Структура, властивості, синтез і застосування азотної кислоти (HNO3)

The азотна кислота являє собою неорганічне з'єднання, що складається з оксокислоти азоту. Вона вважається сильною кислотою, хоча її pKa (-1,4) аналогічна pKa іону гідронію (-1,74). З цього моменту він, мабуть, є «слабким» багатьох відомих сильних кислот.

Його зовнішній вигляд складається з безбарвної рідини, яка при зберіганні змінюється на жовтуватий колір через утворення газів азоту. Його хімічна формула - HNO₃.

Вона дещо нестабільна, відчуває невелике розкладання від впливу сонячних променів. Крім того, він може повністю розкладатися при нагріванні, викликаючи діоксид азоту, воду і кисень.

На верхньому зображенні міститься трохи азотної кислоти, що міститься в мірній колбі. Можна відзначити його жовте забарвлення, що свідчить про часткове розкладання.

Застосовується при виробництві неорганічних і органічних нітратів, а також азотистих сполук, які використовуються у виробництві добрив, вибухових речовин, проміжних сполук барвників та різних органічних хімічних сполук..

Ця кислота була вже відома алхіміками восьмого століття, яку вони називали "водою фортис". Німецький хімік Йоган Рудольф Глаубер (1648) розробив метод його приготування, що полягав у нагріванні нітрату калію сірчаною кислотою..

Він підготовлений промисловим способом, розробленим Вільгельмом Освальдом (1901). Метод, загалом, складається з каталітичного окислення амонію, з послідовною генерацією оксиду азоту та діоксиду азоту з утворенням азотної кислоти..

В атмосфері NO₂ що продукується людською активністю реагує з хмарною водою, утворюючи HNO₃. Потім, під час кислотних дощів, він осідає разом з краплями води, що роз'їдають, наприклад, статуї громадських площ.

Азотна кислота є дуже токсичним з'єднанням, і безперервне вплив його парів може призвести до хронічного бронхіту і хімічної пневмонії..

Індекс

1 Структура азотної кислоти
- 1.1 Резонансні структури
2 Фізико-хімічні властивості
- 2.1 Хімічні назви
- 2.2 Молекулярна маса
- 2.3 Фізичний вигляд
- 2.4 Запах
- 2.5 Точка кипіння
- 2.6 Температура плавлення
- 2.7 Розчинність у воді
- 2.8 Щільність
- 2.9 Відносна щільність
- 2.10 Відносна щільність пари
- 2.11 Тиск пари
- 2.12 Розкладання
- 2.13 В'язкість
- 2.14 Корозія
- 2.15 Ентальпія молярного випаровування
- 2.16 Стандартна молярна ентальпія
- 2.17 Стандартна молярна ентропія
- 2.18 Поверхневий натяг
- 2.19 Поріг запаху
- 2.20 Константа дисоціації
- 2.21 Показник заломлення (η / D)
- 2.22 Хімічні реакції
3 Підсумок
- 3.1 Промисловий
- 3.2 У лабораторії
4 Використання
- 4.1 Виробництво добрив
- 4.2 Промислові
- 4.3 Металевий очисник
- 4.4 вода Regia
- 4.5 Меблі
- 4.6 Очищення
- 4.7 Фотографія
- 4.8 Інше
5 Токсичність
6 Посилання

Структура азотної кислоти

Структура молекули HNO показана на верхньому зображенні₃ з моделлю сфер і барів. Атом азоту, синя сфера, розташований в центрі, оточений тригональною геометричною площиною; однак трикутник спотворюється однією з його найдовших вершин.

Потім молекули азотної кислоти є плоскими. Зв'язки N = O, N-O і N-OH складають вершини плоского трикутника. Якщо детально спостерігати, зв'язок N-OH є більш витягнутим, ніж два інших (де біла сфера розташована, що представляє атом H)..

Резонансні структури

Є дві ланки, що мають однакову довжину: N = O і N-O. Цей факт суперечить теорії валентних зв'язків, де передбачається, що подвійні зв'язки коротше, ніж прості зв'язки. Пояснення в цьому полягає в явищі резонансу, як видно на зображенні нижче.

Обидві зв'язки, N = O і N-O, є еквівалентними в термінах резонансу. Це представлено графічно в моделі структури за допомогою пунктирної лінії між двома атомами O (див. Структуру).

Коли HNO депротонируется₃, утворюється стабільний аніон нітрат₃^-. У ньому резонанс тепер включає три атоми O. Це є причиною HNO₃ має велику кислотність Бренстеда-Лоурі (вид донора іонів H⁺).

Фізико-хімічні властивості

Хімічні назви

-Азотна кислота

-Нітрат водню

-Вода фортіс.

Молекулярна маса

63,012 г / моль.

Зовнішній вигляд

Безбарвна або блідо-жовта рідина, яка може стати червоно-коричневою.

Запах

Арид, характерний задушливий.

Точка кипіння

181 ºF до 760 мм рт.ст. (83 ºC).

Точка плавлення

-41,6 ºC.

Розчинність у воді

Дуже розчинний і змішується з водою.

Щільність

1,513 г / см³ при 20 ºC.

Відносна щільність

1.50 (по відношенню до води = 1).

Відносна щільність пари

2 або 3 рази (по відношенню до повітря = 1).

Тиск пари

63,1 мм рт.ст. при 25 ºC.

Розкладання

Внаслідок впливу атмосферної вологості або тепла, він може розкладатися з утворенням перекису азоту. При цьому розкладання нагрівається, він виділяє дуже токсичний дим оксиду азоту і водневої селітри.

Азотна кислота нестабільна, здатна розкладатися при контакті з теплом і сонячним світлом, а також випромінювати діоксид азоту, кисню і води.

В'язкість

1,092 мПа при 0 ºC і 0,617 мПа при 40 ºC.

Корозія

Він здатний атакувати всі основні метали, за винятком алюмінію і хромової сталі. Атакує деякі сорти пластичних матеріалів, каучуків і покриттів. Це каустична і корозійна речовина, тому її необхідно обробляти з особливою обережністю.

Молярна ентальпія випаровування

39,1 кДж / моль при 25 ° С.

Стандартна молярна ентальпія

-207 кДж / моль (298ºF).

Стандартна молярна ентропія

146 кДж / моль (298ºF).

Поверхневий натяг

-0,04356 Н / м при 0 ºC

-0,04115 Н / м при 20 ºC

-0,0376 Н / м при 40 ºC

Поріг запаху

-Низький запах: 0,75 мг / м³

-Високий запах: 250 мг / м³

-Концентрація подразника: 155 мг / м³.

Константа дисоціації

pKa = -1,38.

Показник заломлення (η / D)

1,393 (16,5 ºC).

Хімічні реакції

Гідратація

-Він може утворювати тверді гідрати, такі як HNO₃. H₂O і HNO₃H 3H₂Або: "Азотний лід".

Дисоціація у воді

Азотна кислота - сильна кислота, яка швидко іонізується у воді таким чином:

HNO₃ (l) + H₂O (l) => H₃O⁺ (ac) + NO₃^-

Утворення солей

Реагує з основними оксидами, утворюючи нітратну сіль і воду.

CaO (s) + 2 HNO₃(l) => Ca (NO₃)₂(ac) + H₂O (l)

Так само він реагує з підставами (гідроксидами), утворюючи нітратну сіль і воду.

NaOH (ac) + HNO₃ (l) => NaNO₃ (ac) + H₂O (l)

А також з карбонатами і кислими карбонатами (бікарбонати), також утворюючи вуглекислий газ.

Na₂CO₃(ac) + HNO₃ (l) => NaNO₃(ac) + H₂O (l) + CO₂ (g)

Протонування

Азотна кислота також може вести себе як основа. З цієї причини він може реагувати з сірчаною кислотою.

HNO₃ + 2H₂SO₄ <=> NO₂⁺ + H₃O⁺ + 2HSO₄^-

Самопротоксичність

Азотна кислота проходить аутопротоз.

2HNO₃ <=> NO₂⁺ + NO₃^- + H₂O

Окислення металу

В реакції з металами азотна кислота не веде себе як сильні кислоти, які реагують з металами, що утворюють відповідну сіль, і випускають водень в газоподібному вигляді.

Однак магній і марганець реагують гарячо з азотною кислотою, як і інші сильні кислоти.

Mg (s) + 2 HNO₃ (l) => Mg (NO₃)₂ (ac) + H₂ (g)

Інші

Азотна кислота реагує з сульфітами металів, викликаючи солі нітрату, діоксиду сірки та води.

Na₂SO₃ (s) + 2 HNO₃ (l) => 2 NaNO₃ (ac) + SO₂ (g) + H₂O (l)

А також реагує з органічними сполуками, замінюючи водень на нітрогрупу; таким чином, складають основу для синтезу вибухових сполук, таких як нітрогліцерин і тринітротолуол (TNT).

Синтез

Промисловий

Вона виробляється на промисловому рівні шляхом каталітичного окислення амонію згідно з методом, описаним Освальдом в 1901 році. Процедура складається з трьох стадій або етапів..

Стадія 1: Окислення амонію до оксиду азоту

Амоній окислюється наявним у повітрі киснем. Реакцію проводять при 800 ° С і при тиску 6-7 атм, з використанням платини в якості каталізатора. Амоній змішують з повітрям з наступним співвідношенням: 1 об'єм амонію на 8 обсягів повітря.

4NH₃ (g) + 5O₂ (g) => 4NO (g) + 6H₂O (l)

В результаті реакції утворюється оксид азоту, який надходить у камеру окислення на наступній стадії.

Етап 2. Окислення оксиду азоту в діоксиді азоту

Окислення здійснюється киснем, присутнім у повітрі, при температурі нижче 100 ° С.

2NO (g) + O₂ (g) => 2NO₂ (g)

Етап 3. Розчинення діоксиду азоту у воді

На цій стадії відбувається утворення азотної кислоти.

4NO₂ + 2H₂O + O₂=> 4HNO₃

Існує кілька способів поглинання діоксиду азоту (NO₂) у воді.

Серед інших методів: NO₂ димеризован до N₂O₄ при низьких температурах і високому тиску, щоб підвищити її розчинність у воді і виділити азотну кислоту.

3N₂O₄ + 2H₂O => 4HNO₃ + 2NO

Азотна кислота, одержувана окисленням амонію, має концентрацію між 50-70%, яка може бути доведена до 98% за рахунок використання концентрованої сірчаної кислоти в якості дегидратирующей, що дозволяє збільшити концентрацію азотної кислоти..

У лабораторії

Термічне розкладання нітрату міді (II), що продукує діоксид азоту і кисень, які пропускаються через воду з утворенням азотної кислоти; як це відбувається в методі Освальда, описаного раніше.

2Cu (NO₃)₂ => 2CuO + 4NO₂ + O₂

Реакція нітратної солі з Н₂SO₄ концентрат Утворена азотна кислота відокремлена від Н₂SO₄ дистиляцією при 83 ° С (температура кипіння азотної кислоти).

KNO₃ + H₂SO₄ => HNO₃ + KHSO₄

Використання

Виробництво добрив

60% виробництва азотної кислоти використовується у виробництві добрив, особливо аміачної селітри.

Це характеризується високою концентрацією азоту, однією з трьох основних поживних речовин рослин, що використовують нітрати безпосередньо рослинами. Між тим, амоній окислюється мікроорганізмами, присутніми в ґрунті, і використовується як довгострокове добриво.

Промисловий

-15% виробництва азотної кислоти використовується у виробництві синтетичних волокон.

-Застосовується при розробці ефірів азотної кислоти та нітропохідних речовин; такі як нітроцелюлоза, акрилові фарби, нітробензол, нітротолуол, акрилонітрили тощо.

-Він може додавати нітрогрупи до органічних сполук, це властивість можна використовувати для виготовлення вибухових речовин, таких як нітрогліцерин і тринітротолуол (TNT).

-Адипінова кислота, попередник нейлону, у великих масштабах виробляється окисленням циклогексанону і циклогексанолу азотною кислотою.

Металеві очисники

Азотна кислота, завдяки своїй окисної здатності, дуже корисна в очищенні металів, присутніх в мінералах. Він також використовується для отримання таких елементів, як уран, марганець, ніобій, цирконій і підкислення фосфорних порід для одержання фосфорної кислоти..

Водний режим

Його змішують з концентрованою соляною кислотою з утворенням "agua regia". Цей розчин здатний розчиняти золото і платину, що дозволяє використовувати його при очищенні цих металів.

Меблі

Азотна кислота використовується для отримання античного ефекту в меблях з соснового дерева. Обробка розчином азотної кислоти до 10% дає сіро-золотисту забарвлення в деревині меблів.

Прибирання

-Суміш водних розчинів азотної кислоти 5-30% і фосфорної кислоти 15-40% використовують при очищенні обладнання, що використовується в роботі доїння, з метою усунення залишків преципітатів сполук магнію і кальцію..

-Він корисний при очищенні скляного матеріалу, використовуваного в лабораторії.

Фотографія

-Азотна кислота застосовується у фотографії, зокрема як добавка для розробників сульфату заліза у процесі мокрої пластини, з метою сприяння більш білого кольору амбротипів і ферротипів.

-Його використовували для зниження рН срібної ванни коллодіонних пластин, що дозволило отримати зменшення появи туману, що заважало зображенням.

Інші

-Завдяки своїй розчинницькій здатності використовується в аналізі різних металів методами пламенної атомно-абсорбційної спектрофотометрії, а індуктивна мутаційна спектрофотометрія плазми.

-Комбінацію азотної кислоти та сірчаної кислоти використовували для перетворення спільної бавовни в нітрат целюлози (азотна бавовна).

-Препарат Салькодерм для зовнішнього застосування, застосовується при лікуванні доброякісних новоутворень шкіри (бородавки, мозолі, кондиломи і папіломи). Має властивості припікання, полегшення болю, подразнення і свербіння. Азотна кислота є головним компонентом препарату.

-Як окислювачі для рідких ракетних палив, особливо в ракетах BOMARC, використовуються димяща червона азотна кислота і біла димяща азотна кислота..

Токсичність

-При контакті з шкірою можуть викликати опіки на шкірі, сильний біль і дерматит.

-При контакті з очима може викликати сильний біль, розрив і в важких випадках пошкодження рогівки і сліпота.

-Вдихання парів може викликати кашель, задишку, викликаючи важкі або хронічні кровотечі з носа, ларингіт, хронічний бронхіт, пневмонію і набряк легенів..

-Завдяки своєму прийому всередину викликає ураження порожнини рота, слиновиділення, інтенсивну спрагу, біль до ковтання, сильні болі у всьому травному тракті та ризик перфорації стінки..

Список літератури

Вікіпедія. (2018). Азотна кислота. Отримано з: en.wikipedia.org
PubChem. (2018). Азотна кислота. Отримано з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Редактори Британської енциклопедії. (23 листопада 2018). Азотна кислота. Енциклопедія Британіка. Отримано з: britannica.com
Shrestha B. (s.f.). Властивості азотної кислоти використовуються. Chem Guide: навчальні посібники з вивчення хімії. Отримано з: chem-guide.blogspot.com
Хімічна книга. (2017). Азотна кислота. Отримано з: chemicalbook.com
Imanol (10 вересня 2013 р.) Виробництво азотної кислоти. Отримано з: ingenieriaquimica.net

Хімія

« Формування нітрозокислот, сполук і ризиків Формула ортосилицидной кислоти, властивості, ризики і застосування »