Строение кислоты с МВС. Рассмотрим строение азотной кислоты с позиции метода валентных связей. Для этого посмотрим, какие орбитали принимают участие в образовании молекулы этой кислоты. Таким образом азотную кислоту можно представить в виде: Однако современные методы исследования показали, что строение кислоты таково: Отсюда видно, что молекула азотной кислоты имеет делокализованные связи. Нитроний-ион Этот ион непосредственно возникает не только при ионизации самой азотной кислоты, но и в реакциях нитрования или в растворах окислов азота в этой кислоте и в других сильных кислотах.
Ранние физические измерения, выполненные известным ученым Ганчем, свидетельствовали об ионизации HNO3 в серной кислоте: HNO3+2H2SO4=H3NO32++2HSO4 Поздние исследования, проведенные Хьюзом, Ингольдом и другими учеными, показали, что предложения Ганча не вполне верно.
Так, скорость нитрования бензола возрастает в 1000 раз при переходе от 80%-ных к 90%-ным растворам H2SO4. Подобные кинетические данные по нитрованию в растворах серной кислоты, нитрометана, и ледяной уксусной кислоты были объяснены тем, что атакующей частицей является - ион: Важность ионизации первого типа подтверждается тем, что добавление ионизированных нитратов к реакционной смеси замедляет реакцию. Процесс нитрования можно представить в виде: Окончательным подтверждением существования ионов нитрония явилось выделением солей нитрония.
Соли содержат линейный катион: Длина связи N-O составляет 110 пм. Выделение солей нитрония происходит следующим образом: (1) (2) (3) Реакции (1) и (2) представляют собой, в действительности, просто реакции обмена, поскольку N2O5 в твердом состоянии и в растворе безводных кислот существуют в виде ионов и. Реакция (3) представляет собой реакцию ангидрида кислоты c основанием. Соли нитрония - кристаллические вещества, термодинамически устойчивы, но химически очень активны.
Они быстро гидролизуются влагой воздуха; кроме того, , например, бурно реагирует с органическими веществами, однако в растворе нитробензола его можно использовать для нитрования. Соединения, содержащие нитроний-ион являются промежуточными соединениями при нитровании ароматических веществ. С метода молекулярных орбиталей нитроний-ион выглядит так: