AcasăChimieACIDUL AZOTIC (HNO3): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, SINTEZĂ ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025
ACIDUL AZOTIC (HNO3): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, SINTEZĂ ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025
Chimie

ACIDUL AZOTIC (HNO3): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, SINTEZĂ ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Anonim

Acidul azotic este un compus anorganic constând dintr - un oxoacid de azot. Este considerat un acid puternic, deși pKa (-1,4) este similar cu pKa ionului de hidroniu (-1,74). Din acest moment, este probabil „cel mai slab” dintre mulți acizi puternici cunoscuți.

Aspectul său fizic constă într-un lichid incolor care se schimbă la o culoare gălbuie la depozitare, datorită formării de gaze azotate. Formula sa chimică este HNO 3 .

Sursa: Aleksander Sobolewski prin Wikimedia Commons

Este oarecum instabilă, suferind o ușoară descompunere din expunerea la soare. În plus, acesta poate fi complet descompus prin încălzire, dând naștere la dioxid de azot, apă și oxigen.

Imaginea de mai sus arată o parte din acidul azotic conținut într-un balon volumetric. Se poate observa colorația sa galbenă, indică o descompunere parțială.

Este utilizat la fabricarea nitraților anorganici și organici, precum și în compuși nitroso care sunt utilizați la fabricarea îngrășămintelor, explozivilor, agenților intermediari pentru coloranți și diferiți compuși chimici organici.

Acest acid era deja cunoscut alchimistilor secolului al VIII-lea, pe care îi numeau "agua fortis". Chimistul german Johan Rudolf Glauber (1648) a conceput o metodă pentru prepararea sa, care a constat în încălzirea nitratului de potasiu cu acid sulfuric.

Este preparat industrial urmând metoda proiectată de Wilhelm Oswald (1901). Metoda, în linii generale, constă în oxidarea catalitică a amoniului, cu generarea succesivă de oxid nitric și dioxid de azot pentru a forma acidul nitric.

În atmosferă, NO 2 produs de activitatea umană reacționează cu apa în nori, formând HNO 3 . Apoi, în timpul ploilor acide, precipită împreună cu picături de apă, mâncând departe, de exemplu, statuile din piețele publice.

Acidul azotic este un compus foarte toxic, iar expunerea continuă la vaporii săi poate provoca bronșită cronică și pneumonie chimică.

Structura acidului azotic

Sursa: Ben Mills, de la Wikimedia Commons

Imaginea superioară arată structura unei molecule HNO 3 cu un model de sfere și bare. Atomul de azot, sfera albastră, este situat în centru, înconjurat de o geometrie a planului trigonal; cu toate acestea, triunghiul este distorsionat de unul dintre cele mai lungi vârfuri ale sale.

Moleculele de acid azotic sunt apoi plane. Legăturile N = O, NO și N-OH alcătuiesc vertexurile triunghiului plat. Dacă priviți cu atenție, legătura N-OH este mai alungită decât celelalte două (unde se găsește sfera albă reprezentând atomul H).

Structuri de rezonanță

Există două legături care au aceeași lungime: N = 0 și NU. Acest fapt contravine teoriei legăturilor de valență, unde se prevede că legăturile duble sunt mai scurte decât legăturile simple. Explicația pentru aceasta constă în fenomenul de rezonanță, așa cum se vede în imaginea de mai jos.

Sursa: Ben Mills, de la Wikimedia Commons

Ambele legături, N = O și NO, sunt, prin urmare, echivalente în termeni de rezonanță. Acest lucru este reprezentat grafic în modelul de structură folosind o linie punctată între doi atomi de O (vezi structura).

Când HNO 3 este deprotonat , se formează anionul de azot stabil NO 3 - . În ea, rezonanța implică acum toți cei trei atomi O. Acesta este motivul pentru care HNO 3 are o aciditate ridicată Bronsted-Lowry (specii donatoare de ioni H + ).

Proprietati fizice si chimice

Denumiri chimice

-Acid azotic

-Acid azotic

-Nitrat de hidrogen

-Agua fortis.

Greutate moleculară

63,012 g / mol.

Aspectul fizic

Lichid incolor sau galben pal, care poate deveni maro roșiatic.

Miros

Caracteristică pungentă, sufocantă.

Punct de fierbere

181 ° F până la 760 mmHg (83 ° C).

Punct de topire

-41,6 ° C.

Solubilitatea apei

Foarte solubil și miscibil cu apa.

Densitate

1.513 g / cm 3 la 20 ° C

Densitate relativa

1,50 (în raport cu apa = 1).

Densitatea relativă a vaporilor

De 2 sau 3 ori estimate (în raport cu aerul = 1).

Presiunea de vapori

63,1 mmHg la 25 ° C.

Descompunere

La expunerea la umiditate sau căldură atmosferică, se poate descompune formând peroxid de azot. Când este încălzit până la descompunere, emite un fum extrem de toxic de oxid de azot și azotat de hidrogen.

Acidul azotic nu este stabil, fiind capabil să se descompună în contact cu căldura și expunerea la soare, și să emită dioxid de azot, oxigen și apă.

Viscozitate

1.092 mPa la 0 ° C și 0,617 mPa la 40 ° C.

Coroziune

Este capabil să atace toate metalele de bază, cu excepția aluminiului și oțelului crom. Atacă unele dintre soiurile de materiale plastice, cauciucuri și acoperiri. Este o substanță caustică și corozivă, deci trebuie manipulată cu precauție extremă.

Entalpia molară a vaporizării

39,1 kJ / mol la 25 ° C.

Entalpie molară standard

-207 kJ / mol (298 ° F).

Entropie molară standard

146 kJ / mol (298 ° F).

Tensiune de suprafata

-0.04356 N / m la 0 ºC

-0.04115 N / m la 20 ºC

-0.0376 N / m la 40 ºC

Pragul de miros

-Modul scăzut: 0,75 mg / m 3

Miros mare: 250 mg / m 3

-Concentrație iritantă: 155 mg / m 3 .

Constanta de disociere

pKa = -1,38.

Indicele de refracție (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Reacții chimice

hidratarea

-Poate forma hidrați solizi, cum ar fi HNO 3 ∙ H 2 O și HNO 3 ∙ 3H 2 O: „gheață nitrică”.

Disocierea în apă

Acidul azotic este un acid puternic care ionizează rapid în apă în următoarele moduri:

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

Formarea sării

Reacționează cu oxizii de bază pentru a forma o sare și apă nitrat.

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

De asemenea, reacționează cu baze (hidroxizi), formând o sare de azotat și apă.

NaOH (aq) + HNO 3 (l) => NaNO 3 (aq) + H 2 O (l)

Și, de asemenea, cu carbonatele și carbonatele acide (bicarbonatele), formând și dioxid de carbon.

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

protonare

Acidul azotic se poate comporta și ca bază. Din acest motiv, poate reacționa cu acidul sulfuric.

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

Autoprotolysis

Acidul azotic suferă autoprotoliză.

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

Oxidarea metalelor

În reacția cu metale, acidul azotic nu se comportă ca acizii puternici, care reacționează cu metalele, formând sarea corespunzătoare și eliberează hidrogen în formă gazoasă.

Cu toate acestea, magneziul și manganul reacționează fierbinte cu acidul azotic, la fel cum fac și ceilalți acizi puternici.

Mg (s) + 2 HNO 3 (l) => Mg (NU 3 ) 2 (aq) + H 2 (g)

Alte

Acidul azotic reacționează cu sulfitii metalici pentru a forma o sare de azotat, dioxid de sulf și apă.

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

Și reacționează, de asemenea, cu compuși organici, substituind un hidrogen cu o grupare nitro; constituind astfel baza sintezei compușilor explozivi, cum ar fi nitroglicerina și trinitrotoluenul (TNT).

Sinteză

Industrial

Este produs la nivel industrial prin oxidarea catalitică a amoniului, conform metodei descrise de Oswald în 1901. Procesul constă din trei etape sau trepte.

Etapa 1: Oxidarea amoniuului la oxidul nitric

Amoniul este oxidat de oxigenul din aer. Reacția se efectuează la 800ºC și la o presiune de 6-7 atm, cu utilizarea de platină ca catalizator. Amoniacul este amestecat cu aerul în următorul raport: 1 volum de amoniac la 8 volume de aer.

4NH 3 (g) + 5O 2 (g) => 4NO (g) + 6H 2 O (l)

Oxidul nitric este produs în reacție, care este dus în camera de oxidare pentru următoarea etapă.

Etapa 2. Oxidarea oxidului nitric la dioxidul de azot

Oxidarea este realizată de oxigenul prezent în aer la o temperatură sub 100ºC.

2NO (g) + O 2 (g) => 2NO 2 (g)

Etapa 3. Dizolvarea dioxidului de azot în apă

În această etapă are loc formarea acidului azotic.

4NO 2 + 2H 2 O + O 2 => 4HNO 3

Există mai multe metode de absorbție a dioxidului de azot (NO 2 ) în apă.

Printre alte metode: NO 2 este dimerizat la N 2 O 4 la temperaturi scăzute și presiune ridicată, pentru a crește solubilitatea sa în apă și a produce acid azotic.

3N 2 O 4 + 2H 2 O => 4HNO 3 + 2NO

Acidul nitric produs prin oxidarea amoniacului are o concentrație între 50-70%, care poate fi adus la 98% folosind acid sulfuric concentrat ca agent de deshidratare, permițând creșterea concentrației de acid azotic.

La laborator

Descompunerea termică a nitratului de cupru (II), care produce dioxid de azot și gaze de oxigen, care sunt trecute prin apă pentru a forma acidul azotic; ca în metoda Oswald, descrisă anterior.

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

Reacția unei sări nitrat cu concentrată H 2 SO 4 . Acidul azotic format este separat de H 2 SO 4 prin distilare la 83 ° C (punctul de fierbere de acid azotic).

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

Aplicații

Producția de îngrășăminte

60% din producția de acid azotic este folosită la fabricarea îngrășămintelor, în special a azotatului de amoniu.

Aceasta se caracterizează prin concentrația mare de azot, unul dintre cele trei substanțe nutritive principale ale plantelor, nitratul fiind folosit imediat de plante. Între timp, amoniacul este oxidat de microorganisme prezente în sol și este utilizat ca îngrășământ pe termen lung.

Industrial

-15% din producția de acid azotic se folosește la fabricarea fibrelor sintetice.

-Este utilizat la producerea de esteri de acid nitric și derivați de nitro; cum ar fi nitroceluloza, vopselele acrilice, nitrobenzenul, nitrotoluenul, acrilonitrilele etc.

-Puteți adăuga grupe nitro la compuși organici, iar această proprietate poate fi utilizată pentru a produce explozibili, cum ar fi nitroglicerină și trinitrotoluen (TNT).

-Acidul adipic, un precursor al nailonului, este produs pe scară largă prin oxidarea ciclohexanonei și ciclohexanolului prin acid azotic.

Purificator de metale

Acidul azotic datorită capacității sale de oxidare este foarte util în purificarea metalelor prezente în minerale. De asemenea, este utilizat pentru a obține elemente precum uraniu, mangan, niobiu și zirconiu, iar în acidificarea rocilor fosforice pentru a obține acid fosforic.

Apa regală

Se amestecă cu acid clorhidric concentrat pentru a forma „aqua regia”. Această soluție este capabilă să dizolve aurul și platina, ceea ce permite utilizarea sa în purificarea acestor metale.

Mobila

Acidul azotic este utilizat pentru a obține un efect antic în mobilierul realizat din lemn de pin. Tratamentul cu o soluție de acid azotic 10% produce o colorare gri-aurie în lemnul mobilierului.

curățenie

-Mestecul de soluții apoase de acid azotic 5-30% și acid fosforic 15-40% este utilizat la curățarea echipamentelor utilizate în lucrarea de muls, pentru a elimina reziduurile precipitate ale compușilor de magneziu și calciu.

-Este util în curățarea sticlăriei utilizate în laborator.

Fotografie

-Acidul azotic a fost utilizat în fotografie, în special ca aditiv pentru dezvoltatorii de sulfați feroși în procesul de plăci umede, cu scopul de a promova o culoare mai albă în ambrotipuri și tipuri.

-A fost utilizat pentru a scădea pH-ul băii de argint a plăcilor de colodare, ceea ce a permis obținerea unei reduceri a aspectului de ceață care interfera cu imaginile.

Alții

-Datorită capacității sale de solvent, este utilizat în analiza diferitelor metale prin tehnici de spectrofotometrie de absorbție atomică cu flacără și spectrofotometrie de masă plasmatică cuplată inductiv.

-Combinația de acid azotic și acid sulfuric a fost utilizată pentru conversia bumbacului comun în nitrat de celuloză (bumbac nitric).

-Produsul Salcoderm pentru uz extern este utilizat în tratamentul neoplasmelor benigne ale pielii (negi, calusuri, condiloame și papilomas). Are proprietăți de cauterizare, ameliorarea durerii, iritații și mâncărime. Acidul azotic este componenta principală a formulei medicamentoase.

-Acidul nitric care fumează roșu și acidul nitric afumat alb sunt folosiți ca oxidanți pentru combustibilii rachetelor lichide, în special în rachetele BOMARC.

Toxicitate

-În contact cu pielea poate provoca arsuri ale pielii, dureri severe și dermatite.

-În contactul cu ochii poate provoca durere intensă, rupere și, în cazuri severe, deteriorarea corneei și orbirii.

-Inhalarea vaporilor poate provoca tuse, tulburări respiratorii, provocând hemoragii, laringită, bronșită cronică, pneumonie și edem pulmonar în expuneri intense sau cronice.

-Datorită ingestiei, există leziuni la nivelul gurii, salivație, sete intensă, durere la înghițire, dureri intense pe întregul tract digestiv și risc de perforație a peretelui aceluiași.

Referințe

  1. Wikipedia. (2018). Acid azotic. Recuperat de la: en.wikipedia.org
  2. Extract. (2018). Acid azotic. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Redactorii Encyclopaedia Britannica. (23 noiembrie 2018). Acid azotic. Encyclopædia Britannica. Recuperat de la: britannica.com
  4. Shrestha B. (nd). Proprietățile acidului nitric și utilizări. Ghidul Chem: tutoriale pentru învățarea chimiei. Recuperat de la: chem-guide.blogspot.com
  5. Carte chimică. (2017). Acid azotic. Recuperat din: chemicalbook.com
  6. Imanol. (10 septembrie 2013). Producția de acid azotic. Recuperat de la: ingenieriaquimica.net
Chimie

Alegerea editorilor

Compania de capital și industrie: caracteristici, avantaje, dezavantaje

Companii comerciale: istoric, elemente, tipuri, exemple

Societatea de producție rurală: caracteristici, avantaje

Solidaritate: valoare, tipuri și exemple

Soare: origine, caracteristici, structură, compoziție, activitate

Stanley Miller: biografie, experimente, teorie și alte contribuții