Δομή του νιτρικού οξέος (HNO3), ιδιότητες, σύνθεση και χρήσεις

Το νιτρικό οξύ είναι μια ανόργανη ένωση που αποτελείται από οξικό οξύ αζώτου. Θεωρείται ισχυρό οξύ, αν και το pKa (-1,4) είναι παρόμοιο με το pKa του ιόντος υδρονίου (-1,74). Από αυτό το σημείο, είναι ίσως το "πιο αδύναμο" από πολλά γνωστά ισχυρά οξέα.

Η φυσική του εμφάνιση αποτελείται από ένα άχρωμο υγρό, το οποίο με την αποθήκευση αλλάζει σε κιτρινωπό χρώμα, λόγω του σχηματισμού αερίων αζώτου. Η χημική του φόρμουλα είναι HNO₃.

Είναι κάπως ασταθές, παρουσιάζοντας μια μικρή αποσύνθεση από την έκθεση στο ηλιακό φως. Επιπλέον, μπορεί να αποσυντεθεί πλήρως με θέρμανση, προκαλώντας διοξείδιο του αζώτου, νερό και οξυγόνο.

Η επάνω εικόνα δείχνει ένα κομμάτι νιτρικού οξέος που περιέχεται σε ογκομετρική φιάλη. Ο κίτρινος χρωματισμός του, ενδεικτικός μερικής αποσύνθεσης, μπορεί να σημειωθεί.

Χρησιμοποιείται στην παρασκευή ανόργανων και οργανικών νιτρικών αλάτων, καθώς και των ενώσεων του αζώτου που χρησιμοποιούνται στην παρασκευή λιπασμάτων, εκρηκτικών, ενδιάμεσων χρωμάτων και διαφόρων οργανικών χημικών ενώσεων.

Αυτό το οξύ ήταν ήδη γνωστό από τους αλχημιστές του ογδόου αιώνα, τους οποίους ονόμαζαν «water fortis». Ο γερμανικός χημικός Johan Rudolf Glauber (1648) σχεδίασε μια μέθοδο για την παρασκευή του, η οποία συνίστατο στη θέρμανση του νιτρικού καλίου με θειικό οξύ.

Κατασκευάζεται βιομηχανικά ακολουθώντας τη μέθοδο που σχεδιάστηκε από τον Wilhelm Oswald (1901). Η μέθοδος γενικά συνίσταται στην καταλυτική οξείδωση του αμμωνίου με την διαδοχική παραγωγή νιτρικού οξειδίου και διοξειδίου του αζώτου για το σχηματισμό νιτρικού οξέος.

Στην ατμόσφαιρα, το NO₂ που παράγεται από την ανθρώπινη δραστηριότητα αντιδρά με το νερό σύννεφο, σχηματίζοντας HNO₃. Στη συνέχεια, κατά τη διάρκεια των όξινων βροχών, κατακρημνίζεται μαζί με τις σταγόνες νερού που τρώει μακριά, για παράδειγμα, τα αγάλματα των δημόσιων πλατειών.

Το νιτρικό οξύ είναι μια πολύ τοξική ένωση και η συνεχής έκθεση στους ατμούς του μπορεί να οδηγήσει σε χρόνια βρογχίτιδα και χημική πνευμονία..

Ευρετήριο

1 Δομή του νιτρικού οξέος
- 1.1 Δομές συντονισμού
2 Φυσικές και χημικές ιδιότητες
- 2.1 Χημικές ονομασίες
- 2.2 Μοριακό βάρος
- 2.3 Φυσική εμφάνιση
- 2.4 Οσμή
- 2.5 Σημείο ζέσης
- 2.6 Σημείο τήξης
- 2.7 Διαλυτότητα στο νερό
- 2.8 Πυκνότητα
- 2.9 Σχετική πυκνότητα
- 2.10 Σχετική πυκνότητα ατμών
- 2.11 Πίεση ατμών
- 2.12 Αποσύνθεση
- 2.13 Ιξώδες
- 2.14 Διάβρωση
- 2.15 Ενθαλπία μοριακής εξάτμισης
- 2.16 Τυπική μοριακή ενθαλπία
- 2.17 Πρότυπη μοριακή εντροπία
- 2.18 Επιφανειακή τάση
- 2.19 Όριο οσμής
- 2.20 Σταθερά διαστάσεως
- 2.21 Δείκτης διάθλασης (η / Δ)
- 2.22 Χημικές αντιδράσεις
3 Περίληψη
- 3.1 Βιομηχανική
- 3.2 Στο εργαστήριο
4 Χρήσεις
- 4.1 Παραγωγή λιπασμάτων
- 4.2 Βιομηχανική
- 4.3 Μεταλλικός καθαριστής
- 4.4 Ρυθμίστε το νερό
- 4.5 Έπιπλα
- 4.6 Καθαρισμός
- 4.7 Φωτογραφία
- 4.8 Άλλο
5 Τοξικότητα
6 Αναφορές

Δομή του νιτρικού οξέος

Η δομή ενός μορίου HNO παρουσιάζεται στην άνω εικόνα₃ με ένα μοντέλο σφαιρών και ράβδων. Το άτομο αζώτου, η μπλε σφαίρα, βρίσκεται στο κέντρο, που περιβάλλεται από γεωμετρία τριγωνικού επιπέδου. Ωστόσο, το τρίγωνο παραμορφώνεται από μία από τις μεγαλύτερες κορυφές του.

Τα μόρια του νιτρικού οξέος είναι στη συνέχεια επίπεδα. Οι δεσμοί Ν = Ο, Ν-Ο και Ν-ΟΗ συνθέτουν τις κορυφές του επίπεδου τριγώνου. Αν παρατηρηθεί λεπτομερώς, ο δεσμός Ν-ΟΗ είναι πιο επιμηκυνμένος από τους άλλους δύο (όπου βρίσκεται η λευκή σφαίρα που αντιπροσωπεύει το άτομο Η).

Δομές συντονισμού

Υπάρχουν δύο σύνδεσμοι που έχουν το ίδιο μήκος: N = O και N-O. Το γεγονός αυτό έρχεται σε αντίθεση με τη θεωρία των δεσμών σθένους, όπου οι διπλοί δεσμοί προβλέπεται να είναι μικρότεροι από τους απλούς δεσμούς. Η εξήγηση σε αυτό έγκειται στο φαινόμενο της αντήχησης, όπως φαίνεται στην παρακάτω εικόνα.

Και οι δύο δεσμοί, Ν = Ο και Ν-Ο, είναι επομένως ισοδύναμοι από απόψεως συντονισμού. Αυτό απεικονίζεται γραφικά στο μοντέλο της δομής χρησιμοποιώντας μια διακεκομμένη γραμμή μεταξύ δύο ατόμων Ο (βλ. Δομή).

Όταν το HNO αποπρωτονιωθεί₃, σχηματίζεται το σταθερό νιτρικό ανιόν₃^-. Σε αυτό, ο συντονισμός περιλαμβάνει τώρα τα τρία άτομα του Ο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο το HNO₃ έχει μεγάλη οξύτητα του Bronsted-Lowry (είδος δωρητή ιόντων Η⁺).

Φυσικές και χημικές ιδιότητες

Χημικές ονομασίες

-Νιτρικό οξύ

-Αζωτικό οξύ

-Νιτρικό υδρογόνο

-Νερό fortis.

Μοριακό βάρος

63,012 g / mol.

Φυσική εμφάνιση

Άχρωμο ή ωχροκίτρινο υγρό, το οποίο μπορεί να μετατραπεί σε κοκκινωπό καφέ.

Οσμή

Οξεία, χαρακτηριστική ασφυκτική.

Σημείο ζέσεως

181 ° F έως 760 mmHg (83 ° C).

Σημείο τήξης

-41,6 ° C.

Διαλυτότητα στο νερό

Πολύ διαλυτό και αναμίξιμο με νερό.

Πυκνότητα

1,513 g / cm³ στους 20 ° C.

Σχετική πυκνότητα

1,50 (σε σχέση με το νερό = 1).

Σχετική πυκνότητα του ατμού

Εκτιμήθηκε 2 ή 3 φορές (σε σχέση με τον αέρα = 1).

Πίεση ατμού

63,1 mmHg στους 25 ° C.

Αποσύνθεση

Λόγω της έκθεσης στην ατμοσφαιρική υγρασία ή τη θερμότητα, μπορεί να αποσυντεθεί για να σχηματίσει υπεροξείδιο του αζώτου. Όταν αυτή η αποσύνθεση θερμαίνεται, εκπέμπει πολύ τοξικό καπνό με οξείδιο του αζώτου και νιτρικό υδρογόνο.

Το νιτρικό οξύ δεν είναι σταθερό, μπορεί να αποσυντεθεί σε επαφή με τη θερμότητα και την έκθεση στο ηλιακό φως και να εκπέμπει διοξείδιο του αζώτου, οξυγόνο και νερό.

Ιξώδες

1,092 mPa στους 0 ° C και 0,617 mPa στους 40 ° C.

Διάβρωση

Είναι σε θέση να επιτεθεί σε όλα τα βασικά μέταλλα, εκτός από το αλουμίνιο και τον χρωμικό χάλυβα. Προσβάλλει μερικές από τις ποικιλίες πλαστικού υλικού, ελαστικών και επικαλύψεων. Είναι καυστική και διαβρωτική ουσία, επομένως πρέπει να αντιμετωπίζεται με μεγάλη προσοχή.

Μοριακή ενθαλπία εξάτμισης

39,1 kJ / mol στους 25 ° C.

Τυπική μοριακή ενθαλπία

-207 kJ / mol (298 ° F).

Τυπική μοριακή εντροπία

146 kJ / mol (298 ° F).

Επιφανειακή τάση

-0,04356 N / m στους 0 ° C

-0,04115 N / m στους 20 ºC

-0,0376 N / m στους 40 ºC

Όριο οσμής

-Χαμηλή οσμή: 0,75 mg / m³

-Υψηλή οσμή: 250 mg / m³

-Ερεθιστική συγκέντρωση: 155 mg / m³.

Διασπορά σταθερά

pKa = -1.38.

Δείκτης διαθλάσεως (η / Δ)

1,393 (16,5 ° C).

Χημικές αντιδράσεις

Ενυδάτωση

-Μπορεί να σχηματίσει στερεά ένυδρα άλατα, όπως HNO₃∙ H₂O και HNO₃∙ 3H₂Ή: "Νιτρικό πάγο".

Διαχωρισμός σε νερό

Το νιτρικό οξύ είναι ένα ισχυρό οξύ το οποίο ιονίζεται γρήγορα σε νερό με τον ακόλουθο τρόπο:

HNO₃ (1) + Η₂O (1) => Η₃Ο⁺ (ac) + ΝΟ₃^-

Σχηματισμός αλάτων

Αντιδρά με βασικά οξείδια που σχηματίζουν νιτρικό άλας και νερό.

CaO (s) + 2 ΗΝΟ₃(l) => Ca (NO₃)₂(ac) + Η₂O (l)

Ομοίως, αντιδρά με βάσεις (υδροξείδια), σχηματίζοντας ένα νιτρικό άλας και νερό.

NaOH (ac) + ΗΝΟ₃ (1) => NaNO₃ (ac) + Η₂O (l)

Και επίσης με ανθρακικά και όξινα ανθρακικά (διττανθρακικά), σχηματίζοντας επίσης διοξείδιο του άνθρακα.

Na₂CO₃(ac) + ΗΝΟ₃ (1) => NaNO₃(ac) + Η₂O (1) + CO₂ (ζ)

Πρωτονίωση

Το νιτρικό οξύ μπορεί επίσης να συμπεριφέρεται σαν βάση. Για το λόγο αυτό, μπορεί να αντιδράσει με θειικό οξύ.

HNO₃ + 2Η₂Έτσι₄ <=> Όχι₂⁺ + H₃Ο⁺ + 2HSO₄^-

Αυτοπροτοξικότητα

Το νιτρικό οξύ υποβάλλεται σε αυτόνομη επεξεργασία.

2ΗΝΟ₃ <=> Όχι₂⁺ + Όχι₃^- + H₂Ο

Οξείδωση μετάλλων

Στην αντίδραση με τα μέταλλα το νιτρικό οξύ δεν συμπεριφέρεται όπως ισχυρά οξέα, τα οποία αντιδρούν με μέταλλα που σχηματίζουν το αντίστοιχο άλας και απελευθερώνουν υδρογόνο σε αέρια μορφή.

Ωστόσο, το μαγνήσιο και το μαγγάνιο αντιδρούν θερμά με νιτρικό οξύ, όπως και τα άλλα ισχυρά οξέα.

Mg (s) + 2 ΗΝΟ₃ (1) => Mg (ΝΟ₃)₂ (ac) + Η₂ (ζ)

Άλλο

Το νιτρικό οξύ αντιδρά με θειώδη άλατα μετάλλων προκαλώντας άλας νιτρικών αλάτων, διοξειδίου του θείου και νερού.

Na₂Έτσι₃ (s) + 2 HNO₃ (1) => 2 NaNO₃ (ac) + SO₂ (g) + Η₂O (l)

Και επίσης αντιδρά με οργανικές ενώσεις, υποκαθιστώντας ένα υδρογόνο για μια νιτροομάδα. αποτελώντας έτσι τη βάση για τη σύνθεση εκρηκτικών ενώσεων όπως η νιτρογλυκερίνη και το τρινιτροτολουόλιο (TNT).

Σύνθεση

Βιομηχανική

Παράγεται σε βιομηχανικό επίπεδο με την καταλυτική οξείδωση του αμμωνίου, σύμφωνα με τη μέθοδο που περιγράφεται από τον Oswald το 1901. Η διαδικασία αποτελείται από τρία στάδια ή βήματα.

Στάδιο 1: Οξείδωση αμμωνίου σε νιτρικό οξείδιο

Το αμμώνιο οξειδώνεται από το οξυγόνο που υπάρχει στον αέρα. Η αντίδραση διεξάγεται στους 800 ° C και σε πίεση 6-7 atm, με τη χρήση πλατίνης ως καταλύτη. Το αμμώνιο αναμιγνύεται με τον αέρα με την ακόλουθη αναλογία: 1 όγκος αμμωνίου ανά 8 όγκους αέρα.

4NH₃ (g) + 50₂ (g) => 4ΝΟ (g) + 6Η₂O (l)

Στην αντίδραση παράγεται νιτρικό οξείδιο, το οποίο μεταφέρεται στον θάλαμο οξείδωσης για το επόμενο στάδιο.

Στάδιο 2. Οξείδωση του μονοξειδίου του αζώτου σε διοξείδιο του αζώτου

Η οξείδωση διεξάγεται από το οξυγόνο που υπάρχει στον αέρα σε θερμοκρασία κάτω από 100 ºC.

2NO (g) + Ο₂ (g) => 2ΝΟ₂ (ζ)

Στάδιο 3. Διάλυση του διοξειδίου του αζώτου στο νερό

Σε αυτό το στάδιο εμφανίζεται ο σχηματισμός νιτρικού οξέος.

4NO₂ + 2Η₂O + O₂=> 4ΗΝΟ₃

Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι για την απορρόφηση διοξειδίου του αζώτου (NO₂) σε νερό.

Μεταξύ άλλων μεθόδων: το NO₂ διμερίζεται σε Ν₂Ο₄ σε χαμηλές θερμοκρασίες και υψηλή πίεση, προκειμένου να αυξηθεί η διαλυτότητά του στο νερό και να παραχθεί νιτρικό οξύ.

3Ν₂Ο₄ + 2Η₂Ο => 4ΗΝΟ₃ + 2NO

Το νιτρικό οξύ που παράγεται με την οξείδωση του αμμωνίου έχει συγκέντρωση μεταξύ 50-70%, η οποία μπορεί να φθάσει στο 98% με τη χρήση πυκνού θειικού οξέος ως αφυδάτωση, επιτρέποντας την αύξηση της συγκέντρωσης του νιτρικού οξέος.

Στο εργαστήριο

Θερμική αποσύνθεση του νιτρικού χαλκού (II), που παράγει διοξείδιο του αζώτου και αέρια οξυγόνου, τα οποία διοχετεύονται μέσω ύδατος για να σχηματίσουν νιτρικό οξύ. όπως συμβαίνει στη μέθοδο του Oswald, που περιγράφηκε προηγουμένως.

2Cu (ΝΟ₃)₂ => 2CuO + 4NO₂ + Ο₂

Αντίδραση νιτρικού άλατος με Η₂Έτσι₄ συμπυκνώστε Το σχηματιζόμενο νιτρικό οξύ διαχωρίζεται από το Η₂Έτσι₄ με απόσταξη στους 83 ° C (σημείο ζέσεως του νιτρικού οξέος).

KNO₃ + H₂Έτσι₄ => HNO₃ + KHSO₄

Χρησιμοποιεί

Παραγωγή λιπασμάτων

Το 60% της παραγωγής νιτρικού οξέος χρησιμοποιείται στην παραγωγή λιπασμάτων, ιδιαίτερα του νιτρικού αμμωνίου.

Αυτό χαρακτηρίζεται από την υψηλή συγκέντρωση του αζώτου, ένα από τα τρία κύρια θρεπτικά συστατικά των φυτών, χρησιμοποιώντας αμέσως τα νιτρικά από τα φυτά. Εν τω μεταξύ, το αμμώνιο οξειδώνεται από μικροοργανισμούς που υπάρχουν στο έδαφος και χρησιμοποιείται ως μακροπρόθεσμο λίπασμα.

Βιομηχανική

-Το 15% της παραγωγής νιτρικού οξέος χρησιμοποιείται στην κατασκευή συνθετικών ινών.

-Χρησιμοποιείται για την παρασκευή εστέρων νιτρικού οξέος και νιτρικών παραγώγων. όπως νιτροκυτταρίνη, ακρυλικά χρώματα, νιτροβενζόλιο, νιτροτολουόλιο, ακρυλονιτρίλια, κλπ..

-Μπορεί να προσθέσει νιτροομάδες σε οργανικές ενώσεις, αυτή η ιδιότητα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κατασκευή εκρηκτικών όπως νιτρογλυκερίνη και τρινιτροτολουόλιο (TNT).

-Το αδιπικό οξύ, πρόδρομος του νάυλον, παράγεται σε μεγάλη κλίμακα με την οξείδωση της κυκλοεξανόνης και της κυκλοεξανόλης με νιτρικό οξύ.

Μεταλλικός καθαριστής

Το νιτρικό οξύ, λόγω της οξειδωτικής του ικανότητας, είναι πολύ χρήσιμο για τον καθαρισμό των μετάλλων που υπάρχουν στα ορυκτά. Χρησιμοποιείται επίσης για την απόκτηση στοιχείων όπως το ουράνιο, το μαγγάνιο, το νιόβιο, το ζιρκόνιο και η οξίνιση των φωσφορικών πετρωμάτων για να ληφθεί φωσφορικό οξύ..

Υδατογραφίες

Αναμιγνύεται με πυκνό υδροχλωρικό οξύ για να σχηματιστεί "agua regia". Αυτό το διάλυμα είναι ικανό να διαλύει χρυσό και λευκόχρυσο, πράγμα που επιτρέπει τη χρήση του στον καθαρισμό αυτών των μετάλλων.

Έπιπλα

Το νιτρικό οξύ χρησιμοποιείται για να αποκτήσει αντίκες αντίκτυπο σε έπιπλα από ξύλο πεύκου. Η επεξεργασία με ένα διάλυμα νιτρικού οξέος έως 10% παράγει ένα χρώμα γκρι-χρυσού στο ξύλο των επίπλων.

Καθαρισμός

-Το μείγμα υδατικών διαλυμάτων νιτρικού οξέος 5-30% και φωσφορικού οξέος 15-40% χρησιμοποιείται στον καθαρισμό του εξοπλισμού που χρησιμοποιείται στην εργασία αρμέγματος, προκειμένου να εξαλειφθούν τα υπολείμματα των ιζημάτων των ενώσεων μαγνησίου και ασβεστίου.

-Είναι χρήσιμο για τον καθαρισμό του γυάλινου υλικού που χρησιμοποιείται στο εργαστήριο.

Φωτογραφία

-Το νιτρικό οξύ έχει χρησιμοποιηθεί στη φωτογραφία, συγκεκριμένα ως πρόσθετο για τους κατασκευαστές θειικού σιδήρου στη διαδικασία της υγρής πλάκας, με στόχο την προώθηση ενός πιο λευκού χρώματος σε αμφρωτύπους και σιδηρότυπους.

-Χρησιμοποιήθηκε για να μειώσει το ρΗ του λουτρού αργύρου των πλακών κολλοδιού, το οποίο επέτρεψε τη μείωση της εμφάνισης μιας ομίχλης που παρεμπόδισε τις εικόνες.

Άλλοι

-Λόγω της χωρητικότητάς του σε διαλύτες, χρησιμοποιείται στην ανάλυση διαφόρων μετάλλων με τεχνικές φασματοφωτομετρίας ατομικής απορρόφησης φλόγας και με φασματομετρία μάζας πλάσματος επαγωγικής σύζευξης.

-Ο συνδυασμός νιτρικού οξέος και θειικού οξέος χρησιμοποιήθηκε για τη μετατροπή του κοινού βαμβακιού σε νιτρική κυτταρίνη (νιτρικό βαμβάκι).

-Το φάρμακο Salcoderm για εξωτερική χρήση, χρησιμοποιείται στη θεραπεία καλοήθων νεοπλασμάτων του δέρματος (κονδυλώματα, κορμούς, κονδύλωμα και θηλώματα). Έχει ιδιότητες καυτηριασμού, ανακούφιση από τον πόνο, ερεθισμό και φαγούρα. Το νιτρικό οξύ είναι το κύριο συστατικό της φαρμακευτικής φόρμουλας.

-Το ατμίζον κόκκινο νιτρικό οξύ και το άσπρο ατμίζον νιτρικό οξύ χρησιμοποιούνται ως οξειδωτικά για τα πυρηνικά καύσιμα, ειδικά στον πυραύλο BOMARC.

Τοξικότητα

-Σε επαφή με το δέρμα μπορεί να προκαλέσει εγκαύματα στο δέρμα, σοβαρό πόνο και δερματίτιδα.

-Σε επαφή με τα μάτια μπορεί να προκαλέσει έντονο πόνο, σχίσιμο και σε σοβαρές περιπτώσεις, βλάβη του κερατοειδούς και τύφλωση.

-Η εισπνοή ατμών μπορεί να προκαλέσει βήχα, δύσπνοια, προκαλώντας σοβαρές ή χρόνιες ρινορραγίες, λαρυγγίτιδα, χρόνια βρογχίτιδα, πνευμονία και πνευμονικό οίδημα..

-Λόγω της κατάποσής του, παράγει αλλοιώσεις στο στόμα, σιελόρροια, έντονη δίψα, πόνο στην κατάποση, έντονους πόνους σε ολόκληρο το πεπτικό σύστημα και κίνδυνος διάτρησης του τοιχώματος του..

Αναφορές

Wikipedia. (2018). Νιτρικό οξύ. Ανακτήθηκε από: en.wikipedia.org
PubChem. (2018). Νιτρικό οξύ. Ανακτήθηκε από: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Οι συντάκτες της Εγκυκλοπαίδειας Britannica. (23 Νοεμβρίου 2018). Νιτρικό οξύ. Encyclopædia Britannica. Ανακτήθηκε από: britannica.com
Shrestha Β. (S.f.). Ιδιότητες του νιτρικού οξέος και χρήσεις. Chem Guide: μαθήματα για την εκμάθηση της χημείας. Ανακτήθηκε από: chem-guide.blogspot.com
Chemical Book. (2017). Νιτρικό οξύ. Ανακτήθηκε από: chembook.com
Imanol (10 Σεπτεμβρίου 2013). Παραγωγή νιτρικού οξέος. Ανακτήθηκε από: ingenieriaquimica.net

Χημεία

« Σύνθεση νιτροοξέων, ενώσεις και κίνδυνοι Ορθο-πυριτικό οξύ, ιδιότητες, κίνδυνοι και χρήσεις »