DomChemiaKWAS AZOTOWY (HNO3): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, SYNTEZA I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025
KWAS AZOTOWY (HNO3): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, SYNTEZA I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025
Chemia

KWAS AZOTOWY (HNO3): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, SYNTEZA I ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Anonim

Kwas azotowy jest nieorganiczny związek składający się kwasy tlenowe azotu. Uważany jest za mocny kwas, chociaż jego pKa (-1,4) jest podobne do pKa jonu hydroniowego (-1,74). Od tego momentu jest prawdopodobnie „najsłabszym” z wielu znanych silnych kwasów.

Jego wygląd fizyczny składa się z bezbarwnej cieczy, która podczas przechowywania zmienia kolor na żółtawy z powodu tworzenia się gazów azotowych. Jego wzór chemiczny to HNO 3 .

Źródło: Aleksander Sobolewski za pośrednictwem Wikimedia Commons

Jest nieco niestabilny, ulega lekkiemu rozkładowi pod wpływem światła słonecznego. Ponadto może zostać całkowicie rozłożony przez ogrzewanie, powodując powstanie dwutlenku azotu, wody i tlenu.

Zdjęcie powyżej przedstawia kwas azotowy zawarty w kolbie miarowej. Można zauważyć jego żółte zabarwienie wskazujące na częściowy rozkład.

Znajduje zastosowanie w produkcji azotanów nieorganicznych i organicznych, a także w związkach nitrozowych stosowanych do produkcji nawozów, materiałów wybuchowych, półproduktów do barwników oraz różnych organicznych związków chemicznych.

Kwas ten był już znany alchemikom w VIII wieku, który nazywali „agua fortis”. Niemiecki chemik Johan Rudolf Glauber (1648) opracował metodę jego przygotowania, polegającą na podgrzaniu azotanu potasu kwasem siarkowym.

Jest przygotowywany przemysłowo według metody opracowanej przez Wilhelma Oswalda (1901). Metoda, ogólnie rzecz biorąc, polega na katalitycznym utlenianiu amonu, z sukcesywnym wytwarzaniem tlenku azotu i dwutlenku azotu w celu utworzenia kwasu azotowego.

W atmosferze NO 2 wytwarzany w wyniku działalności człowieka reaguje z wodą w chmurach, tworząc HNO 3 . Następnie, podczas kwaśnych deszczy, wytrąca się wraz z kroplami wody, pożerając np. Posągi na publicznych placach.

Kwas azotowy jest bardzo toksycznym związkiem, a ciągłe narażenie na jego opary może powodować przewlekłe zapalenie oskrzeli i chemiczne zapalenie płuc.

Struktura kwasu azotowego

Źródło: Ben Mills, źródło Wikimedia Commons

Górny obraz przedstawia strukturę cząsteczki HNO 3 z modelem kulek i słupków. Atom azotu, niebieska kula, znajduje się w środku, otoczona trygonalną geometrią płaszczyzny; jednak trójkąt jest zniekształcony przez jeden z najdłuższych wierzchołków.

Cząsteczki kwasu azotowego są wtedy płaskie. Wiązania N = O, NO i N-OH tworzą wierzchołki płaskiego trójkąta. Jeśli przyjrzysz się uważnie, wiązanie N-OH jest bardziej wydłużone niż dwa pozostałe (gdzie znajduje się biała kula reprezentująca atom H).

Struktury rezonansowe

Istnieją dwa łącza o tej samej długości: N = 0 i NIE. Fakt ten jest sprzeczny z teorią wiązań walencyjnych, w której przewiduje się, że wiązania podwójne będą krótsze niż pojedyncze. Wyjaśnienie tego leży w zjawisku rezonansu, jak widać na poniższym obrazku.

Źródło: Ben Mills, źródło Wikimedia Commons

Oba wiązania, N = O i NO, są zatem równoważne pod względem rezonansu. Jest to przedstawione graficznie w modelu struktury za pomocą przerywanej linii między dwoma atomami O (patrz struktura).

Kiedy HNO 3 jest deprotonowany , powstaje stabilny anion azotanowy NO 3 - . W nim rezonans obejmuje teraz wszystkie trzy atomy O. To jest powód, dla którego HNO 3 ma wysoką kwasowość Bronsteda-Lowry'ego (gatunki donorowe jonów H + ).

Fizyczne i chemiczne właściwości

Nazwy chemiczne

-Kwas azotowy

-Kwas azotowy

-Azotan wodoru

-Agua fortis.

Waga molekularna

63,012 g / mol.

Wygląd fizyczny

Bezbarwny lub bladożółty płyn, który może zmienić kolor na czerwono-brązowy.

Zapach

Ostry, duszący charakter.

Temperatura wrzenia

181 ° F do 760 mmHg (83 ° C).

Temperatura topnienia

-41,6 ° C

Rozpuszczalność w wodzie

Bardzo dobrze rozpuszczalny i mieszalny z wodą.

Gęstość

1,513 g / cm 3 w 20 ° C

Gęstość względna

1,50 (w stosunku do wody = 1).

Względna gęstość oparów

2 lub 3 razy szacowane (w odniesieniu do powietrza = 1).

Ciśnienie pary

63,1 mmHg w 25 ° C.

Rozkład

Pod wpływem wilgoci lub ciepła atmosferycznego może rozkładać się tworząc nadtlenek azotu. Po podgrzaniu do rozkładu wydziela wysoce toksyczne opary tlenku azotu i azotanu wodoru.

Kwas azotowy nie jest stabilny, może rozkładać się pod wpływem ciepła i promieni słonecznych oraz wydziela dwutlenek azotu, tlen i wodę.

Lepkość

1092 mPa w 0 ° C i 0,617 mPa w 40 ° C.

Korozja

Jest zdolny do atakowania wszystkich metali nieszlachetnych z wyjątkiem aluminium i stali chromowej. Działa niszcząco na niektóre rodzaje tworzyw sztucznych, gumy i powłoki. Jest to substancja żrąca i żrąca, dlatego należy obchodzić się z nią z najwyższą ostrożnością.

Entalpia molowa waporyzacji

39,1 kJ / mol przy 25 ° C

Standardowa entalpia molowa

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standardowa entropia molowa

146 kJ / mol (298 ° F).

Napięcie powierzchniowe

-0,04356 N / m przy 0 ºC

-0,04115 N / m przy 20 ° C

-0,0376 N / m przy 40 ºC

Próg zapachu

-Słaby zapach: 0,75 mg / m 3

-Silny zapach: 250 mg / m 3

-Stężenie drażniące: 155 mg / m 3 .

Stała dysocjacji

pKa = -1,38.

Współczynnik załamania światła (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Reakcje chemiczne

Uwodnienie

-Może tworzyć stałe hydraty, takie jak HNO 3 ∙ H 2 O i HNO 3 ∙ 3H 2 O: „lód azotowy”.

Dysocjacja w wodzie

Kwas azotowy jest silnym kwasem, który szybko jonizuje w wodzie w następujący sposób:

HNO 3 (l) + H 2 O (l) => H 3 O + (aq) + NO 3 -

Tworzenie soli

Reaguje z podstawowymi tlenkami, tworząc azotanową sól i wodę.

CaO (s) + 2 HNO 3 (l) => Ca (NO 3 ) 2 (aq) + H 2 O (l)

Podobnie reaguje z zasadami (wodorotlenkami), tworząc sól azotanu i wody.

NaOH (aq) + HNO 3 (l) => NaNO 3 (aq) + H 2 O (l)

A także z węglanami i kwaśnymi węglanami (wodorowęglanami), również tworzącymi dwutlenek węgla.

Na 2 CO 3 (aq) + HNO 3 (l) => NaNO 3 (aq) + H 2 O (l) + CO 2 (g)

Protonacja

Kwas azotowy może również zachowywać się jak zasada. Z tego powodu może reagować z kwasem siarkowym.

HNO 3 + 2H 2 SO 4 <=> NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 -

Autoprotoliza

Kwas azotowy ulega autoprotolizie.

2HNO 3 <=> NO 2 + + NO 3 - + H 2 O

Utlenianie metali

W reakcji z metalami kwas azotowy nie zachowuje się jak mocne kwasy, które reagują z metalami, tworząc odpowiednią sól i uwalniając wodór w postaci gazowej.

Jednak magnez i mangan reagują na gorąco z kwasem azotowym, podobnie jak inne mocne kwasy.

Mg (s) + 2 HNO 3 (l) => Mg (NO 3 ) 2 (aq) + H 2 (g)

Inny

Kwas azotowy reaguje z siarczynami metali tworząc sól azotanową, dwutlenek siarki i wodę.

Na 2 SO 3 (s) + 2 HNO 3 (l) => 2 NaNO 3 (aq) + SO 2 (g) + H 2 O (l)

A także reaguje ze związkami organicznymi, zastępując atom wodoru grupą nitrową; stanowiąc tym samym podstawę do syntezy związków wybuchowych, takich jak nitrogliceryna i trinitrotoluen (TNT).

Synteza

Przemysłowy

Jest produkowany na poziomie przemysłowym przez katalityczne utlenianie amonu, zgodnie z metodą opisaną przez Oswalda w 1901 roku. Proces składa się z trzech etapów lub etapów.

Etap 1: Utlenianie amonu do tlenku azotu

Amon jest utleniany przez tlen w powietrzu. Reakcję prowadzi się w 800ºC i pod ciśnieniem 6-7 atm, z użyciem platyny jako katalizatora. Amoniak miesza się z powietrzem w następującym stosunku: 1 objętość amoniaku na 8 objętości powietrza.

4NH 3 (g) + 5O 2 (g) => 4NO (g) + 6H 2 O (l)

W wyniku reakcji powstaje tlenek azotu, który trafia do komory utleniania w kolejnym etapie.

Etap 2. Utlenianie tlenku azotu do dwutlenku azotu

Utlenianie jest przeprowadzane przez tlen obecny w powietrzu w temperaturze poniżej 100 ° C.

2NO (g) + O 2 (g) => 2NO 2 (g)

Etap 3. Rozpuszczenie dwutlenku azotu w wodzie

Na tym etapie następuje tworzenie się kwasu azotowego.

4NO 2 + 2H 2 O + O 2 => 4HNO 3

Istnieje kilka metod absorpcji dwutlenku azotu (NO 2 ) w wodzie.

Między innymi: NO 2 poddaje się dimeryzacji do N 2 O 4 w niskich temperaturach i wysokim ciśnieniu w celu zwiększenia jego rozpuszczalności w wodzie i wytworzenia kwasu azotowego.

3N 2 O 4 + 2H 2 O => 4HNO 3 + 2NO

Kwas azotowy wytwarzany przez utlenianie amonu ma stężenie między 50-70%, które można doprowadzić do 98%, stosując stężony kwas siarkowy jako środek odwadniający, co pozwala na zwiększenie stężenia kwasu azotowego.

W laboratorium

Termiczny rozkład azotanu miedzi (II), z wytworzeniem dwutlenku azotu i gazów tlenowych, które przechodzą przez wodę, tworząc kwas azotowy; jak w opisanej wcześniej metodzie Oswalda.

2Cu (NO 3 ) 2 => 2CuO + 4NO 2 + O 2

Reakcja soli azotanowej ze stężonym H 2 SO 4 . Powstały kwas azotowy oddziela się od H 2 SO 4 przez destylację w 83 ° C (temperatura wrzenia kwasu azotowego).

KNO 3 + H 2 SO 4 => HNO 3 + KHSO 4

Aplikacje

Produkcja nawozów

60% produkcji kwasu azotowego jest wykorzystywane do produkcji nawozów, zwłaszcza saletry amonowej.

Charakteryzuje się wysokim stężeniem azotu, jednego z trzech głównych składników odżywczych roślin, a azotan jest natychmiast wykorzystywany przez rośliny. Tymczasem amoniak jest utleniany przez mikroorganizmy obecne w glebie i jest używany jako długotrwały nawóz.

Przemysłowy

-15% produkcji kwasu azotowego wykorzystuje się do produkcji włókien syntetycznych.

-Służy do produkcji estrów kwasu azotowego i pochodnych nitrowych; takie jak nitroceluloza, farby akrylowe, nitrobenzen, nitrotoluen, akrylonitryle itp.

-Możesz dodawać grupy nitrowe do związków organicznych, a tę właściwość można wykorzystać do produkcji materiałów wybuchowych, takich jak nitrogliceryna i trinitrotoluen (TNT).

-Kwas adypinowy, prekursor nylonu, jest produkowany na dużą skalę przez utlenianie cykloheksanonu i cykloheksanolu kwasem azotowym.

Oczyszczacz metalu

Kwas azotowy ze względu na swoje właściwości utleniające jest bardzo przydatny w oczyszczaniu metali obecnych w minerałach. Służy również do otrzymywania takich pierwiastków jak uran, mangan, niob i cyrkon oraz do zakwaszania skał fosforowych w celu uzyskania kwasu fosforowego.

Królewska woda

Po zmieszaniu ze stężonym kwasem solnym tworzy „wodę królewską”. Roztwór ten jest zdolny do rozpuszczania złota i platyny, co pozwala na jego wykorzystanie do oczyszczania tych metali.

Meble

Kwas azotowy służy do uzyskania efektu antycznego w meblach wykonanych z drewna sosnowego. Obróbka 10% roztworem kwasu azotowego powoduje uzyskanie szaro-złotego zabarwienia drewna w meblach.

Czyszczenie

-Mieszaninę wodnych roztworów kwasu azotowego 5-30% i kwasu fosforowego 15-40% stosuje się do czyszczenia sprzętu używanego w pracach udojowych w celu usunięcia pozostałości osadów związków magnezu i wapń.

-Przydatny w czyszczeniu naczyń szklanych używanych w laboratorium.

Fotografia

-Kwas azotowy był używany w fotografii, szczególnie jako dodatek do wywoływaczy siarczanu żelazawego w procesie mokrej płytki, w celu promowania bielszego koloru ambrotypii i cynytypów.

-Służyło do obniżenia pH kąpieli srebrowej płytek kolodionowych, co pozwoliło na zmniejszenie pojawiania się mgły zakłócającej obrazy.

Inni

-Ze względu na swoją zdolność rozpuszczania jest stosowany w analizie różnych metali metodami płomieniowej spektrofotometrii absorpcji atomowej oraz spektrofotometrii mas z plazmą sprzężoną indukcyjnie.

-Połączenie kwasu azotowego i siarkowego zastosowano do konwersji zwykłej bawełny w azotan celulozy (bawełna azotowa).

-Lek Salcoderm do użytku zewnętrznego jest stosowany w leczeniu łagodnych nowotworów skóry (brodawki, modzele, kłykciny i brodawczaki). Posiada właściwości kauteryzujące, łagodzące ból, podrażnienia i swędzenie. Kwas azotowy jest głównym składnikiem receptury leku.

-Czerwony dymiący kwas azotowy i biały dymiący kwas azotowy są stosowane jako utleniacze do płynnych paliw rakietowych, zwłaszcza w pocisku BOMARC.

Toksyczność

-W kontakcie ze skórą może powodować oparzenia skóry, silny ból i zapalenie skóry.

-W kontakcie z oczami może powodować silny ból, łzawienie, aw ciężkich przypadkach uszkodzenie rogówki i ślepotę.

-Wdychanie oparów może powodować kaszel, niewydolność oddechową, powodując krwawienia z nosa, zapalenie krtani, przewlekłe zapalenie oskrzeli, zapalenie płuc i obrzęk płuc przy intensywnym lub przewlekłym narażeniu.

- W wyniku połknięcia pojawiają się zmiany w jamie ustnej, ślinienie, silne pragnienie, ból przy połykaniu, intensywny ból w całym przewodzie pokarmowym i ryzyko perforacji ściany jamy ustnej.

Bibliografia

  1. Wikipedia. (2018). Kwas azotowy. Odzyskane z: en.wikipedia.org
  2. PubChem. (2018). Kwas azotowy. Odzyskany z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Redaktorzy Encyclopaedia Britannica. (23 listopada 2018). Kwas azotowy. Encyclopædia Britannica. Odzyskany z: britannica.com
  4. Shrestha B. (nd). Właściwości i zastosowania kwasu azotowego. Przewodnik po chemii: tutoriale do nauki chemii. Źródło: chem-guide.blogspot.com
  5. Książka chemiczna. (2017). Kwas azotowy. Odzyskane z: chemicalbook.com
  6. Imanol. (10 września 2013). Produkcja kwasu azotowego. Odzyskany z: ingenieriaquimica.net
Chemia

Wybór redaktorów

Jakie jest tło geometrii?

Antropologia biologiczna: czym się zajmuje, gałęzie i znaczenie

Antropologia archeologiczna: co to bada i przykłady

Antropologia stosowana: czym się zajmuje i obszary zastosowań

Antropologia kryminalna: co bada i główne wykładniki

10 najważniejszych zastosowań inżynierii genetycznej