Struktura, vlastnosti, syntéza a použití kyseliny dusičné (HNO3)



kyselina dusičná "Anorganická sloučenina" je anorganická sloučenina sestávající z oxokyseliny dusíku. To je považováno za silnou kyselinu, ačkoli jeho pKa (-1,4) je podobný pKa iontu hydronium (-1,74). Od tohoto bodu, to je možná “nejslabší” mnoho známých silných kyselin.

Jeho fyzikální vzhled se skládá z bezbarvé kapaliny, která při skladování mění nažloutlou barvu v důsledku tvorby dusíkových plynů. Jeho chemický vzorec je HNO3. 

Je poněkud nestabilní, dochází k mírnému rozkladu z vystavení slunečnímu záření. Kromě toho se může zcela rozložit zahřátím, což způsobuje oxid dusičitý, vodu a kyslík.

Horní obrázek ukazuje trochu kyseliny dusičné obsažené v odměrné baňce. Zaznamenáno je žluté zbarvení, které svědčí o částečném rozkladu.

Používá se při výrobě anorganických a organických dusičnanů, jakož i dusíkatých sloučenin, které se používají při výrobě hnojiv, výbušnin, meziproduktů barviv a různých organických chemických sloučenin..

Tato kyselina byla již známa alchymisty osmého století, které nazývali "water fortis". Německý chemik Johan Rudolf Glauber (1648) navrhl způsob jeho přípravy, který spočíval v zahřívání dusičnanu draselného kyselinou sírovou..

Připravuje se průmyslově podle metody Wilhelma Oswalda (1901). Metoda obecně sestává z katalytické oxidace amoniaku s postupnou tvorbou oxidu dusnatého a oxidu dusičitého za vzniku kyseliny dusičné.

V atmosféře, NO2 lidskou činností reaguje s vodou mraků, tvořící HNO3. Pak se během kyselých dešťů sráží spolu s kapkami vody, které jí odcházejí, například sochy veřejných náměstí..

Kyselina dusičná je velmi toxická sloučenina a nepřetržité vystavení jejím parám může vést k chronické bronchitidě a chemické pneumonii..

Index

  • 1 Struktura kyseliny dusičné
    • 1.1 Rezonanční struktury
  • 2 Fyzikální a chemické vlastnosti
    • 2.1 Chemické názvy
    • 2.2 Molekulová hmotnost
    • 2.3 Fyzický vzhled
    • 2.4 Vůně
    • 2.5 Bod varu
    • 2.6 Teplota tání
    • 2.7 Rozpustnost ve vodě
    • 2.8 Hustota
    • 2.9 Relativní hustota
    • 2.10 Relativní hustota par
    • 2.11 Tlak par
    • 2.12 Rozklad
    • 2.13 Viskozita
    • 2.14 Koroze
    • 2.15 Entalpie molárního odpařování
    • 2.16 Standardní molární entalpie
    • 2.17 Standardní molární entropie
    • 2.18 Povrchové napětí
    • 2.19 Prahová hodnota zápachu
    • 2.20 Disociační konstanta
    • 2.21 Index lomu (η / D)
    • 2.22 Chemické reakce
  • 3 Shrnutí
    • 3.1 Průmysl
    • 3.2 V laboratoři
  • 4 Použití
    • 4.1 Výroba hnojiv
    • 4.2 Průmyslové
    • 4.3 Čistička kovů
    • 4.4 Voda Regia
    • 4.5 Nábytek
    • 4.6 Čištění
    • 4.7 Fotografie
    • 4.8 Ostatní
  • 5 Toxicita
  • 6 Odkazy

Struktura kyseliny dusičné

Struktura molekuly HNO je znázorněna na horním obrázku3 s modelem koulí a tyčí. Atom dusíku, modrá koule, je lokalizován ve středu, obklopený geometrií trigonální roviny; trojúhelník je však zkreslen jedním z jeho nejdelších vrcholů.

Molekuly kyseliny dusičné jsou pak ploché. Vazby N = O, N-O a N-OH tvoří vrcholy plochého trojúhelníku. Pokud je pozorován detailně, N-OH vazba je více protáhlá než ostatní dvě (kde je bílá koule umístěna reprezentující atom H).

Rezonanční struktury

Existují dva odkazy, které mají stejnou délku: N = O a N-O. Tato skutečnost jde proti teorii valenčních vazeb, kde se předpokládá, že dvojné vazby budou kratší než jednoduché vazby. Vysvětlení v tom spočívá v jevu rezonance, jak je vidět na obrázku níže.

Obě vazby, N = O a N-O, jsou tedy ekvivalentní z hlediska rezonance. To je graficky znázorněno v modelu struktury pomocí přerušované čáry mezi dvěma atomy O (viz struktura).

Když je HNO deprotonován3, vzniká stabilní aniontový dusičnan3-. Rezonance nyní zahrnuje tři atomy O. To je důvod, proč HNO3 má velkou kyselost Bronsted-Lowry (druhový dárce iontů H+).

Fyzikální a chemické vlastnosti

Chemické názvy

-Kyselina dusičná

-Azotová kyselina

-Dusičnan vodíku

-Water fortis.

Molekulová hmotnost

63,012 g / mol.

Fyzický vzhled

Bezbarvá nebo světle žlutá kapalina, která se může zbarvit do červenohnědé.

Vůně

Štíhlý, charakteristický dusivý.

Bod varu

181 ° F až 760 mmHg (83 ° C).

Teplota tání

-41,6 ° C.

Rozpustnost ve vodě

Velmi rozpustný a mísitelný s vodou.

Hustota

1,513 g / cm3 při 20 ° C.

Relativní hustota

1,50 (ve vztahu k vodě = 1).

Relativní hustota páry

2 nebo 3krát odhadnuté (ve vztahu ke vzduchu = 1).

Tlak páry

63,1 mmHg při 25 ° C.

Rozklad

V důsledku vystavení atmosférické vlhkosti nebo teplu se může rozložit a vytvořit peroxid dusíku. Když se tento rozklad zahřívá, vyzařuje velmi toxický kouř z oxidů dusíku a dusičnanu vodíku.

Kyselina dusičná není stabilní, je schopna rozkladu v kontaktu s teplem a vystavením slunečnímu záření a emitování oxidu dusičitého, kyslíku a vody..

Viskozita

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

Koroze

Je schopna napadnout všechny základní kovy, s výjimkou hliníku a chromové oceli. Útočí na některé druhy plastů, pryží a povlaků. Je to žíravá a žíravá látka, proto se s ní musí zacházet s maximální opatrností.

Molární entalpie odpařování

39,1 kJ / mol při 25 ° C.

Standardní molární entalpie

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standardní molární entropie

146 kJ / mol (298 ° F).

Povrchové napětí

-0,04356 N / m při 0 ° C

-0,04115 N / m při 20 ° C

-0,0376 N / m při 40 ° C

Prahová hodnota zápachu

-Nízký zápach: 0,75 mg / m3

-Vysoký zápach: 250 mg / m3

-Koncentrace dráždivých látek: 155 mg / m3.

Disociační konstanta

pKa = -1,38.

Index lomu (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Chemické reakce

Hydratace

-Může tvořit pevné hydráty, jako je například HNO3∙ H2O a HNO3∙ 3H2Nebo: "Nitric ice".

Disociace ve vodě

Kyselina dusičná je silná kyselina, která se rychle ionizuje ve vodě následujícím způsobem:

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

Tvorba solí

Reaguje se zásaditými oxidy, které tvoří dusičnanovou sůl a vodu.

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

Podobně reaguje se zásadami (hydroxidy), tvořící dusičnanovou sůl a vodu.

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

A také uhličitany a kyselé uhličitany (hydrogenuhličitany), které také tvoří oxid uhličitý.

Na2CO3 (ac) + HNO3 (l) => NaNO3 (ac) + H2O (l) + CO2 (g)

Protonace

Kyselina dusičná se také může chovat jako báze. Z tohoto důvodu může reagovat s kyselinou sírovou.

HNO3   +   2H2SO4    <=>      NE2+    +     H3O+     +      2HSO4-

Selfprotoxicita

Kyselina dusičná podléhá autoprotose.

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

Oxidace kovů

Při reakci s kovy se kyselina dusičná nechová jako silné kyseliny, které reagují s kovy tvořícími odpovídající sůl a uvolňují vodík v plynné formě..

Nicméně hořčík a mangan reagují s kyselinou dusičnou, stejně jako ostatní silné kyseliny.

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

Jiné

Kyselina dusičná reaguje se siřičitany kovů, které způsobují sůl dusičnanů, oxidu siřičitého a vody.

Na2SO3 (s) + 2 HNO3 (l) => 2 NaNO3 (ac) + SO2 (g) + H2O (l)

A také reaguje s organickými sloučeninami, které nahrazují atomem dusíku atom vodíku; tedy tvoří základ pro syntézu výbušných sloučenin, jako je nitroglycerin a trinitrotoluen (TNT).

Syntéza

Průmyslové

To je produkováno na průmyslové úrovni katalytickou oxidací amoniaku, podle metody popsané Oswald v 1901. Procedura sestává ze tří stupňů nebo kroků.

Stupeň 1: Oxidace amoniaku na oxid dusnatý

Amoniak je oxidován kyslíkem přítomným ve vzduchu. Reakce se provádí při teplotě 800 ° C a tlaku 6 až 7 atm za použití platiny jako katalyzátoru. Amoniak se smísí se vzduchem v následujícím poměru: 1 objem amoniaku na 8 objemových dílů vzduchu.

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

Při této reakci vzniká oxid dusnatý, který se v dalším stupni odvádí do oxidační komory.

Stupeň 2. Oxidace oxidu dusnatého v oxidu dusičitém

Oxidace se provádí kyslíkem přítomným ve vzduchu při teplotě pod 100 ° C.

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

Stupeň 3. Rozpuštění oxidu dusičitého ve vodě

V této fázi dochází k tvorbě kyseliny dusičné.

4NO2     +      2H2O + O2         => 4HNO3

Existuje několik metod absorpce oxidu dusičitého (NO2) ve vodě.

Mezi další metody patří NO2 je dimerizován na N2O4 při nízkých teplotách a vysokém tlaku, aby se zvýšila jeho rozpustnost ve vodě a produkovala kyselina dusičná.

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

Kyselina dusičná vyráběná oxidací amoniaku má koncentraci mezi 50-70%, která může být zvýšena na 98% použitím koncentrované kyseliny sírové jako dehydratace, což umožňuje zvýšit koncentraci kyseliny dusičné..

V laboratoři

Tepelný rozklad dusičnanu měďnatého, produkující oxid dusičitý a kyslíkaté plyny, které procházejí vodou za vzniku kyseliny dusičné; jak se to děje v metodě Oswald, dříve popsané.

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

Reakce dusičnanové soli s H2SO4 koncentrát Vzniklá kyselina dusičná se oddělí od H2SO4 destilací při 83 ° C (bod varu kyseliny dusičné).

KNO3   +    H2SO4     => HNO3    +     KHSO4

Použití

Výroba hnojiv

60% výroby kyseliny dusičné se používá při výrobě hnojiv, zejména dusičnanu amonného.

To je charakterizováno vysokou koncentrací dusíku, jedné ze tří hlavních živin rostlin, které okamžitě používají rostliny dusičnany. Mezitím se amoniak oxiduje mikroorganismy přítomnými v půdě a používá se jako dlouhodobé hnojivo.

Průmyslové

-15% výroby kyseliny dusičné se používá při výrobě syntetických vláken.

-Používá se při zpracování esterů kyseliny dusičné a nitroderivátů; nitrocelulóza, akrylové barvy, nitrobenzen, nitrotoluen, akrylonitrily atd..

-To může přidat nitro skupiny k organickým sloučeninám, tato vlastnost může být používána dělat výbušniny takový jako nitroglycerin a trinitrotoluene (TNT) \ t.

-Kyselina adipová, prekurzor nylonu, se vyrábí ve velkém měřítku oxidací cyklohexanonu a cyklohexanolu kyselinou dusičnou..

Čistička kovů

Kyselina dusičná je díky své oxidační schopnosti velmi užitečná při čištění kovů přítomných v minerálech. To je také používáno získat elementy takový jako uran, mangan, niob, zirkonium, a acidifikace fosforových hornin získat kyselinu fosforečnou..

Vodní režim

Směs se smísí s koncentrovanou kyselinou chlorovodíkovou za vzniku "agua regia". Tento roztok je schopen rozpustit zlato a platinu, což umožňuje jeho použití při čištění těchto kovů.

Nábytek

Kyselina dusičná se používá k získání antického efektu v nábytku z borovicového dřeva. Ošetření roztokem kyseliny dusičné na 10% vede k šedivému zabarvení dřeva v nábytku.

Čištění

-Směs vodných roztoků kyseliny dusičné 5-30% a kyseliny fosforečné 15-40% se používá při čištění zařízení používaných při práci dojení, aby se odstranily zbytky sraženin sloučenin hořčíku a vápníku..

-To je užitečné při čištění skleněných materiálů používaných v laboratoři.

Fotografie

-Kyselina dusičná se používá ve fotografii, konkrétně jako přísada pro vývojce síranu železnatého v procesu mokrých destiček, s cílem podporovat bělejší barvu v ambrotypech a ferotypech.

-Byl použit ke snížení pH stříbrné lázně koloidních destiček, což umožnilo dosáhnout snížení vzhledu mlhy, která interferovala s obrazy..

Ostatní

-Vzhledem ke své kapacitě rozpouštědla se používá při analýze různých kovů metodami plamenné atomové absorpční spektrofotometrie a indukční vazebné hmotnostní spektrofotometrie..

-Kombinace kyseliny dusičné a kyseliny sírové byla použita pro přeměnu běžné bavlny na nitrát celulózy (nitric bavlna)..

-Přípravek Salcoderm pro vnější použití se používá k léčbě benigních novotvarů kůže (bradavice, kukuřice, kondylomy a papilomy). Má vlastnosti kauterizace, úlevy od bolesti, podráždění a svědění. Kyselina dusičná je hlavní složkou lékové formy.

-Dýmavá červená kyselina dusičná a bílá dýmavá kyselina dusičná se používají jako oxidanty pro kapalná raketová paliva, zejména v raketách BOMARC.

Toxicita

-Při styku s kůží může způsobit popáleniny na kůži, silnou bolest a dermatitidu.

-Při styku s očima může způsobit silnou bolest, trhání a v těžkých případech poškození rohovky a slepotu.

-Vdechování par může způsobit kašel, dušnost, způsobit těžké nebo chronické krvácení z nosu, laryngitidu, chronickou bronchitidu, pneumonii a plicní edém..

-Kvůli jeho požití, to produkuje léze v ústech, slinění, intenzivní žízeň, bolest k polknutí, intenzivní bolesti v celém zažívacím traktu a riziko perforace zdi téže..

Odkazy

  1. Wikipedia. (2018). Kyselina dusičná. Zdroj: en.wikipedia.org
  2. PubChem. (2018). Kyselina dusičná. Zdroj: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Editoři Encyclopaedia Britannica. (23. listopadu 2018). Kyselina dusičná. Encyclopædia Britannica. Zdroj: britannica.com
  4. Shrestha B. (s.f.). Vlastnosti kyseliny dusičné a použití. Chem Guide: tutoriály pro výuku chemie. Zdroj: chem-guide.blogspot.com
  5. Chemická kniha. (2017). Kyselina dusičná. Zdroj: chemicalbook.com
  6. Imanol (10. září 2013). Výroba kyseliny dusičné. Zdroj: ingenieriaquimica.net