Struktura, svojstva, sinteza i upotreba dušične kiseline (HNO3)



dušična kiselina "Anorganski spoj" je anorganski spoj koji se sastoji od dušikove okso-kiseline. Smatra se jakom kiselinom, iako je njen pKa (-1,4) sličan pKa hidronijevog iona (-1,74). Od ove točke, to je možda "najslabija" od mnogih poznatih jakih kiselina.

Njegov fizički izgled sastoji se od bezbojne tekućine koja se skladištenjem mijenja u žućkastu boju, zbog stvaranja dušikovih plinova. Njegova kemijska formula je HNO3. 

Nešto je nestabilno, doživljava lagano raspadanje zbog izlaganja sunčevoj svjetlosti. Osim toga, može se potpuno razgraditi zagrijavanjem, uzrokujući dušikov dioksid, vodu i kisik.

Gornja slika prikazuje malo dušične kiseline sadržane u volumetrijskoj tikvici. Može se zabilježiti njegova žuta obojenost, koja ukazuje na djelomično raspadanje.

Koristi se u proizvodnji anorganskih i organskih nitrata, kao i dušikovih spojeva koji se koriste u proizvodnji gnojiva, eksploziva, intermedijera boja i različitih organskih kemijskih spojeva..

Tu kiselinu već su poznavali alkemičari osmog stoljeća, koje su nazvali "voda fortis". Njemački kemičar Johan Rudolf Glauber (1648.) osmislio je metodu njegove pripreme, koji se sastojao od zagrijavanja kalijevog nitrata sumpornom kiselinom..

Industrijski je pripremljen slijedeći metodu koju je osmislio Wilhelm Oswald (1901). Metoda se, općenito, sastoji od katalitičke oksidacije amonijaka, uz uzastopnu proizvodnju dušikovog oksida i dušikovog dioksida u obliku dušične kiseline..

U atmosferi, NO2 proizvodi ljudska aktivnost reagira s oblakom, formirajući HNO3. Zatim, tijekom kiselih kiša, taloži se zajedno s kapljicama vode koje rastjeraju, na primjer, kipove javnih trgova.

Dušična kiselina je vrlo toksičan spoj, a kontinuirano izlaganje njegovim parama može dovesti do kroničnog bronhitisa i kemijske upale pluća..

indeks

  • 1 Struktura dušične kiseline
    • 1.1. Rezonancijske strukture
  • 2 Fizikalna i kemijska svojstva
    • 2.1 Kemijska imena
    • 2.2 Molekularna težina
    • 2.3 Fizički izgled
    • 2.4 Miris
    • 2.5 Vrelište
    • 2.6 Točka taljenja
    • 2.7 Topljivost u vodi
    • 2.8 Gustoća
    • 2.9 Relativna gustoća
    • 2.10 Relativna gustoća pare
    • 2.11 Tlak pare
    • 2.12 Raspadanje
    • 2.13 Viskoznost
    • 2.14 Korozija
    • 2.15 Entalpija isparavanja molara
    • 2.16 Standardna molarna entalpija
    • 2.17 Standardna molarna entropija
    • 2.18 Površinska napetost
    • 2.19 Prag praga mirisa
    • 2.20 Konstanta disocijacije
    • 2.21 Indeks loma (η / D)
    • 2.22 Kemijske reakcije
  • 3 Sažetak
    • 3.1 Industrijski
    • 3.2 U laboratoriju
  • 4 Upotreba
    • 4.1 Proizvodnja gnojiva
    • 4.2 Industrijski
    • 4.3 Metalni pročistač
    • 4.4 Regia voda
    • 4.5 Namještaj
    • 4.6 Čišćenje
    • 4.7 Fotografija
    • 4.8 Ostalo
  • 5 Toksičnost
  • 6 Reference

Struktura dušične kiseline

Struktura HNO molekule prikazana je na gornjoj slici3 s modelom sfera i šipki. Atom dušika, plava sfera, nalazi se u središtu, okružena trigonskom geometrijom; međutim, trokut je iskrivljen jednim od njegovih najdužih vrhova.

Molekule dušične kiseline su tada ravne. Veze N = O, N-O i N-OH čine vrhove ravnog trokuta. Ako se detaljno promatra, N-OH veza je izduženija od druge dvije (gdje je bijela kugla smještena predstavlja H atom).

Rezonantne strukture

Postoje dvije veze koje imaju istu duljinu: N = O i N-O. Ta činjenica ide protiv teorije valentnih veza, gdje se predviđa da su dvostruke veze kraće od jednostavnih obveznica. Objašnjenje u ovome leži u fenomenu rezonancije, kao što se vidi na slici ispod.

Obje veze, N = O i N-O, su stoga ekvivalentne u smislu rezonancije. To je grafički prikazano u modelu strukture uporabom isprekidane linije između dva O atoma (vidi strukturu).

Kada se HNO deprotonira3, nastaje stabilni anion nitrat3-. U njoj rezonancija sada uključuje tri atoma O. To je razlog zašto HNO3 ima veliku kiselost Bronsted-Lowryja (vrsta donora iona H+).

Fizikalna i kemijska svojstva

Kemijska imena

-Dušična kiselina

-Azotska kiselina

-Vodikov nitrat

-Voda fortis.

Molekularna težina

63,012 g / mol.

Fizički izgled

Bezbojna ili blijedo žuta tekućina, koja može postati crvenkasto smeđa.

miris

Uobičajeno, karakteristično gušenje.

Točka vrenja

181 ºF do 760 mmHg (83 ºC).

Točka taljenja

-41,6 ° C.

Topljivost u vodi

Vrlo topljiv i miješa se s vodom.

gustoća

1,513 g / cm3 na 20 ° C.

Relativna gustoća

1,50 (u odnosu na vodu = 1).

Relativna gustoća pare

2 ili 3 puta procijenjena (u odnosu na zrak = 1).

Tlak pare

63.1 mmHg na 25 ° C.

raspad

Zbog izlaganja atmosferskoj vlazi ili toplini, može se razgraditi i oblikovati dušikov peroksid. Kada se ova razgradnja zagrije, ispušta vrlo otrovni dim dušikovog oksida i vodikovog nitrata.

Dušična kiselina nije stabilna, može se razgraditi u kontaktu s toplinom i izloženosti suncu, te emitira dušikov dioksid, kisik i vodu.

viskoznost

1.092 mPa na 0 ° C i 0,617 mPa na 40 ° C.

korozija

Sposoban je napasti sve osnovne metale, osim aluminija i kromiranog čelika. Napada neke od vrsta plastičnih materijala, guma i premaza. To je nagrizajuća i nagrizajuća tvar, pa se s njome mora postupati s velikim oprezom.

Molarna entalpija isparavanja

39.1 kJ / mol na 25 ° C.

Standardna molarna entalpija

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standardna molarna entropija

146 kJ / mol (298 ° F).

Površinska napetost

-0,04356 N / m na 0 ° C

-0,04115 N / m na 20 ° C

-0,0376 N / m na 40 ° C

Prag mirisa

-Slab miris: 0,75 mg / m3

-Visok miris: 250 mg / m3

-Koncentracija iritanta: 155 mg / m3.

Konstanta disocijacije

pKa = -1.38.

Indeks refrakcije (η / D)

1.393 (16,5 ºC).

Kemijske reakcije

hidratacija

-Može tvoriti čvrste hidrate, kao što je HNO3H2O i HNO33H2Ili: "Nitrični led".

Disocijacija u vodi

Dušična kiselina je jaka kiselina koja se brzo ionizira u vodi na sljedeći način:

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

Nastajanje soli

Reagira s osnovnim oksidima tvoreći nitratnu sol i vodu.

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

Isto tako, reagira s bazama (hidroksidima), tvoreći nitratnu sol i vodu.

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

I također s karbonatima i kiselim karbonatima (bikarbonati), koji također tvore ugljični dioksid.

na2CO3 (ac) + HNO3 (l) => NaNO3 (ac) + H2O (1) + CO2 (G)

fotosintezu

Dušična kiselina se također može ponašati kao baza. Zbog toga može reagirati sa sumpornom kiselinom.

HNO3   +   2H2SW4    <=>      NE2+    +     H3O+     +      2HSO4-

autoprotolysis

Dušična kiselina je podvrgnuta autoprotozi.

2HNO3  <=>  NE2+   +    NE3-    +      H2O

Oksidacija metala

U reakciji s metalima nitratna kiselina se ne ponaša kao jake kiseline, koje reagiraju s metalima koji formiraju odgovarajuću sol i oslobađaju vodik u plinovitom obliku..

Međutim, magnezij i mangan reagiraju vruće s dušičnom kiselinom, kao i ostale jake kiseline.

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

drugo

Dušična kiselina reagira s metalnim sulfitima uzrokujući sol nitrata, sumpornog dioksida i vode.

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

I također reagira s organskim spojevima, zamjenjujući vodik nitro skupinom; tako čine osnovu za sintezu eksplozivnih spojeva kao što su nitroglicerin i trinitrotoluen (TNT).

sinteza

industrijski

Proizveden je na industrijskoj razini katalitičkom oksidacijom amonijaka, prema metodi koju je opisao Oswald 1901. Postupak se sastoji od tri faze ili koraka..

Faza 1: Oksidacija amonijaka u dušikov oksid

Amonij se oksidira kisikom koji je prisutan u zraku. Reakcija se provodi na 800 ° C i pri tlaku od 6-7 atm, uz upotrebu platine kao katalizatora. Amonij se miješa s zrakom slijedećeg omjera: 1 volumen amonijaka na 8 volumena zraka.

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

U reakciji se proizvodi dušikov oksid, koji se u sljedeću fazu odvodi u oksidacijsku komoru.

Faza 2. Oksidacija dušikovog oksida u dušikovom dioksidu

Oksidacija se provodi pomoću kisika prisutnog u zraku na temperaturi ispod 100 ° C.

2NO (g) + 02 (g) => 2NO2 (G)

Faza 3. Otapanje dušikovog dioksida u vodi

U ovoj fazi nastaje stvaranje dušične kiseline.

4NO2     +      2H2O + O2         => 4HNO3

Postoji nekoliko metoda apsorpcije dušikovog dioksida (NO2) u vodi.

Među ostalim metodama: NO2 je dimeriziran na N2O4 pri niskim temperaturama i visokom tlaku, kako bi se povećala njegova topljivost u vodi i proizvela dušična kiselina.

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

Dušična kiselina proizvedena oksidacijom amonija ima koncentraciju između 50-70%, koja se može dovesti na 98% korištenjem koncentrirane sumporne kiseline kao dehidratacije, čime se povećava koncentracija dušične kiseline..

U laboratoriju

Toplinska razgradnja bakrenog (II) nitrata, koji proizvodi plinove dušikovog dioksida i kisika, koji se propuštaju kroz vodu da nastanu dušična kiselina; kao što se to događa u Oswaldovoj metodi, prethodno opisanoj.

2Cu (br3)2    => 2CuO + 4NO2    +     O2

Reakcija nitratne soli s H2SW4 koncentriran. Nastala dušična kiselina je odvojena od H2SW4 destilacijom na 83 ° C (vrelište dušične kiseline).

kno3   +    H2SW4     => HNO3    +     KHSO4

aplikacije

Proizvodnja gnojiva

60% proizvodnje dušične kiseline koristi se u proizvodnji gnojiva, posebno amonijevog nitrata.

To karakterizira visoka koncentracija dušika, jedna od tri glavne hranjive tvari biljaka, koje biljke odmah koriste nitratima. U međuvremenu, amonij se oksidira mikroorganizmima prisutnim u tlu i koristi se kao dugotrajno gnojivo.

industrijski

-15% proizvodnje dušične kiseline koristi se u proizvodnji sintetičkih vlakana.

-Koristi se u izradi estera dušične kiseline i nitroderivata; kao što su nitroceluloza, akrilne boje, nitrobenzen, nitrotoluen, akrilonitrili, itd..

-Može dodati organske spojeve nitro grupama, ovo svojstvo se može koristiti za izradu eksploziva kao što su nitroglicerin i trinitrotoluen (TNT).

-Adipinska kiselina, prekursor najlona, ​​proizvodi se u velikoj mjeri oksidacijom cikloheksanona i cikloheksanola dušičnom kiselinom.

Metalni pročišćivač

Dušična kiselina, zbog svoje sposobnosti oksidacije, vrlo je korisna u pročišćavanju metala prisutnog u mineralima. Također se koristi za dobivanje elemenata kao što su uran, mangan, niobij, cirkonij i zakiseljavanje fosfornih stijena da bi se dobila fosforna kiselina..

Voda Regia

Miješa se s koncentriranom klorovodičnom kiselinom kako bi se dobilo "agua regia". Ova otopina može otopiti zlato i platinu, što omogućuje njegovu uporabu u pročišćavanju tih metala.

namještaj

Dušikova kiselina koristi se za postizanje antičkog učinka u namještaju od borove šume. Tretman otopinom dušične kiseline do 10% daje boju sivo-zlata u drvu namještaja.

čišćenje

-Smjesa vodenih otopina dušične kiseline 5-30% i fosforne kiseline 15-40% koristi se za čišćenje opreme koja se koristi u radu mužnje, kako bi se uklonili ostaci precipitata spojeva magnezija i kalcija.

-Korisno je za čišćenje staklenog materijala koji se koristi u laboratoriju.

fotografija

-Dušična kiselina je korištena u fotografiji, posebno kao aditiv za izrađivače željeznog sulfata u procesu mokre ploče, s ciljem promicanja bjeline boje u ambrotipovima i ferotipovima.

-Upotrebljava se za smanjenje pH vrijednosti srebrne kupelji kolodijskih ploča, čime se dobiva smanjenje izgleda magle koja ometa slike.

drugi

-Zbog svoje sposobnosti otapala koristi se u analizi različitih metala plamenom atomskom apsorpcijskom spektrofotometrijskom tehnikom, a induktivna sprezanja masenom spektrofotometrijom.

-Za pretvaranje zajedničkog pamuka u celulozni nitrat (nitratni pamuk) upotrijebljena je kombinacija dušične kiseline i sumporne kiseline..

-Lijek Salcoderm za vanjsku uporabu koristi se u liječenju benignih neoplazmi kože (bradavice, kurje oči, kondilomi i papilome). Ima svojstva kauterizacije, ublažavanja boli, iritacije i svrbeža. Dušična kiselina je glavna komponenta lijeka.

-Kao oksidansi za tekuća raketna goriva, posebno u BOMARC raketama, koriste se dimeća crvena dušična kiselina i bijela dimna dušična kiselina..

toksičnost

-U dodiru s kožom može uzrokovati opekline na koži, jake bolove i dermatitis.

-U dodiru s očima može uzrokovati jake bolove, kidanje i teške slučajeve, oštećenje rožnice i sljepoću.

-Udisanje para može uzrokovati kašalj, kratak dah, uzrokovati teške ili kronične krvarenje iz nosa, laringitis, kronični bronhitis, upalu pluća i plućni edem..

-Zbog gutanja izaziva lezije u ustima, salivaciju, intenzivnu žeđ, bol na gutanje, intenzivne bolove u cijelom probavnom traktu i rizik od perforacije zida istog..

reference

  1. Wikipedia. (2018.). Dušična kiselina. Preuzeto s: en.wikipedia.org
  2. Pubchem. (2018.). Dušična kiselina. Preuzeto s: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Urednici Enciklopedije Britannica. (23. studenog 2018.) Dušična kiselina. Encyclopædia Britannica. Preuzeto s: britannica.com
  4. Shrestha B. (s.f.). Svojstva dušične kiseline i uporaba. Chem Guide: vodiči za učenje kemije. Preuzeto s: chem-guide.blogspot.com
  5. Kemijska knjiga. (2017). Dušična kiselina. Preuzeto s: chemicalbook.com
  6. Imanol. (10. rujna 2013.) Proizvodnja dušične kiseline. Preuzeto s: ingenieriaquimica.net