У домаХимияАЗОТНА КИСЕЛИНА (HNO3): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, СИНТЕЗ И УПОТРЕБА - ХИМИЯ - 2025
АЗОТНА КИСЕЛИНА (HNO3): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, СИНТЕЗ И УПОТРЕБА - ХИМИЯ - 2025
Химия

АЗОТНА КИСЕЛИНА (HNO3): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, СИНТЕЗ И УПОТРЕБА - ХИМИЯ - 2025

Anonim

В азотна киселина е неорганично съединение, състояща се от кислородсъдържаща киселина от азот. Счита се за силна киселина, въпреки че нейният pKa (-1.4) е подобен на pKa на хидрониевия йон (-1.74). От този момент нататък тя е може би „най-слабата“ от много известни силни киселини.

Неговият физически вид се състои от безцветна течност, която при съхранение се променя в жълтеникав цвят, поради образуването на азотни газове. Химическата му формула е HNO 3.

Източник: Александър Соболевски чрез Wikimedia Commons

Той е малко нестабилен, претърпява леко разлагане от излагане на слънчева светлина. Освен това, той може да се разложи напълно чрез нагряване, което води до азотен диоксид, вода и кислород.

Изображението по-горе показва малко азотна киселина, съдържаща се в обемна колба. Може да се забележи жълтото му оцветяване, което показва частично разлагане.

Използва се при производството на неорганични и органични нитрати, както и в нитрозо съединения, които се използват при производството на торове, експлозиви, междинни агенти за оцветители и различни органични химични съединения.

Тази киселина е била известна на алхимиците от VIII век, които те нарекли "agua fortis". Немският химик Йохан Рудолф Глаубер (1648) проектира метод за неговото получаване, който се състои в нагряване на калиев нитрат със сярна киселина.

Приготвя се индустриално по метода, проектиран от Вилхелм Освалд (1901). Методът, като цяло, се състои в каталитичното окисляване на амония с последователно генериране на азотен оксид и азотен диоксид за образуване на азотна киселина.

В атмосферата NO 2, произведен от човешка дейност, реагира с водата в облаци, образувайки HNO 3. След това, по време на киселинни дъждове, той се утаява заедно с капки вода, изяждайки, например, статуите в публичните площади.

Азотната киселина е много токсично съединение и непрекъснатото излагане на нейните пари може да причини хроничен бронхит и химическа пневмония.

Структура на азотна киселина

Източник: Бен Милс, от Wikimedia Commons

Горното изображение показва структурата на молекула HNO 3 с модел на сфери и пръти. Азотният атом, синята сфера, се намира в центъра, заобиколен от триъгълна равнинна геометрия; обаче триъгълникът е изкривен от един от най-дългите си върхове.

След това молекулите на азотната киселина са плоски. Връзките N = O, NO и N-OH съставят върховете на плоския триъгълник. Ако погледнете отблизо, N-OH връзката е по-удължена от другите две (където се намира бялата сфера, представляваща Н атом).

Резонансни структури

Има две връзки, които са с еднаква дължина: N = 0 и NO. Този факт противоречи на теорията за валентните облигации, където се предвижда двойните връзки да са по-къси от единичните. Обяснението за това се крие в феномена на резонанса, както се вижда на изображението по-долу.

Източник: Бен Милс, от Wikimedia Commons

И двете връзки, N = O и NO, са еквивалентни по отношение на резонанса. Това е представено графично в модела на структурата, като се използва пунктирана линия между два O атома (виж структурата).

Когато HNO 3 е депротониран стабилна нитрат анион NO 3 - е оформен. В него резонансът сега включва и трите атома О. Това е причината, поради която HNO 3 има висока Бростед-Ниури киселинност (H + йонни донори).

Физични и химични свойства

Химически имена

-Азотна киселина

-Азотна киселина

-Водороден нитрат

-Agua fortis.

Молекулно тегло

63.012 g / mol.

Външен вид

Безцветна или бледожълта течност, която може да стане червеникавокафява.

миризма

Остра, задушаваща характеристика.

Точка на кипене

181 ° F до 760 mmHg (83 ° C).

Точка на топене

-41,6 ° C.

Разтворимост във вода

Много разтворим и смесим с вода.

плътност

1,513 g / cm 3 при 20 ° C.

Относителна плътност

1,50 (по отношение на водата = 1).

Относителна плътност на парите

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

Парно налягане

63,1 mmHg при 25 ° C.

разлагане

При излагане на атмосферна влажност или топлина той може да се разложи, образувайки азотен пероксид. При нагряване до разлагане излъчва силно токсичен дим от азотен оксид и водороден нитрат.

Азотната киселина не е стабилна, е в състояние да се разлага при контакт с топлина и излагане на слънчева светлина и отделя азотен диоксид, кислород и вода.

вискозитет

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

корозия

Способен е да атакува всички основни метали, с изключение на алуминий и хромирана стомана. Атакува някои от разновидностите на пластмаса, каучук и покрития. Това е разяждащо и разяждащо вещество, така че с него трябва да се работи изключително внимателно.

Моларна енталпия на изпаряването

39,1 kJ / mol при 25 ° C.

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

-Няска миризма: 0,75 mg / m 3

-Висока миризма: 250 mg / m 3

-Раздразна концентрация: 155 mg / m 3.

Константа на дисоциация

pKa = -1.38.

Показател на пречупване (η / D)

1,339 (16,5 ° С).

Химична реакция

Хидратация

-Той може да образува твърди хидрати, като HNO 3 ∙ H 2 O и HNO 3 ∙ 3H 2 O: „азотен лед“.

Дисоциация във вода

Азотната киселина е силна киселина, която йонизира бързо във вода по следните начини:

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

Образуване на сол

Реагира с основни оксиди, образувайки нитратна сол и вода.

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

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

NaOH (воден) + HNO 3 (л) => NaNO 3 (воден) + H 2 O (л)

А също и с карбонати и кисели карбонати (бикарбонати), също образуващи въглероден диоксид.

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

Протонизирането

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

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

Autoprotolysis

Азотната киселина се подлага на автопротолиза.

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

Окисляване на метали

В реакцията с металите азотната киселина не се държи като силни киселини, които реагират с металите, образувайки съответната сол и отделяйки водород в газообразна форма.

Въпреки това, магнезият и манганът реагират горещо с азотна киселина, точно както правят другите силни киселини.

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

друг

Азотната киселина реагира с метални сулфити, като образува нитратна сол, серен диоксид и вода.

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

И той също реагира с органични съединения, замествайки водород за нитро група; по този начин представлява основата за синтеза на експлозивни съединения като нитроглицерин и тринитротолуен (TNT).

синтез

индустриален

Произвежда се на индустриално ниво чрез каталитично окисляване на амоний, съгласно метода, описан от Освалд през 1901 г. Процесът се състои от три етапа или етапа.

Етап 1: Окисляване на амония до азотен оксид

Амоният се окислява от кислорода във въздуха. Реакцията се провежда при 800 ° С и налягане 6-7 атм, като се използва платина като катализатор. Амонякът се смесва с въздуха в следното съотношение: 1 обем амоняк до 8 обема въздух.

4NH 3 (г) + 5О 2 (г) => 4NO (ж) + 6H 2 O (л)

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

Етап 2. Окисляване на азотен оксид до азотен диоксид

Окисляването се осъществява от кислорода, присъстващ във въздуха при температура под 100 ° С.

2NO (ж) + O 2 (г) => 2NO 2 (г)

Етап 3. Разтваряне на азотен диоксид във вода

На този етап настъпва образуването на азотна киселина.

4NO 2 + 2Н 2 О + O 2 => 4HNO 3

Има няколко метода за абсорбция на азотен диоксид (NO 2) във вода.

Сред другите методи: NO 2 е димеризиран до N 2 O 4 при ниски температури и високо налягане, за да се увеличи неговата разтворимост във вода и производство на азотна киселина.

3N 2 O 4 + 2Н 2 O => 4HNO 3 + 2NO

Азотната киселина, получена при окисляване на амоняк, има концентрация между 50-70%, която може да се доведе до 98%, като се използва концентрирана сярна киселина като дехидратиращо средство, което позволява да се увеличи концентрацията на азотна киселина.

В лабораторията

Термично разлагане на меден (II) нитрат, при което се получават азотен диоксид и кислородни газове, които се преминават през вода за образуване на азотна киселина; както в метода на Освалд, описан по-рано.

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

Реакция на нитрат сол с концентрирана H 2 SO 4. Азотна киселина, образувана се отделя от Н 2 SO 4 чрез дестилация при 83 ° С (температура на кипене на азотна киселина).

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

Приложения

Производство на торове

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

Това се характеризира с високата концентрация на азот, едно от трите основни растителни хранителни вещества, като нитратите се използват веднага от растенията. Междувременно амонякът се окислява от микроорганизмите, присъстващи в почвата, и се използва като дълготраен тор.

индустриален

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

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

-Можете да добавите нитро групи към органични съединения и това свойство може да се използва за получаване на експлозиви като нитроглицерин и тринитротолуен (TNT).

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

Метален пречиствател

Азотната киселина поради своята окислителна способност е много полезна при пречистването на метали, присъстващи в минерали. По същия начин се използва за получаване на елементи като уран, манган, ниобий и цирконий и при подкисляване на фосфорни скали за получаване на фосфорна киселина.

Кралска вода

Смесва се с концентрирана солна киселина, за да се образува "aqua regia". Това решение е в състояние да разтвори злато и платина, което позволява използването му при пречистването на тези метали.

Мебели

Азотната киселина се използва за получаване на античен ефект в мебелите, направени от борова дървесина. Третирането с 10% разтвор на азотна киселина 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 за почистване на оборудването, използвано при доенето, за да се елиминират остатъците от утайките на магнезиевите съединения и калций.

-Полезно е при почистване на стъклени съдове, използвани в лабораторията.

Фотография

-Азотната киселина е използвана във фотографията, по-специално като добавка за разработчиците на железен сулфат в процеса на мокра плоча, с цел да се популяризира по-бял цвят в амбротипи и тинтове.

-Използва се за понижаване на рН на сребърната баня на колодиевите плочи, което позволява да се намали появата на мъгла, която пречи на изображенията.

Други

-Заради капацитета на разтворителя, той се използва при анализа на различни метали чрез пламъчно-атомна абсорбционна спектрофотометрия и индуктивно свързана спектрофотометрия на плазмената маса.

- Комбинацията на азотна киселина и сярна киселина се използва за превръщането на обикновения памук в целулозен нитрат (азотен памук).

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

-Червена димяща азотна киселина и бяла дим азотна киселина се използват като окислители за течни ракетни горива, особено в ракетата BOMARC.

токсичност

-В контакт с кожата, това може да причини изгаряне на кожата, силна болка и дерматит.

-В контакт с очите може да причини силна болка, сълзене и в тежки случаи, увреждане на роговицата и слепота.

-Вдишването на изпаренията може да причини кашлица, респираторен дистрес, причинявайки кървене от носа, ларингит, хроничен бронхит, пневмония и белодробен оток при интензивно или хронично излагане.

-След поглъщането има лезии в устата, слюноотделяне, силна жажда, болка при преглъщане, интензивна болка в целия храносмилателен тракт и риск от перфорация на стената на същата.

Препратки

  1. Wikipedia. (2018). Азотна киселина. Възстановено от: en.wikipedia.org
  2. PubChem. (2018). Азотна киселина. Възстановени от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Редакторите на Encyclopaedia Britannica. (23 ноември 2018 г.). Азотна киселина. Encyclopædia Britannica. Възстановено от: britannica.com
  4. Шреща Б. (втори). Свойства на азотната киселина и употреби. Ръководство за химията: уроци за обучение по химия. Възстановени от: chem-guide.blogspot.com
  5. Химическа книга. (2017). Азотна киселина. Възстановено от: chemicalbook.com
  6. Иманол. (10 септември 2013 г.). Производство на азотна киселина. Възстановени от: ingenieriaquimica.net
Химия

Избор на редакторите

Фриц Яхр: биография, мисъл и творби

Габриел Заид: биография, стил, творби и фрази

Габриела Мистрал: биография, стил, творби, награди

Джордж Розенкранц: биография и приноси

Жорж Брак: биография, стил, представителни творби

Георг Саймън Ом: биография, приноси, творби и публикации