекулы аммиака с вакантной s-орбиталыо иона водорода.
Селитра — природные нитраты натрия и калия — была известна в Китае в первые века новой эры; её использовали для приготовления пороха и проведения фейерверков. Позже она упоминается в трудах европейских алхимиков (латинские названия — nitro или sal nitri). Нагревая селитру с железным купоросом — гептагидратом сульфата железа(П), — алхимики получали азотную кислоту, которая длительное время называлась по-латыни aqua fortis («крепкая вода»; в русских текстах обычно встречается термин «крепкая водка»):
4KNO3+2(FeSO4•7Н2О) ®t°Fe2O3+2K2SO4+2HNO3+2NO2+13H2O.
Чистую азотную кислоту впервые получил немецкий химик Иоганн Рудольф Глаубер действуя на селитру купоросным маслом (концентрированной серной кислотой):
KNO3+H2SO4 (конц)®t° KHSO4+HNO3.