АЗОТНА КИСЕЛИНА (ХНО3): СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, СИНТЕЗА И УПОТРЕБА - ХЕМИЈА - 2025

Азотна киселина је неорганско једињење састоји од оксокиселине азота. Сматра се јаком киселином, мада је њен пКа (-1.4) сличан пКа хидронијум јона (-1.74). Од овог тренутка, она је можда "најслабија" од многих познатих јаких киселина.

Његов физички изглед састоји се од безбојне течности која се током складиштења мења у жућкасту боју, услед стварања азотних гасова. Његова хемијска формула је ХНО ₃ .

Извор: Александер Соболевски преко Викимедиа Цоммонс

Помало је нестабилан, подвргнут незнатном распадању од излагања сунчевој светлости. Даље, грејањем се може у потпуности распадати, стварајући азотни диоксид, воду и кисеоник.

Слика изнад приказује мало азотне киселине која се налази у волуметријској боци. Може се приметити његова жута боја, што указује на делимично распадање.

Користи се у производњи неорганских и органских нитрата, као и у нитрозо једињењима која се користе у производњи ђубрива, експлозива, интермедијарних средстава за боје и различитих органских хемијских једињења.

Ова киселина је већ била позната алхемичарима из 8. века, које су називали "агуа фортис". Немачки хемичар Јохан Рудолф Глаубер (1648) дизајнирао је методу за његову припрему која се састојала од загревања калијум нитрата сумпорном киселином.

Припрема се индустријски по методи коју је дизајнирао Вилхелм Освалд (1901). Метода се, у општим линијама, састоји од каталитичке оксидације амонијака, узастопним стварањем азотног оксида и азот диоксида да би се формирала азотна киселина.

У атмосфери, НО ₂ произведен људском активношћу реагује са водом у облацима, формирајући ХНО ₃ . Затим се, током киселих киша, таложи заједно са капљицама воде, једући, на пример, статуе на јавним трговима.

Душикова киселина је врло токсично једињење, а непрестано излагање испарењима може изазвати хронични бронхитис и хемијску пнеумонију.

Структура азотне киселине

Извор: Бен Миллс, из Викимедиа Цоммонс

Горња слика приказује структуру молекула ХНО ₃ са моделом сфера и шипки. Атом душика, плава сфера, налази се у центру, окружен тригоналном равнином геометрије; међутим, троугао је искривљен једном од његових најдужих врхова.

Молекули азотне киселине су тада равни. Везе Н = О, НО и Н-ОХ чине врхове равног троугла. Ако погледате изблиза, веза Н-ОХ је издуженија од остале две (где се налази бела сфера која представља Х атом).

Ресонанчне структуре

Постоје две везе исте дужине: Н = 0 и НО. Ова чињеница иде противно теорији валентне везе, где се предвиђа да ће двоструке везе бити краће од појединачних. Објашњење за то лежи у феномену резонанције, као што је приказано на слици испод.

Извор: Бен Миллс, из Викимедиа Цоммонс

Обје везе, Н = О и НО, су стога једнаке у резонанци. Ово је графички приказано у моделу структуре употребом испрекидане линије између два О атома (види структуру).

Када ХНО ₃ су одстрањени протони , стабилан нитрат ањон НО ₃ ^{- формира} . У њему резонанца сада укључује сва три атома О. То је разлог зашто ХНО ₃ има високу Бронстед-Ловри киселост (врсте донора Х ⁺ јона ).

Физичка и хемијска својства

Хемијска имена

-Азотна киселина

-Азотска киселина

Водични нитрат

-Агуа фортис.

Молекуларна тежина

63.012 г / мол.

Физичка присутност

Безбојна или бледо жута течност, која може постати црвенкастосмеђа.

Мирис

Оштра, угушујућа карактеристика.

Тачка кључања

181 ° Ф до 760 ммХг (83 ° Ц).

Тачка топљења

-41.6 ° Ц

Растворљивост у води

Веома растворљив и помешан са водом.

Густина

1.513 г / цм ³ на 20 ° Ц.

Релативна густина

1,50 (у односу на воду = 1).

Релативна густина паре

2 или 3 пута процењена (у односу на ваздух = 1).

Притисак паре

63,1 ммХг на 25 ° Ц.

Декомпозиција

Изложено атмосферској влази или топлоти, може разградити формирајући азотни пероксид. Када се загрева до распадања, емитује високо токсичан дим азот оксида и водоник нитрата.

Азотна киселина није стабилна, јер се може разградити у додиру са топлином и излагањем сунчевој светлости, и емитује азотни диоксид, кисеоник и воду.

Вискозност

1,092 мПа на 0 ° Ц и 0,617 мПа на 40 ° Ц.

Корозија

Способан је да напада све основне метале, осим алуминијума и хромираног челика. Напада неке од врста пластике, гуме и облога. То је каустична и корозивна супстанца, па са њима треба поступати крајње опрезно.

Моларна енталпија испаравања

39,1 кЈ / мол на 25 ° Ц.

Стандардна моларна енталпија

-207 кЈ / мол (298 ° Ф).

Стандардна моларна ентропија

146 кЈ / мол (298 ° Ф).

Површински напон

-0.04356 Н / м на 0 ° Ц

-0.04115 Н / м на 20 ° Ц

-0.0376 Н / м на 40 ° Ц

Праг мириса

-Слаби мирис: 0,75 мг / м ³

-Високи мирис: 250 мг / м ³

-Иритантна концентрација: 155 мг / м ³ .

Константа дисоцијације

пКа = -1,38.

Индекс лома (η / Д)

1.393 (16.5 ° Ц).

Хемијске реакције

Хидратација

-Она може да формира чврсте хидрате, као што су ХНО _3, Х ₂ О и ХНО _{3, 3} Х ₂ О: "азотни лед".

Дисоцијација у води

Душична киселина је јака киселина која се брзо ионизује у води на следеће начине:

ХНО ₃ (л) + Х ₂ О (л) => Х ₃ О ⁺ (ак) + НО ₃ ^-

Формирање соли

Реагира са базним оксидима, стварајући нитратну сол и воду.

ЦаО (с) + 2 ХНО ₃ (л) => Ца (НО ₃ ) ₂ (ак) + Х ₂ О (л)

Исто тако, реагује са базама (хидроксидима), формирајући сол нитрата и воде.

НаОХ (ак) + ХНО ₃ (л) => Нано ₃ (ак) + Х ₂ О (л)

А такође са карбонатима и киселим карбонатима (бикарбонатима), који такође формирају угљен диоксид.

На ₂ ЦО ₃ (ак) + ХНО ₃ (л) => Нано ₃ (ак) + Х ₂ О (л) + ЦО ₂ (г)

Протонатион

Азотна киселина се такође може понашати као база. Из тог разлога, може реаговати са сумпорном киселином.

ХНО ₃ + 2Х ₂ СО ₄ <=> НО ₂ ⁺ + Х ₃ О ⁺ + 2ХСО ₄ ^-

Аутопротолиза

Азотна киселина је подвргнута аутопротолизи.

2ХНО ₃ <=> НО ₂ ⁺ + НО ₃ ^- + Х ₂ О

Оксидација метала

У реакцији са металима, азотна киселина се не понаша попут јаких киселина, које реагују са металима, формирајући одговарајућу со и ослобађајући водоник у гасовитом облику.

Међутим, магнезијум и манган вруће реагују са азотном киселином, као што то чине и друге јаке киселине.

Мг (с) + 2 ХНО ₃ (л) => Мг (НО ₃ ) ₂ (ак) + Х ₂ (г)

Остало

Азотна киселина реагује са металним сулфитима да формира нитратну со, сумпор диоксид и воду.

На ₂ СО ₃ (с) + 2 ХНО ₃ (л) => 2 НаНО ₃ (ак) + СО ₂ (г) + Х ₂ О (л)

А такође реагује са органским једињењима, замењујући водоник за нитро групу; на тај начин чине основу за синтезу експлозивних једињења као што су нитроглицерин и тринитротолуен (ТНТ).

Синтеза

Индустриал

Производи се на индустријском нивоу каталитичком оксидацијом амонијума, према методи коју је Освалд описао 1901. Процес се састоји од три фазе или корака.

Фаза 1: Оксидација амонијума у ​​азотни оксид

Амонијум оксидује кисеоником у ваздуху. Реакција је изведена на 800 ° Ц и под притиском 6-7 атм, уз употребу платине као катализатора. Амонијак се меша са ваздухом у следећем односу: 1 запремина амонијака и 8 запремина ваздуха.

4НХ ₃ (г) + 5О ₂ (г) => 4НО (г) + 6Х ₂ О (л)

У реакцији настаје азотни оксид, који се одводи у оксидациону комору за следећу фазу.

Фаза 2. Оксидација азотног оксида у азот диоксид

Оксидација се врши кисеоником присутним у ваздуху на температури нижој од 100 ° Ц.

2НО (г) + О ₂ (г) => 2НО ₂ (г)

Фаза 3. Растварање азот диоксида у води

У овој фази долази до стварања азотне киселине.

4НО ₂ + 2Х ₂ О + О ₂ => 4ХНО ₃

Постоји неколико метода за апсорпцију азот диоксида (НО ₂ ) у води.

Између осталих метода: НО ₂ се димеризира на Н ₂ О ₄ при ниским температурама и високом притиску, како би се повећала његова растворљивост у води и произвела азотна киселина.

3Н ₂ О ₄ + 2Х ₂ О => 4ХНО ₃ + 2НО

Азотна киселина која настаје оксидацијом амонијака има концентрацију између 50-70%, која се може довести до 98% употребом концентроване сумпорне киселине као средства за дехидратацију, омогућавајући концентрацију азотне киселине да се повећа.

У лабораторији

Термичка разградња бакреног (ИИ) нитрата, стварајући азотни диоксид и гасове кисеоника, који се пролазе кроз воду да би се формирала азотна киселина; као у раније описаној методи Освалд.

2Цу (НО ₃ ) ₂ => 2ЦуО + 4НО ₂ + О ₂

Реакција нитрат со са концентришу Х ₂ СО ₄ . Азотна киселина формирана је одвојена од Х ₂ СО ₄ дестилацијом на 83 ° Ц (тачка кључања азотне киселине).

КНО ₃ + Х ₂ СО ₄ => ХНО ₃ + КХСО ₄

Апликације

Производња ђубрива

60% производње азотне киселине користи се у производњи ђубрива, посебно амонијум нитрата.

Ово карактерише висока концентрација азота, једног од три главна биљна храњива, нитрата који биљке одмах користе. У међувремену, амонијак оксидује микроорганизмима присутним у земљи и користи се као дуготрајно ђубриво.

Индустриал

-15% производње азотне киселине користи се у производњи синтетичких влакана.

-Користи се у производњи естера азотне киселине и нитро деривата; као што су нитроцелулоза, акрилне боје, нитробензен, нитротолуен, акрилонитрили, итд.

-Могим групама можете додати нитро групе, а ово својство се може користити за прављење експлозива као што су нитроглицерин и тринитротолуен (ТНТ).

-Адипинска киселина, прекурсор најлона, ствара се у великој мери оксидацијом циклохексанона, а циклохексанол душичном киселином.

Метални прочистач

Душична киселина је због своје оксидационе способности веома корисна за прочишћавање метала присутних у минералима. Слично томе, користи се за добијање елемената као што су уранијум, манган, ниобијум и цирконијум, а закисељавање фосфорних стена да би се добила фосфорна киселина.

Краљевска вода

Помеша се са концентрованом хлороводоничном киселином да би се формирала „акуа региа“. Ово решење је способно да раствара злато и платину, што омогућава његову употребу у пречишћавању ових метала.

Намештај

Азотна киселина се користи за постизање античког ефекта у намештају од боровог дрвета. Третман са 10% раствором азотне киселине ствара сиво златну боју у дрвету намештаја.

Чишћење

- Мешавина водених раствора азотне киселине 5-30% и фосфорне киселине 15-40% користи се у чишћењу опреме која се користи у раду мужње, да би се уклонили остаци талога једињења магнезијума и калцијум.

-Користан је за чишћење стакленог посуђа који се користи у лабораторији.

Фотографија

-Азотна киселина је коришћена у фотографији, посебно као додатак произвођачима жељезног сулфата у процесу влажне плоче, како би се промовисала белија боја у амбротиповима и тинтима.

- Коришћена је за снижавање пХ сребрне купељи колодијумских плоча, што је омогућило да се смањи изглед магле која је ометала слике.

Други

-Због свог капацитета растварача, користи се у анализи различитих метала техником атомске апсорпционе спектрофотометрије и индуктивно спајаном спектрофотометријом плазме масе.

-Комбинација азотне и сумпорне киселине коришћена је за претварање обичног памука у целулозни нитрат (азотни памук).

- Лек Салцодерм за спољашњу употребу користи се у лечењу бенигних неоплазми на кожи (брадавице, мождине, кондиломи и папиломи). Поседује својства каутеризације, ублажавања болова, иритације и свраба. Азотна киселина је главна компонента формуле лека.

- Црвена димна азотна киселина и бела душична азотна киселина користе се као оксиданти за течна ракетна горива, посебно у ракетама БОМАРЦ.

Токсичност

-У контакту са кожом може изазвати опекотине на кожи, јаке болове и дерматитис.

-У контакту са очима може проузроковати интензивне болове, сузе и у тежим случајевима оштећења рожнице и слепила.

- Удисање испарења може изазвати кашаљ, респираторне тегобе, узрокујући крварење из носа, ларингитис, хронични бронхитис, упалу плућа и плућне едеме при интензивном или хроничном излагању.

-Уза гутања, постоје лезије у устима, пљувачка, интензивна жеђ, бол при гутању, интензивна бол у целом пробавном тракту и ризик од перфорације зида исте.

Референце

1. Википедиа. (2018). Азотна киселина. Опоравак од: ен.википедиа.орг
2. ПубЦхем. (2018). Азотна киселина. Опоравак од: пубцхем.нцби.нлм.них.гов
3. Уредници Енцицлопаедиа Британница. (23. новембра 2018.). Азотна киселина. Енцицлопӕдиа Британница. Опоравак од: британница.цом
4. Схрестха Б. (друго). Својства азотне киселине и употребе. Водич за хемије: туторијали за учење хемије. Опоравак од: цхем-гуиде.блогспот.цом
5. Хемијска књига. (2017). Азотна киселина. Опоравак од: цхемицалбоок.цом
6. Иманол. (10. септембар 2013.). Производња азотне киселине Опоравак од: ингениериакуимица.нет