Азотная кислота (HNO3) структура, свойства, синтез и использование

азотная кислота представляет собой неорганическое соединение, состоящее из оксокислоты азота. Она считается сильной кислотой, хотя ее pKa (-1,4) аналогична pKa иона гидрония (-1,74). С этой точки зрения, это, пожалуй, самый слабый из многих известных сильных кислот.

Его внешний вид состоит из бесцветной жидкости, которая при хранении изменяется на желтоватый цвет из-за образования газов азота. Его химическая формула HNO₃. 

Это несколько нестабильно, испытывает небольшое разложение от воздействия солнечного света. Кроме того, он может полностью разлагаться при нагревании с образованием диоксида азота, воды и кислорода..

Верхнее изображение показывает немного азотной кислоты, содержащейся в мерной колбе. Можно отметить его желтую окраску, свидетельствующую о частичном разложении..

Он используется в производстве неорганических и органических нитратов, а также азотистых соединений, которые используются в производстве удобрений, взрывчатых веществ, полупродуктов красителей и различных органических химических соединений..

Эта кислота была уже известна алхимикам восьмого века, которые они называли «вода фортис». Немецкий химик Йохан Рудольф Глаубер (1648) разработал метод его приготовления, который заключался в нагревании нитрата калия с серной кислотой..

Он готовится в промышленности в соответствии с методом, разработанным Вильгельмом Освальдом (1901). Метод, как правило, состоит из каталитического окисления аммония с последовательным образованием оксида азота и диоксида азота с образованием азотной кислоты..

В атмосфере НЕТ₂ производимая человеком деятельность реагирует с облачной водой, образуя HNO₃. Затем, во время кислотных дождей, он выпадает в осадок вместе с каплями воды, которые разъедают, например, статуи общественных площадей..

Азотная кислота является очень токсичным соединением, и постоянное воздействие ее паров может привести к хроническому бронхиту и химической пневмонии..

индекс

• 1 Структура азотной кислоты
  • 1.1 Резонансные структуры
• 2 Физические и химические свойства
  • 2.1 Химические названия
  • 2.2 Молекулярный вес
  • 2.3 Внешность
  • 2,4 Запах
  • 2.5 Точка кипения
  • 2.6 Точка плавления
  • 2.7 Растворимость в воде
  • 2.8 Плотность
  • 2.9 Относительная плотность
  • 2.10 Относительная плотность паров
  • 2.11 Давление пара
  • 2.12 Разложение
  • 2.13 Вязкость
  • 2.14 Коррозия
  • 2.15 Молярная энтальпия испарения
  • 2.16 Стандартная молярная энтальпия
  • 2.17 Стандартная молярная энтропия
  • 2.18 Поверхностное натяжение
  • 2.19 Порог запаха
  • 2.20 Константа диссоциации
  • 2.21 Показатель преломления (η / D)
  • 2.22 Химические реакции
• 3 Резюме
  • 3.1 Промышленный
  • 3.2 В лаборатории
• 4 использования
  • 4.1 Производство удобрений
  • 4.2 Промышленный
  • 4.3 Очиститель металла
  • 4.4 Регия воды
  • 4.5 Мебель
  • 4.6 Очистка
  • 4.7 Фотография
  • 4.8 Другое
• 5 Токсичность
• 6 Ссылки

Структура азотной кислоты

Структура молекулы HNO показана на верхнем изображении₃ с моделью сфер и баров. Атом азота, синяя сфера, расположен в центре, окруженном геометрией тригональной плоскости; однако треугольник искажен одной из самых длинных вершин.

Молекулы азотной кислоты тогда плоские. Связи N = O, N-O и N-OH составляют вершины плоского треугольника. Если наблюдать подробно, связь N-OH является более вытянутой, чем две другие (где находится белая сфера, представляющая атом H).

Резонансные структуры

Есть две ссылки одинаковой длины: N = O и N-O. Этот факт идет вразрез с теорией валентных связей, где двойные связи, как предсказывают, будут короче простых связей Объяснение этому заключается в явлении резонанса, как видно на изображении ниже.

Обе связи, N = O и N-O, поэтому эквивалентны с точки зрения резонанса. Это представлено графически в модели структуры с использованием пунктирной линии между двумя атомами О (см. Структуру).

Когда HNO депротонируется₃, образуется стабильный анион нитрат₃^-. В нем резонанс теперь включает три атома O. Это причина, почему HNO₃ обладает большой кислотностью по Бренстеду-Лоури (вид донора ионов Н⁺).

Физико-химические свойства

Химические названия

-Азотная кислота

-Азотная кислота

-Нитрат водорода

-Вода фортис.

Молекулярный вес

63,012 г / моль.

Внешний вид

Бесцветная или бледно-желтая жидкость, которая может стать красновато-коричневой.

запах

Острый, характерный удушье.

Точка кипения

181 ºF до 760 мм рт. Ст. (83 ºC).

Точка плавления

-41,6 ºC.

Растворимость в воде

Очень растворим и смешивается с водой.

плотность

1,513 г / см³ при 20 ºC.

Относительная плотность

1,50 (по отношению к воде = 1).

Относительная плотность пара

Оценка в 2 или 3 раза (по отношению к воздуху = 1).

Давление пара

63,1 мм рт.ст. при 25 ºC.

разложение

Из-за воздействия атмосферной влажности или тепла он может разлагаться с образованием перекиси азота. Когда это разложение нагревается, оно испускает очень токсичный дым из оксида азота и нитрата водорода.

Азотная кислота нестабильна, способна разлагаться при контакте с теплом и под воздействием солнечного света и выделяет диоксид азота, кислород и воду.

вязкость

1092 мПа при 0 ºC и 0,617 мПа при 40 ºC.

коррозия

Он способен атаковать все основные металлы, кроме алюминия и хромистой стали. Агрессивно в отношении некоторых разновидностей пластика, каучуков и покрытий. Это едкое и едкое вещество, поэтому обращаться с ним следует с особой осторожностью.

Молярная энтальпия испарения

39,1 кДж / моль при 25 ºC.

Стандартная молярная энтальпия

-207 кДж / моль (298ºF).

Стандартная молярная энтропия

146 кДж / моль (298ºF).

Поверхностное натяжение

-0,04356 Н / м при 0 ºC

-0,04115 Н / м при 20 ºC

-0,0376 Н / м при 40 ºC

Порог запаха

-Слабый запах: 0,75 мг / м³

-Сильный запах: 250 мг / м³

-Концентрация раздражителя: 155 мг / м³.

Константа диссоциации

рКа = -1,38.

Показатель преломления (η / D)

1393 (16,5 ºC).

Химические реакции

гидратация

-Может образовывать твердые гидраты, такие как HNO₃∙ H₂О и ХНО₃∙ 3Н₂Или: «Азотный лед».

Диссоциация в воде

Азотная кислота является сильной кислотой, которая быстро ионизируется в воде следующим образом:

HNO₃ (л) + Н₂O (l) => H₃О⁺ (ac) + НЕТ₃^-

Формирование солей

Реагирует с основными оксидами с образованием нитратной соли и воды.

CaO (s) + 2 HNO₃ (l) => Ca (НЕТ₃)₂ (ac) + H₂O (l)

Кроме того, он реагирует с основаниями (гидроксидами), образуя нитратную соль и воду.

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

А также с карбонатами и кислыми карбонатами (бикарбонатами), также образующими углекислый газ.

не доступно₂Колорадо₃ (ac) + HNO₃ (л) => NaNO₃ (ac) + H₂O (l) + CO₂ (G)

протонирования

Азотная кислота также может вести себя как основание. По этой причине он может реагировать с серной кислотой.

HNO₃   +   2H₂SW₄    <=>      НЕТ₂⁺    +     H₃О⁺     +      2HSO₄^-

автопротолиз

Азотная кислота подвергается аутопротеозу.

2HNO₃  <=>  НЕТ₂⁺   +    НЕТ₃^-    +      H₂О

Окисление металла

В реакции с металлами азотная кислота не ведет себя как сильные кислоты, которые вступают в реакцию с металлами, образуя соответствующую соль и выделяя водород в газообразной форме..

Однако магний и марганец реагируют в горячем виде с азотной кислотой, как и другие сильные кислоты.

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

другой

Азотная кислота вступает в реакцию с сульфитами металлов с образованием соли нитрата, диоксида серы и воды.

не доступно₂SW₃ (s) + 2 HNO₃ (л) => 2 NaNO₃ (ac) + SO₂ (г) + Н₂O (l)

А также реагирует с органическими соединениями, замещая водород на нитрогруппу; составляя таким образом основу для синтеза взрывчатых соединений, таких как нитроглицерин и тринитротолуол (тротил).

синтез

промышленные

Он производится на промышленном уровне путем каталитического окисления аммония в соответствии с методом, описанным Освальдом в 1901 году. Процедура состоит из трех этапов или этапов.

Стадия 1: окисление аммония до оксида азота

Аммоний окисляется кислородом, присутствующим в воздухе. Реакцию проводят при 800 ° С и давлении 6-7 атм с использованием платины в качестве катализатора. Аммоний смешивают с воздухом в следующем соотношении: 1 объем аммония на 8 объемов воздуха.

4NH₃ (г) +50₂ (г) => 4НО (г) + 6Н₂O (l)

В реакции образуется оксид азота, который направляется в камеру окисления для следующей стадии..

Стадия 2. Окисление оксида азота в диоксиде азота

Окисление осуществляется кислородом, присутствующим в воздухе при температуре ниже 100 ºC.

2NO (г) + O₂ (г) => 2НЕТ₂ (G)

Стадия 3. Растворение диоксида азота в воде

На этой стадии происходит образование азотной кислоты.

4NO₂     +      2H₂O + O₂         => 4HNO₃

Существует несколько методов поглощения диоксида азота (NO₂в воде.

Среди других методов: НЕТ₂ димеризуется до N₂О₄ при низких температурах и высоком давлении, чтобы повысить его растворимость в воде и выработать азотную кислоту.

3N₂О₄   +     2H₂O => 4HNO₃    +      2NO

Азотная кислота, полученная в результате окисления аммония, имеет концентрацию от 50 до 70%, которая может быть доведена до 98% при использовании концентрированной серной кислоты в качестве дегидратирующей, что позволяет увеличить концентрацию азотной кислоты..

В лаборатории

Термическое разложение нитрата меди (II) с образованием газов диоксида азота и кислорода, которые пропускаются через воду с образованием азотной кислоты; как это происходит в методе Освальда, описанного ранее.

2Cu (НЕТ₃)₂    => 2CuO + 4NO₂    +     О₂

Реакция нитратной соли с Н₂SW₄ концентрировали. Образовавшаяся азотная кислота отделяется от Н₂SW₄ перегонкой при 83 ° С (температура кипения азотной кислоты).

KNO₃   +    H₂SW₄     => HNO₃    +     KHSO₄

приложений

Производство удобрений

60% производства азотной кислоты используется при производстве удобрений, особенно нитрата аммония.

Это характеризуется высокой концентрацией азота, одного из трех основных питательных веществ растений, при котором растения немедленно используют нитрат. Между тем, аммоний окисляется микроорганизмами, присутствующими в почве, и используется в качестве долгосрочного удобрения..

промышленные

-15% производства азотной кислоты используется при изготовлении синтетических волокон.

-Он используется в разработке сложных эфиров азотной кислоты и нитропроизводных; такие как нитроцеллюлоза, акриловые краски, нитробензол, нитротолуол, акрилонитрилы и т.д..

-Это может добавить нитрогруппы к органическим соединениям, это свойство может быть использовано для производства взрывчатых веществ, таких как нитроглицерин и тринитротолуол (ТНТ).

-Адипиновая кислота, предшественник нейлона, в больших масштабах получается путем окисления циклогексанона и циклогексанола азотной кислотой.

Очиститель металла

Азотная кислота благодаря своей окислительной способности очень полезна для очистки металлов, присутствующих в минералах. Он также используется для получения таких элементов, как уран, марганец, ниобий, цирконий и подкисление фосфорных пород для получения фосфорной кислоты..

Водная Регия

Его смешивают с концентрированной соляной кислотой, образуя «царскую агуа». Этот раствор способен растворять золото и платину, что позволяет использовать его для очистки этих металлов..

мебель

Азотная кислота используется для получения античного эффекта в мебели из древесины сосны. Обработка раствором азотной кислоты до 10% дает серо-золотую окраску в древесине мебели.

уборка

-Смесь водных растворов азотной кислоты 5-30% и фосфорной кислоты 15-40% используется при очистке оборудования, используемого в работе доения, с целью устранения остатков осадков соединений магния и кальция.

-Это полезно при очистке стеклянного материала, используемого в лаборатории.

фотография

-Азотная кислота использовалась в фотографии, в частности в качестве добавки для разработчиков сульфата железа в процессе мокрой пластины, с целью стимулирования более белого цвета в амбротипах и ферротипах.

-Он был использован для снижения рН серебряной ванны коллодионных пластин, что позволило добиться уменьшения появления тумана, мешающего изображениям.

другие

-Благодаря способности растворителя его используют для анализа различных металлов методами пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии и масс-спектрофотометрии с индуктивной связью в плазме..

-Комбинация азотной кислоты и серной кислоты была использована для превращения обычного хлопка в нитрат целлюлозы (азотный хлопок)..

-Лекарство Salcoderm для наружного применения, применяется при лечении доброкачественных новообразований кожи (бородавок, мозолей, кондилом и папиллом). Обладает свойствами прижигания, обезболивания, раздражения и зуда. Азотная кислота является основным компонентом лекарственной формулы.

-Дымящаяся красная азотная кислота и белая дымящая азотная кислота используются в качестве окислителей для жидкого ракетного топлива, особенно в ракете BOMARC..

токсичность

-При попадании на кожу может вызвать ожоги кожи, сильные боли и дерматит.

-При попадании в глаза может вызвать сильную боль, слезотечение, а в тяжелых случаях повреждение роговицы и слепоту.

-Вдыхание паров может вызвать кашель, одышку, сильные или хронические носовые кровотечения, ларингит, хронический бронхит, пневмонию и отек легких..

-При проглатывании он вызывает поражения рта, слюноотделение, сильную жажду, боль при глотании, сильные боли во всем пищеварительном тракте и риск перфорации стенки..

ссылки

1. Wikipedia. (2018). Азотная кислота. Получено с: en.wikipedia.org
2. PubChem. (2018). Азотная кислота. Получено из: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Редакция Британской энциклопедии. (23 ноября 2018 г.) Азотная кислота. Энциклопедия Британника. Получено с: britannica.com
4. Шреста Б. (с.ф.). Свойства азотной кислоты и ее применение. Руководство по химии: учебные пособия для изучения химии. Получено от: chem-guide.blogspot.com
5. Химическая Книга. (2017). Азотная кислота. Получено с: chemicalbook.com
6. Imanol. (10 сентября 2013 г.) Производство азотной кислоты. Получено с: ingenieriaquimica.net