Структура, свойства, синтез и употреба на азотна киселина (HNO3)

на азотна киселина е неорганично съединение, състоящо се от азотна оксокиселина. Той се счита за силна киселина, въпреки че pKa (-1,4) е подобен на pKa на хидрониевия йон (-1,74). От тази точка е може би най-слабата от много известни силни киселини.

Физическият му вид се състои от безцветна течност, която при съхранение се променя до жълтеникав цвят, поради образуването на азотни газове. Химичната му формула е HNO₃.

Той е малко нестабилен, изпитва леко разлагане от излагане на слънчева светлина. В допълнение, той може да се разложи напълно чрез нагряване, причинявайки азотен диоксид, вода и кислород.

Горното изображение показва малко азотна киселина, съдържаща се в мерителна колба. Може да се отбележи неговото жълто оцветяване, което е показателно за частично разлагане.

Използва се при производството на неорганични и органични нитрати, както и на азотни съединения, които се използват при производството на торове, взривни вещества, междинни продукти на багрила и различни органични химични съединения..

Тази киселина вече е била известна на алхимиците от осми век, които те наричат "вода форти". Немският химик Йохан Рудолф Глаубер (1648) разработи метод за неговото приготвяне, който се състоеше в нагряване на калиев нитрат със сярна киселина.

Той е приготвен по индустриален път, следвайки метода, проектиран от Вилхелм Освалд (1901). Като цяло методът се състои от каталитично окисление на амоняк, с последователно генериране на азотен оксид и азотен диоксид до образуване на азотна киселина..

В атмосферата, NO₂ произведена от човешка дейност, реагира с облачната вода, образувайки HNO₃. След това, по време на киселинните дъждове, той се утаява заедно с капки вода, разяждащи, например, статуите на публичните площади..

Азотната киселина е много токсично съединение и непрекъснатото излагане на неговите пари може да доведе до хроничен бронхит и химическа пневмония..

индекс

1 Структура на азотна киселина
- 1.1 Резонансни структури
2 Физични и химични свойства
- 2.1 Химични наименования
- 2.2 Молекулно тегло
- 2.3 Физически вид
- 2.4 Миризма
- 2.5 Точка на кипене
- 2.6 Точка на топене
- 2.7 Разтворимост във вода
- 2.8 Плътност
- 2.9 Относителна плътност
- 2.10 Относителна плътност на парите
- 2.11 Налягане на парите
- 2.12 Разлагане
- 2.13 Вискозитет
- 2.14 Корозия
- 2.15 Енталпия на моларно изпаряване
- 2.16 Стандартна моларна енталпия
- 2.17 Стандартна моларна ентропия
- 2.18 Повърхностно напрежение
- 2.19 Праг на мириса
- 2.20 Дисоциационна константа
- 2.21 Коефициент на пречупване (η / D)
- 2.22 Химични реакции
3 Резюме
- 3.1 Промишлени
- 3.2 В лабораторията
4 Използване
- 4.1 Производство на торове
- 4.2 Промишлени
- 4.3 Метален пречиствател
- 4.4 Водна вода Regia
- 4.5 Мебели
- 4.6 Почистване
- 4.7 Фотография
- 4.8 Други
5 Токсичност
6 Препратки

Структура на азотна киселина

Структурата на HNO молекула е показана в горното изображение₃ с модел на сфери и барове. Азотният атом, синята сфера, се намира в центъра, заобиколен от тригонална геометрия на равнината; обаче триъгълникът е изкривен от един от най-дългите му върхове.

След това молекулите на азотната киселина са плоски. Връзките N = O, N-O и N-OH съставляват върховете на плоския триъгълник. Ако се наблюдава в детайли, N-OH връзката е по-продълговата от другите две (където бялата сфера е разположена представляваща Н атом)..

Резонансни структури

Има две връзки, които имат една и съща дължина: N = O и N-O. Този факт противоречи на теорията за валентните връзки, където се предполага, че двойните връзки са по-къси от обикновените връзки. Обяснението в това се състои в явлението резонанс, както се вижда на изображението по-долу.

И двете връзки, N = O и N-O, следователно са еквивалентни по отношение на резонанса. Това е представено графично в модела на структурата чрез използване на прекъсната линия между два атома О (виж структурата).

Когато HNO се депротонира₃, образува се стабилен анион нитрат₃^-. В него резонансът сега включва трите атома на О. Това е причината защо HNO₃ има голяма киселинност на Bronsted-Lowry (вид донор на йони H⁺).

Физични и химични свойства

Химични наименования

-Азотна киселина

-Водороден нитрат

-Вода форти.

Молекулно тегло

63,012 g / mol.

Физически вид

Безцветна или бледожълта течност, която може да стане червеникавокафява.

миризма

Арид, характерен задушаващ.

Точка на кипене

181 ºF до 760 mmHg (83 ºC).

Точка на топене

-41,6 ° С.

Разтворимост във вода

Много разтворим и се смесва с вода.

плътност

1,513 g / cm³ при 20 ° С.

Относителна плътност

1.50 (във връзка с водата = 1).

Относителна плътност на парата

2 или 3 пъти изчислени (по отношение на въздуха = 1).

Парно налягане

63,1 mmHg при 25 ° С.

разлагане

Поради излагане на атмосферна влажност или топлина, той може да се разложи, за да образува азотен пероксид. Когато това разграждане се нагрява, той отделя много токсичен дим от азотен оксид и водороден нитрат.

Азотната киселина не е стабилна, може да се разложи при контакт с топлина и излагане на слънчева светлина, и да излъчи азотен диоксид, кислород и вода.

вискозитет

1,092 mPa при 0 ° C и 0,617 mPa при 40 ° C.

корозия

Той е способен да атакува всички основни метали, с изключение на алуминий и хромова стомана. Атакува някои от разновидностите на пластмасови материали, гуми и покрития. Това е разяждащо и корозивно вещество, така че трябва да се борави с изключителна предпазливост.

Моларна енталпия на изпаряване

39,1 kJ / mol при 25 ° С.

Стандартна моларна енталпия

-207 kJ / mol (298 ° F).

Стандартна моларна ентропия

146 kJ / mol (298 ° F).

Повърхностно напрежение

-0,04356 N / m при 0 ° С

-0,04115 N / m при 20 ° С

-0,0376 N / m при 40 ° С

Праг на мирис

-Ниска миризма: 0.75 mg / m³

-Висока миризма: 250 mg / m³

-Дразнеща концентрация: 155 mg / m³.

Константа на дисоциация

pKa = -1.38.

Индекс на пречупване (η / D)

1,393 (16,5 ºC).

Химични реакции

хидратация

-Той може да образува твърди хидрати, като HNO₃Н₂О и HNO₃3Н₂Или: "Азотен лед".

Дисоциация във вода

Азотната киселина е силна киселина, която бързо се йонизира във вода по следния начин:

HNO₃ (1) + Н₂О (1) => Н₃О⁺ (ac) + NO₃^-

Образуване на соли

Реагира с основни оксиди, образувайки нитратна сол и вода.

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

По същия начин, той реагира с основи (хидроксиди), образувайки нитратна сол и вода.

NaOH (ac) + HNO₃ (1) => NaNO₃ (ac) + H₂O (l)

Също така с карбонати и кисели карбонати (бикарбонати), които също образуват въглероден диоксид.

Na₂CO₃(ac) + HNO₃ (1) => NaNO₃(ac) + H₂О (1) + СО₂ (G)

протонацията

Азотната киселина може също да се държи като основа. Поради тази причина той може да реагира със сярна киселина.

HNO₃ + 2H₂SW₄ <=> NO₂⁺ + Н₃О⁺ + 2HSO₄^-

autoprotolysis

Азотната киселина претърпява автопротозис.

2HNO₃ <=> NO₂⁺ + NO₃^- + Н₂О

Метално окисление

В реакцията с метали азотната киселина не се държи като силни киселини, които реагират с метали, образуващи съответната сол, и освобождават водород в газообразна форма..

Магнезият и манганът обаче реагират горещо с азотна киселина, както и другите силни киселини.

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

друг

Азотната киселина реагира с метални сулфити, причинявайки сол на нитрат, серен диоксид и вода.

Na₂SW₃ (s) + 2 HNO₃ (1) => 2 NaNO₃ (ac) + SO₂ (g) + Н₂O (l)

Също така реагира с органични съединения, замествайки водород за нитро група; по този начин представляват основата за синтеза на експлозивни съединения като нитроглицерин и тринитротолуен (TNT).

синтез

индустриален

Произвежда се на промишлено ниво чрез каталитично окисление на амоняк, съгласно метода, описан от Oswald през 1901 г. Процедурата се състои от три етапа или стъпки..

Етап 1: Окисляване на амоняка до азотен оксид

Амонякът се окислява от присъстващия във въздуха кислород. Реакцията се провежда при 800 ° С и при налягане 6-7 атм, като се използва платина като катализатор. Амонийът се смесва с въздух със следното съотношение: 1 обем амоняк на 8 обема въздух.

4NH₃ (g) + 5 °₂ (g) => 4NO (g) + 6H₂O (l)

В реакцията се получава азотен оксид, който се подава в окислителната камера за следващия етап.

Етап 2. Окисляване на азотния оксид в азотен диоксид

Окисляването се извършва от присъстващия във въздуха кислород при температура под 100 ° С.

2NO (g) + 0₂ (g) => 2NO₂ (G)

Етап 3. Разтваряне на азотен диоксид във вода

В този етап настъпва образуването на азотна киселина.

4NO₂ + 2H₂O + O₂=> 4HNO₃

Съществуват няколко метода за абсорбиране на азотен диоксид (NO₂) във вода.

Сред другите методи: NO₂ е димеризиран до N₂О₄ при ниски температури и високо налягане, за да се увеличи разтворимостта му във вода и да се получи азотна киселина.

3N₂О₄ + 2H₂O => 4HNO₃ + 2NO

Азотната киселина, получена при окислението на амоняка, е с концентрация между 50-70%, която може да бъде доведена до 98% чрез използването на концентрирана сярна киселина като дехидратираща, което позволява да се увеличи концентрацията на азотна киселина.

В лабораторията

Термично разлагане на меден (II) нитрат, произвеждащ газове от азотен диоксид и кислород, които преминават през вода за образуване на азотна киселина; както се случва в метода на Освалд, описан по-горе.

2Cu (NO₃)₂ => 2CuO + 4NO₂ + О₂

Реакция на нитратна сол с Н₂SW₄ концентрирани. Образуваната азотна киселина се отделя от Н₂SW₄ чрез дестилация при 83 ° С (точка на кипене на азотна киселина).

KNO₃ + Н₂SW₄ => HNO₃ + кисел калиев₄

приложения

Производство на торове

60% от производството на азотна киселина се използва при производството на торове, особено амониев нитрат.

Това се характеризира с висока концентрация на азот, една от трите основни хранителни вещества на растенията, които използват нитрати веднага от растенията. В същото време амониевият окис се окислява с микроорганизми, присъстващи в почвата, и се използва като дълготраен тор.

индустриален

-15% от производството на азотна киселина се използва в производството на синтетични влакна.

-Използва се при изработването на естери на азотна киселина и на нитрополимери; като нитроцелулоза, акрилни бои, нитробензен, нитротолуен, акрилонитрили и др..

-Той може да добави нитрогрупи към органични съединения, това свойство може да се използва за производство на експлозиви като нитроглицерин и тринитротолуен (TNT).

-Адипиновата киселина, прекурсор на найлон, се произвежда в голям мащаб чрез окисляване на циклохексанон и циклохексанол с азотна киселина.

Метален пречиствател

Азотната киселина, поради своя окислителен капацитет, е много полезна при пречистването на метали, присъстващи в минерали. Използва се също за получаване на елементи като уран, манган, ниобий, цирконий и подкиселяване на фосфорни скали за получаване на фосфорна киселина..

Водната област

Смесва се с концентрирана солна киселина за образуване на "agua regia". Този разтвор е способен да разтвори злато и платина, което позволява използването му при пречистването на тези метали.

мебели

Азотната киселина се използва за постигане на античен ефект в мебелите, направени от борова гора. Третирането с разтвор на азотна киселина до 10% води до оцветяване в сиво-злато в дървесината на мебелите.

почистване

-Сместа от водни разтвори на азотна киселина 5-30% и фосфорна киселина 15-40% се използва при почистването на оборудването, използвано в работата на доенето, за да се елиминират остатъците от утайките на съединенията на магнезий и калций..

-Той е полезен при почистване на стъкления материал, използван в лабораторията.

фотография

-Азотната киселина се използва във фотографията, по-специално като добавка за разработчиците на железен сулфат в процеса на мокрото плато, с цел да се насърчи по-бял цвят при амбротипи и феротипи.

-Използва се за понижаване на рН на сребърната баня на колодионните плочи, което позволява да се получи намаляване на външния вид на мъгла, която засяга изображенията.

други

-Поради капацитета на разтворител, той се използва при анализа на различни метали чрез пламъчно-атомно-абсорбционна спектрофотометрична техника и индуктивно свързване на плазмената масова спектрофотометрия..

-Комбинацията от азотна киселина и сярна киселина беше използвана за превръщането на общия памук в целулозен нитрат (азотен памук) \ t.

-Лекарството Salcoderm за външна употреба се използва за лечение на доброкачествени новообразувания на кожата (брадавици, мазоли, кондиломи и папиломи). Има свойства на изгаряне, облекчаване на болката, дразнене и сърбеж. Азотната киселина е основният компонент на лекарствената формула.

-Димяща червена азотна киселина и бяла димяща азотна киселина се използват като оксиданти за течни ракетни горива, особено в ракетите BOMARC..

токсичност

-При контакт с кожата може да причини изгаряния на кожата, силна болка и дерматит.

-При контакт с очите може да причини силна болка, разкъсване и при тежки случаи, увреждане на роговицата и слепота.

-Вдишването на изпарения може да предизвика кашлица, задух, причиняване на тежки или хронични кръвотечения от носа, ларингит, хроничен бронхит, пневмония и белодробен оток..

-Поради поглъщането му предизвиква поражения в устата, слюноотделяне, силна жажда, болка при поглъщане, силни болки в целия храносмилателен тракт и риск от перфорация на стената на същото..

препратки

Wikipedia. (2018). Азотна киселина. Изтеглено от: en.wikipedia.org
PubChem. (2018). Азотна киселина. Възстановен от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (23 ноември 2018 г.). Азотна киселина. Енциклопедия Британика. Изтеглено от: britannica.com
Shrestha B. (s.f.). Свойства на азотна киселина и употреби. Chem Guide: ръководства за обучение по химия. Изтеглено от: chem-guide.blogspot.com
Химическа книга. (2017). Азотна киселина. Изтеглено от: chemicalbook.com
Иманол. (10 септември 2013 г.). Производство на азотна киселина. Изтеглено от: ingenieriaquimica.net

химия

« Състав на нитрозокиселина, съединения и рискове Формула за ортосилициева киселина, свойства, рискове и приложения »