Štruktúra, vlastnosti, syntéza a použitie kyseliny dusičnej (HNO3)



kyselina dusičná "Anorganická zlúčenina" je anorganická zlúčenina pozostávajúca z oxokyseliny dusíka. Považuje sa za silnú kyselinu, hoci jej pKa (-1,4) je podobná pKa hydróniového iónu (-1,74). Od tohto bodu je to snáď "najslabší" mnohých známych silných kyselín.

Jeho fyzikálny vzhľad sa skladá z bezfarebnej kvapaliny, ktorá sa pri skladovaní mení na žltkastú farbu v dôsledku tvorby dusíkových plynov. Jeho chemický vzorec je HNO3. 

Je to trochu nestabilné, dochádza k miernemu rozkladu z vystavenia slnečnému svetlu. Okrem toho sa môže úplne rozložiť zahrievaním, čo spôsobuje oxid dusičitý, vodu a kyslík.

Horný obrázok znázorňuje kúsok kyseliny dusičnej obsiahnutej v odmernej banke. Je možné zaznamenať jeho žlté sfarbenie, ktoré svedčí o čiastočnom rozklade.

Používa sa na výrobu anorganických a organických dusičnanov, ako aj dusíkatých zlúčenín, ktoré sa používajú pri výrobe hnojív, výbušnín, medziproduktov farbív a rôznych organických chemických zlúčenín..

Táto kyselina bola už známa alchymistami ôsmeho storočia, ktoré nazývali "water fortis". Nemecký chemik Johan Rudolf Glauber (1648) navrhli spôsob jeho prípravy, ktorý sa skladá v dusičnanu draselného zahrieva s kyselinou sírovou.

Pripravuje sa priemyselne podľa metódy Wilhelma Oswalda (1901). Metóda všeobecne pozostáva z katalytickej oxidácie amónia s postupným vytváraním oxidu dusnatého a oxidu dusičitého za vzniku kyseliny dusičnej..

V atmosfére, NO2 produkovaná ľudskou činnosťou reaguje s vodou oblakov, tvoriacu HNO3. Potom, počas kyslých dažďov, sa zráža spolu s kvapkami vody, ktoré jedia preč, napríklad sochy verejných námestí.

Kyselina dusičná je veľmi toxická zlúčenina a nepretržité vystavenie jej výparom môže viesť k chronickej bronchitíde a chemickej pneumónii..

index

  • 1 Štruktúra kyseliny dusičnej
    • 1.1 Rezonančné štruktúry
  • 2 Fyzikálne a chemické vlastnosti
    • 2.1 Chemické názvy
    • 2.2 Molekulová hmotnosť
    • 2.3 Fyzický vzhľad
    • 2.4 Vôňa
    • 2.5 Teplota varu
    • 2.6 Teplota topenia
    • 2.7 Rozpustnosť vo vode
    • 2.8 Hustota
    • 2.9 Relatívna hustota
    • 2.10 Relatívna hustota pár
    • 2.11 Tlak pár
    • 2.12 Rozklad
    • 2.13 Viskozita
    • 2.14 Korózia
    • 2.15 Entalpia molárneho odparovania
    • 2.16 Štandardná molárna entalpia
    • 2.17 Štandardná molárna entropia
    • 2.18 Povrchové napätie
    • 2.19 Prahová hodnota zápachu
    • 2.20 Disociačná konštanta
    • 2.21 Index lomu (η / D)
    • 2.22 Chemické reakcie
  • 3 Zhrnutie
    • 3.1 Priemysel
    • 3.2 V laboratóriu
  • 4 Použitie
    • 4.1 Výroba hnojív
    • 4.2 Priemysel
    • 4.3 Čistička kovov
    • 4.4 Voda Regia
    • 4.5 Nábytok
    • 4.6 Čistenie
    • 4.7 Fotografia
    • 4.8 Iné
  • 5 Toxicita
  • 6 Referencie

Štruktúra kyseliny dusičnej

Štruktúra molekuly HNO je znázornená na hornom obrázku3 s modelom guličiek a tyčí. Atóm dusíka, modrá guľa, sa nachádza v strede, obklopený trigonálnou geometriou roviny; trojuholník je však skreslený jedným z jeho najdlhších vrcholov.

Molekuly kyseliny dusičnej sú potom ploché. Väzby N = O, N-O a N-OH tvoria vrcholy plochého trojuholníka. Ak je pozorovaný detailne, N-OH väzba je viac predĺžená ako ostatné dve (kde sa nachádza biela guľa reprezentujúca atóm H).

Rezonančné štruktúry

Existujú dva odkazy, ktoré majú rovnakú dĺžku: N = O a N-O. Táto skutočnosť je v rozpore s teóriou valenčných väzieb, kde sa predpokladá, že dvojité väzby sú kratšie ako jednoduché väzby. Vysvetlenie v tomto spočíva v jave rezonancie, ako je vidieť na obrázku nižšie.

Obidve väzby, N = O a N-O, sú preto z hľadiska rezonancie ekvivalentné. Toto je graficky znázornené v modeli štruktúry pomocou prerušovanej čiary medzi dvoma atómami O (pozri štruktúru).

Keď je HNO deprotonovaný3, vytvorí sa stabilný dusičnan aniónu3-. V tom rezonancia teraz zahŕňa tri atómy O. To je dôvod, prečo HNO3 má veľkú kyslosť Bronsted-Lowry (druhový donor iónov H)+).

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Chemické názvy

-Kyselina dusičná

-Azotová kyselina

-Dusičnan vodíka

-Water fortis.

Molekulová hmotnosť

63,012 g / mol.

Fyzický vzhľad

Bezfarebná alebo svetložltá kvapalina, ktorá sa môže zmeniť na červenohnedú.

vône

Akútna, charakteristická udusenie.

Teplota varu

181 ° F až 760 mmHg (83 ° C).

Teplota topenia

-41,6 ° C.

Rozpustnosť vo vode

Veľmi rozpustný a miešateľný s vodou.

hustota

1,513 g / cm3 pri 20 ° C.

Relatívna hustota

1,50 (vo vzťahu k vode = 1).

Relatívna hustota pary

2 alebo 3 krát odhadnuté (vo vzťahu k vzduchu = 1).

Tlak pary

63,1 mmHg pri 25 ° C.

rozklad

V dôsledku vystavenia atmosférickej vlhkosti alebo teplu sa môže rozkladať za vzniku peroxidu dusíka. Keď sa tento rozklad zahrieva, vyžaruje veľmi toxický dym z oxidov dusíka a dusičnanu vodíka.

Kyselina dusičná nie je stabilná, je schopná rozkladať sa pri kontakte s teplom a vystavením slnečnému žiareniu a emitovať oxid dusičitý, kyslík a vodu..

viskozita

1,092 mPa pri 0 ° C a 0,617 mPa pri 40 ° C.

korózie

Je schopný napadnúť všetky základné kovy, okrem hliníka a chrómovej ocele. Útočí na niektoré druhy plastov, kaučukov a povlakov. Je to žieravá a žieravá látka, preto sa s ním musí zaobchádzať veľmi opatrne.

Molárna entalpia odparovania

39,1 kJ / mol pri 25 ° C.

Štandardná molárna entalpia

-207 kJ / mol (298 ° F).

Štandardná molárna entropia

146 kJ / mol (298 ° F).

Povrchové napätie

-0,04356 N / m pri 0 ° C

-0,04115 N / m pri 20 ° C

-0,0376 N / m pri 40 ° C

Prahová hodnota zápachu

-Nízky zápach: 0,75 mg / m3

-Vysoký zápach: 250 mg / m3

-Koncentrácia dráždivých látok: 155 mg / m3.

Disociačná konštanta

pKa = -1,38.

Index lomu (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Chemické reakcie

hydratácia

-Môže tvoriť pevné hydráty, ako je napríklad HNO3∙ H2O a HNO3∙ 3H2Alebo: "Nitric ice".

Disociácia vo vode

Kyselina dusičná je silná kyselina, ktorá sa rýchlo ionizuje vo vode nasledujúcim spôsobom:

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

Tvorba solí

Reaguje so zásaditými oxidmi tvoriacimi dusičnanovú soľ a vodu.

CaO (s) + 2 HNO3 (l) => Ca (NO.)3)2 (ac) + H2O (l)

Podobne reaguje so zásadami (hydroxidmi), pričom vytvára dusičnanovú soľ a vodu.

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

A tiež s uhličitanmi a kysličníkmi uhličitými (hydrogenuhličitany), ktoré tiež tvoria oxid uhličitý.

na2CO3 (ac) + HNO3 (l) => NaNO3 (ac) + H2O (l) + CO2 (G)

protonizáciu

Kyselina dusičná sa môže správať ako báza. Z tohto dôvodu môže reagovať s kyselinou sírovou.

HNO3   +   2H2SW4    <=>      NO2+    +     H3O+     +      2HSO4-

autoprotolýza

Kyselina dusičná podlieha autoprotoze.

2HNO3  <=>  NO2+   +    NO3-    +      H2O

Oxidácia kovov

Pri reakcii s kovmi sa kyselina dusičná nechová ako silné kyseliny, ktoré reagujú s kovmi tvoriacimi zodpovedajúcu soľ a uvoľňujú vodík v plynnej forme..

Horčík a mangán však horúco reagujú s kyselinou dusičnou, ako aj s inými silnými kyselinami.

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

ostatné

Kyselina dusičná reaguje so siričitanmi kovov, ktoré spôsobujú soľ dusičnanov, oxidu siričitého a vody.

na2SW3 (s) + 2 HNO3 (l) => 2 NaNO3 (ac) + SO2 (g) + H2O (l)

A tiež reaguje s organickými zlúčeninami, nahradením vodíka nitroskupinou; teda základ pre syntézu výbušných zlúčenín, ako je nitroglycerín a trinitrotoluén (TNT).

syntéza

priemyselný

Vyrába sa na priemyselnej úrovni katalytickou oxidáciou amónia podľa metódy, ktorú opísal Oswald v roku 1901. Postup pozostáva z troch stupňov alebo krokov..

Stupeň 1: Oxidácia amoniaku na oxid dusnatý

Amoniak je oxidovaný kyslíkom prítomným vo vzduchu. Reakcia sa uskutočňuje pri 800 ° C a tlaku 6 až 7 atm s použitím platiny ako katalyzátora. Amoniak sa zmieša so vzduchom v nasledujúcom pomere: 1 objem amónia na 8 objemových jednotiek vzduchu.

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

Pri reakcii sa vytvára oxid dusnatý, ktorý sa odoberá do oxidačnej komory v nasledujúcom stupni.

Stupeň 2. Oxidácia oxidu dusnatého v oxide dusičitom

Oxidácia sa vykonáva kyslíkom prítomným vo vzduchu pri teplote pod 100 ° C.

2NO (g) + O2 (g) => 2NO2 (G)

Stupeň 3. Rozpustenie oxidu dusičitého vo vode

V tomto štádiu dochádza k tvorbe kyseliny dusičnej.

4NO2     +      2H2O + O2         => 4HNO3

Existuje niekoľko spôsobov absorpcie oxidu dusičitého (NO2) vo vode.

Okrem iných metód: NO2 je dimerizovaný na N2O4 pri nízkych teplotách a vysokom tlaku, aby sa zvýšila jeho rozpustnosť vo vode a produkovala kyselina dusičná.

3N2O4   +     2H2O => 4HNO3    +      2NO

Kyselina dusičná vyrába oxidáciou amoniaku, ktorý má koncentráciu medzi 50 až 70%, ktoré sa môžu vykonávať za použitia 98% koncentrovanou kyselinou sírovou ako dehydratačný umožňuje zvýšenie koncentrácie kyseliny dusičnej.

V laboratóriu

Tepelný rozklad dusičnanu meďnatého (II), ktorý produkuje oxid dusičitý a kyslíkaté plyny, ktoré prechádzajú vodou za vzniku kyseliny dusičnej; ako sa to deje v Oswaldovej metóde, ktorá bola predtým opísaná.

2Cu (NO3)2    => 2CuO + 4NO2    +     O2

Reakcia dusičnanovej soli s H2SW4 koncentrovaná. Vzniknutá kyselina dusičná sa oddelí od H2SW4 destiláciou pri 83 ° C (teplota varu kyseliny dusičnej).

KNO3   +    H2SW4     => HNO3    +     KHSO4

aplikácie

Výroba hnojív

60% výroby kyseliny dusičnej sa používa pri výrobe hnojív, najmä dusičnanu amónneho.

Vyznačuje sa vysokou koncentráciou dusíka, ktorá je jednou z troch hlavných živín rastlín, pričom dusičnany okamžite používajú rastliny. Medzitým sa amónium oxiduje mikroorganizmami prítomnými v pôde a používa sa ako dlhodobé hnojivo.

priemyselný

-15% výroby kyseliny dusičnej sa používa pri výrobe syntetických vlákien.

-Používa sa pri spracovaní esterov kyseliny dusičnej a nitroderivátov; nitrocelulóza, akrylové farby, nitrobenzén, nitrotoluén, akrylonitrily atď..

-Môže pridať nitro skupiny k organickým zlúčeninám, táto vlastnosť môže byť použitá na výrobu výbušnín, ako je nitroglycerín a trinitrotoluén (TNT).

-Kyselina adipová, prekurzor nylonu, sa vyrába vo veľkom meradle oxidáciou cyklohexanónu a cyklohexanolu kyselinou dusičnou..

Čistička kovov

Kyselina dusičná je vďaka svojej oxidačnej schopnosti veľmi užitočná pri čistení kovov prítomných v mineráloch. Používa sa tiež na získanie prvkov, ako je urán, mangán, niób, zirkónium a okysľovanie fosforečných hornín na získanie kyseliny fosforečnej..

Vodné režimy

Mieša sa s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou za vzniku "agua regia". Tento roztok je schopný rozpúšťať zlato a platinu, čo umožňuje jeho použitie pri čistení týchto kovov.

nábytok

Kyselina dusičná sa používa na získanie antického efektu v nábytku z borovicového dreva. Ošetrenie roztokom kyseliny dusičnej na 10% vytvára sivozlaté sfarbenie v dreve nábytku.

čistenie

-Zmes vodných roztokov kyseliny dusičnej 5-30% a kyseliny fosforečnej 15-40% sa používa na čistenie zariadení používaných pri práci dojenia, aby sa odstránili zvyšky zrazenín zlúčenín horčíka a vápnika..

-Je užitočná pri čistení skleneného materiálu použitého v laboratóriu.

fotografovanie

-Kyselina dusičná sa používa pri fotografovaní, konkrétne ako aditívum pre vývojárov síranu železnatého v procese mokrých platní, s cieľom podporiť belšiu farbu v ambrotypoch a ferotypoch..

-Bola použitá na zníženie pH strieborného kúpeľa kolódiových platničiek, čo umožnilo redukciu vzhľadu hmly, ktorá interferovala s obrazmi..

ostatné

-Vzhľadom na svoju kapacitu rozpúšťadla sa používa pri analýze rôznych kovov metódami plameňovej atómovej absorpčnej spektrofotometrie a indukčnej väzbovej plazmatickej hmotnostnej spektrofotometrie..

-Kombinácia kyseliny dusičnej a kyseliny sírovej sa použila na konverziu bežnej bavlny na nitrát celulózy (nitrová bavlna)..

-Liek Salcoderm na vonkajšie použitie sa používa pri liečení benígnych novotvarov kože (bradavice, kurčatá, kondylomy a papilomavírusy). Má vlastnosti kauterizácie, úľavy od bolesti, podráždenia a svrbenia. Kyselina dusičná je hlavnou zložkou liekovej formy.

-Dymivá červená kyselina dusičná a biela dymivá kyselina dusičná sa používajú ako oxidanty pre kvapalné raketové palivá, najmä v rakete BOMARC.

toxicity

-Pri kontakte s pokožkou môže spôsobiť popáleniny na koži, silnú bolesť a dermatitídu.

-Pri kontakte s očami môže spôsobiť silnú bolesť, trhanie av ťažkých prípadoch poškodenie rohovky a slepotu.

-Vdýchnutie výparov môže spôsobiť kašeľ, dýchavičnosť, spôsobiť ťažké alebo chronické krvácanie z nosa, laryngitídu, chronickú bronchitídu, pneumóniu a pľúcny edém..

-V dôsledku jeho požitia spôsobuje lézie v ústach, slinenie, intenzívny smäd, bolesť pri prehĺtaní, intenzívne bolesti v celom zažívacom trakte a riziko perforácie steny tej istej steny..

referencie

  1. Wikipedia. (2018). Kyselina dusičná. Zdroj: en.wikipedia.org
  2. PubChem. (2018). Kyselina dusičná. Zdroj: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Redakcia Encyclopaedia Britannica. (23. novembra 2018). Kyselina dusičná. Encyclopædia Britannica. Zdroj: britannica.com
  4. Shrestha B. (s.f.). Vlastnosti kyseliny dusičnej a použitia. Chem Guide: tutoriály pre učenie chémie. Zdroj: chem-guide.blogspot.com
  5. Chemická kniha. (2017). Kyselina dusičná. Zdroj: chemicalbook.com
  6. Imanol. (10. septembra 2013). Výroba kyseliny dusičnej. Zdroj: ingenieriaquimica.net