Struktura, lastnosti, sinteza in uporaba dušikove kisline (HNO3)

The dušikove kisline je anorganska spojina, ki sestoji iz dušikove okso-kisline. Šteje se za močno kislino, čeprav je njena pKa (-1,4) podobna pKa hidronijevega iona (-1,74). Od te točke je morda najšibkejša od mnogih znanih močnih kislin.

Njegov videz sestoji iz brezbarvne tekočine, ki se zaradi shranjevanja spremeni v rumenkasto barvo, zaradi nastajanja dušikovih plinov. Njegova kemijska formula je HNO₃.

Je nekoliko nestabilen in se zaradi izpostavljenosti sončni svetlobi rahlo razgradi. Poleg tega se lahko popolnoma razgradi s segrevanjem, kar povzroči dušikov dioksid, vodo in kisik.

Na zgornji sliki je prikazan del dušikove kisline v volumetrični bučki. Zabeleži se lahko rumena obarvanost, ki kaže na delno razgradnjo.

Uporablja se pri proizvodnji anorganskih in organskih nitratov ter dušikovih spojin, ki se uporabljajo pri proizvodnji gnojil, eksplozivov, intermediatov barvil in različnih organskih kemičnih spojin..

To kislino so znali že alkimisti 8. stoletja, ki so jih imenovali "voda fortis". Nemški kemik Johan Rudolf Glauber (1648) je izdelal metodo za njegovo pripravo, ki je obsegal segrevanje kalijevega nitrata z žveplovo kislino..

Pripravljen je industrijsko po metodi, ki jo je zasnoval Wilhelm Oswald (1901). Metoda na splošno sestoji iz katalitske oksidacije amonija, z zaporedno proizvodnjo dušikovega oksida in dušikovega dioksida v dušikovo kislino..

V ozračju, NO₂ povzroča človeška dejavnost, reagira z vodo v oblaku, pri čemer nastane HNO₃. Potem, med kislim dežjem, se obarva skupaj s kapljicami vode, ki na primer odstranijo kipi javnih trgov..

Dušikova kislina je zelo strupena spojina, zato lahko nenehna izpostavljenost param povzroči kronični bronhitis in kemično pljučnico..

Indeks

1 Struktura dušikove kisline
- 1.1 Resonančne strukture
2 Fizikalne in kemijske lastnosti
- 2.1 Kemična imena
- 2.2 Molekularna teža
- 2.3 Fizični izgled
- 2.4 Vonj
- 2.5 Vrelišče
- 2.6 Tališče
- 2.7 Topnost v vodi
- 2.8 Gostota
- 2.9 Relativna gostota
- 2.10 Relativna gostota par
- 2.11 Parni tlak
- 2.12 Razkroj
- 2.13 Viskoznost
- 2.14 Korozija
- 2.15 Entalpija molarnega uparjanja
- 2.16 Standardna molarna entalpija
- 2.17 Standardna molarna entropija
- 2.18 Površinska napetost
- 2.19 Prag praga vonja
- 2.20 Disociacijska konstanta
- 2.21 Indeks refrakcije (η / D)
- 2.22 Kemijske reakcije
3 Povzetek
- 3.1 Industrijsko
- 3.2 V laboratoriju
4 Uporabe
- 4.1 Proizvodnja gnojil
- 4.2 Industrija
- 4.3 Čistilec kovin
- 4.4 Voda Regia
- 4.5 Pohištvo
- 4.6 Čiščenje
- 4.7 Fotografija
- 4.8 Drugo
5 Strupenost
6 Reference

Struktura dušikove kisline

Struktura molekule HNO je prikazana na zgornji sliki₃ z modelom kroglic in palic. Atom dušika, modra krogla, se nahaja v središču, obkrožen z trigonsko geometrijo; vendar je trikotnik izkrivljen z eno od njegovih najdaljših tock.

Potem so molekule dušikove kisline ploske. Vezi N = O, N-O in N-OH tvorijo tocke ravnega trikotnika. Če se podrobno opazi, je vez N-OH bolj podaljšan kot drugi dve (kjer je bela krogla, ki predstavlja atom H)..

Resonančne strukture

Obstajata dve vezi, ki imata enako dolžino: N = O in N-O. To dejstvo nasprotuje teoriji valentnih vezi, kjer se predvideva, da so dvojne obveznice krajše od enostavnih obveznic. Razlaga v tem je v pojavu resonance, kot je prikazano na spodnji sliki.

Obe vezi, N = O in N-O, so torej enakovredne v smislu resonance. To je grafično predstavljeno v modelu strukture z uporabo črtkane črte med dvema atomoma O (glej strukturo)..

Ko je HNO deprotoniran₃, nastane stabilen anion nitrat₃^-. V njej resonanca zdaj vključuje tri atome O. Zato je HNO₃ ima veliko kislost Bronsted-Lowry (vrsta donorjev ionov H⁺).

Fizikalne in kemijske lastnosti

Kemična imena

-Dušikova kislina

-Azotna kislina

-Vodikov nitrat

-Voda fortis.

Molekularna teža

63,012 g / mol.

Fizični izgled

Brezbarvna ali svetlo rumena tekočina, ki lahko postane rdečkasto rjava.

Vonj

Znak, značilna zadušitev.

Vrelišče

181 ° F do 760 mmHg (83 ° C).

Tališče

-41,6 ° C.

Topnost v vodi

Zelo topen in se meša z vodo.

Gostota

1,513 g / cm³ pri 20 ° C.

Relativna gostota

1,50 (glede na vodo = 1).

Relativna gostota pare

2 ali 3 krat ocenjeno (glede na zrak = 1).

Parni tlak

63,1 mmHg pri 25 ° C.

Razgradnja

Zaradi izpostavljenosti atmosferski vlagi ali toploti se lahko razgradi in tvori dušikov peroksid. Ko se ta razkroj segreje, oddaja zelo strupen dim dušikovega oksida in vodikovega nitrata.

Dušikova kislina ni stabilna, saj se lahko v stiku z vročino in izpostavljenostjo sončni svetlobi razgradi, oddaja dušikov dioksid, kisik in vodo..

Viskoznost

1,092 mPa pri 0 ° C in 0,617 mPa pri 40 ° C.

Korozija

Sposoben je napadati vse osnovne kovine, razen aluminija in kromiranega jekla. Napade na nekatere vrste plastičnih materialov, gume in premazov. Je jedka in jedka snov, zato jo je treba ravnati zelo previdno.

Molarna entalpija izhlapevanja

39,1 kJ / mol pri 25 ° C.

Standardna molarna entalpija

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standardna molarna entropija

146 kJ / mol (298 ° F).

Površinska napetost

-0,04356 N / m pri 0 ° C

-0,04115 N / m pri 20 ° C

-0,0376 N / m pri 40 ° C

Prag vonja

-Nizek vonj: 0,75 mg / m³

-Visok vonj: 250 mg / m³

-Dražilna koncentracija: 155 mg / m³.

Konstanta disociacije

pKa = -1.38.

Indeks refrakcije (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Kemične reakcije

Hidracija

-Lahko tvori trdne hidrate, kot je HNO₃. H₂O in HNO₃3H₂Ali: "Nitrični led".

Disociacija v vodi

Dušikova kislina je močna kislina, ki se v vodi hitro ionizira na naslednji način:

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

Nastajanje soli

Reagira z osnovnimi oksidi, ki tvorijo nitratno sol in vodo.

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

Prav tako reagira z bazami (hidroksidi) in tvori nitratno sol in vodo.

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

In tudi s karbonati in kislinskimi karbonati (bikarbonati), ki tvorijo tudi ogljikov dioksid.

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

Protonacija

Dušikova kislina se lahko obnaša tudi kot osnova. Zato lahko reagira z žveplovo kislino.

HNO₃ + 2H₂SO₄ <=> Št₂⁺ + H₃O⁺ + 2HSO₄^-

Samopotoksičnost

Dušikova kislina je podvržena avtoprotozi.

2HNO₃ <=> Št₂⁺ + Št₃^- + H₂O

Oksidacija kovin

V reakciji s kovinami dušikova kislina ne deluje kot močne kisline, ki reagirajo s kovinami, ki tvorijo ustrezno sol, in sproščajo vodik v plinasti obliki..

Vendar magnezij in mangan reagirata vroče z dušikovo kislino, kot tudi druge močne kisline.

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

Drugo

Dušikova kislina reagira s kovinskimi sulfiti, ki povzročajo sol nitrata, žveplovega dioksida in vode.

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

In reagira tudi z organskimi spojinami, pri čemer substituira vodik za nitro skupino; tako predstavljajo podlago za sintezo eksplozivnih spojin, kot so nitroglicerin in trinitrotoluen (TNT)..

Sinteza

Industrijski

Proizvaja se na industrijski ravni s katalitsko oksidacijo amonija, po metodi, ki jo je opisal Oswald leta 1901. Postopek je sestavljen iz treh stopenj ali korakov..

1. faza: Oksidacija amonija v dušikov oksid

Amonij oksidira kisik v zraku. Reakcijo izvedemo pri 800 ° C in pri tlaku 6-7 atm, pri čemer uporabimo platino kot katalizator. Amonij se zmeša z zrakom z naslednjim razmerjem: 1 volumen amonija na 8 volumskih enot zraka.

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

V reakciji nastane dušikov oksid, ki ga v naslednjo stopnjo odnesemo v oksidacijsko komoro.

Stopnja 2. Oksidacija dušikovega oksida v dušikovem dioksidu

Oksidacijo opravimo s kisikom, ki je prisoten v zraku pri temperaturi pod 100 ° C.

2NO (g) + O₂ (g) => 2NO₂ (g)

Stopnja 3. Raztapljanje dušikovega dioksida v vodi

V tej fazi nastane tvorba dušikove kisline.

4NO₂ + 2H₂O + O₂=> 4HNO₃

Obstaja več metod za absorpcijo dušikovega dioksida (NO₂) v vodi.

Med drugimi metodami: NO₂ je dimeriziran na N₂O₄ pri nizkih temperaturah in visokem tlaku, da se poveča njegova topnost v vodi in proizvede dušikova kislina.

3N₂O₄ + 2H₂O => 4HNO₃ + 2NO

Dušikova kislina, ki nastane z oksidacijo amonija, ima koncentracijo med 50-70%, ki jo lahko z uporabo koncentrirane žveplove kisline kot dehidracijo povečamo na 98%, kar omogoča povečanje koncentracije dušikove kisline.

V laboratoriju

Toplotna razgradnja bakrovega (II) nitrata, ki proizvaja dušikovega dioksida in kisikove pline, ki se prehajajo skozi vodo, da nastanejo dušikova kislina; kot se to dogaja v Oswaldovi metodi, ki je bila prej opisana.

2Cu (št₃)₂ => 2CuO + 4NO₂ + O₂

Reakcija nitratne soli s H₂SO₄ koncentrat Nastala dušikova kislina se loči od H₂SO₄ z destilacijo pri 83 ° C (vrelišče dušikove kisline) \ t.

KNO₃ + H₂SO₄ => HNO₃ + KHSO₄

Uporabe

Proizvodnja gnojil

60% proizvodnje dušikove kisline se uporablja pri proizvodnji gnojil, zlasti amonijevega nitrata.

Za to je značilna visoka koncentracija dušika, ena od treh glavnih hranil rastlin, ki jih rastline takoj uporabljajo nitrate. Medtem se amonij oksidira z mikroorganizmi, prisotnimi v tleh, in se uporablja kot dolgoročno gnojilo..

Industrijski

-15% proizvodnje dušikove kisline se uporablja pri proizvodnji sintetičnih vlaken.

-Uporablja se pri izdelavi estrov dušikove kisline in nitroderivov; kot so nitroceluloza, akrilne barve, nitrobenzen, nitrotoluen, akrilonitrili itd..

-Lahko doda nitro skupine organskim spojinam, ta lastnost se lahko uporablja za izdelavo eksplozivov, kot so nitroglicerin in trinitrotoluen (TNT)..

-Adipinska kislina, predhodnica najlona, se proizvaja v velikem obsegu z oksidacijo cikloheksanona in cikloheksanola z dušikovo kislino..

Kovinski čistilec

Dušikova kislina je zaradi svoje oksidacijske sposobnosti zelo uporabna pri čiščenju kovin, prisotnih v mineralih. Uporablja se tudi za pridobivanje elementov, kot so uran, mangan, niobij, cirkonij in zakisovanje fosfornih kamnin, da dobimo fosforno kislino..

Voda Regia

Zmeša se s koncentrirano klorovodikovo kislino, da se tvori "agua regia". Ta raztopina lahko raztopi zlato in platino, kar omogoča njeno uporabo pri čiščenju teh kovin.

Pohištvo

Dušikova kislina se uporablja za antični učinek pri pohištvu iz borovega lesa. Obdelava z raztopino dušikove kisline do 10% povzroči sivo-zlato obarvanje v lesu pohištva.

Čiščenje

-Mešanica vodnih raztopin dušikove kisline 5-30% in 15-40% fosforne kisline se uporablja pri čiščenju opreme, ki se uporablja pri molži, da se odstranijo ostanki precipitatov spojin magnezija in kalcija..

-Uporabno je pri čiščenju steklenih materialov, ki se uporabljajo v laboratoriju.

Fotografija

-Dušikova kislina je bila uporabljena v fotografiji, posebej kot dodatek za razvijalce železovega sulfata v procesu mokre plošče, s ciljem spodbujanja bolj bele barve v ambrotipih in ferotipih.

-Uporabljen je bil za zmanjšanje pH srebrove kopeli kolodijskih plošč, kar je omogočilo zmanjšanje videza megle, ki je vplivala na slike.

Drugi

-Zaradi svoje topilne kapacitete se uporablja pri analizi različnih kovin s plamensko atomsko absorpcijsko spektrofotometrijo in induktivno povezovalno masno spektrofotometrijo plazme..

-Kombinacija dušikove kisline in žveplove kisline je bila uporabljena za pretvorbo skupnega bombaža v celulozni nitrat (nitratni bombaž) \ t.

-Zdravilo Salcoderm za zunanjo uporabo se uporablja za zdravljenje benignih neoplazem kože (bradavice, kurje oči, kondilomi in papilome). Ima lastnosti kauterizacije, lajšanje bolečin, draženje in srbenje. Dušikova kislina je glavna sestavina zdravila.

-Kisla rdeča dušikova kislina in bela kadeča dušikova kislina se uporabljata kot oksidanti za tekoča raketna goriva, zlasti v projektilih BOMARC..

Strupenost

-V stiku s kožo lahko povzroči opekline na koži, hude bolečine in dermatitis.

-V stiku z očmi lahko povzroči hude bolečine, trganje in v hudih primerih poškodbe roženice in slepoto.

-Vdihavanje hlapov lahko povzroči kašljanje, zasoplost, povzroči hude ali kronične krvavitve iz nosu, laringitis, kronični bronhitis, pljučnico in pljučni edem..

-Zaradi zaužitja povzroča lezije v ustih, slinjenje, močno žejo, bolečine pri požiranju, močne bolečine v celotnem prebavnem traktu in nevarnost perforacije stene istega..

Reference

Wikipedija. (2018). Dušikova kislina. Vzpostavljeno iz: en.wikipedia.org
PubChem. (2018). Dušikova kislina. Vzpostavljeno iz: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Uredniki enciklopedije Britannica. (23. november 2018). Dušikova kislina. Enciklopedija Britannica. Vzpostavljeno iz: britannica.com
Shrestha B. (s.f.). Lastnosti dušikove kisline in uporabe. Chem Guide: vaje za učenje kemije. Vzpostavljeno iz: chem-guide.blogspot.com
Kemijska knjiga. (2017). Dušikova kislina. Vzpostavljeno iz: chemicalbook.com
Imanol (10. september 2013). Proizvodnja dušikove kisline. Vzpostavljeno iz: ingenieriaquimica.net

Kemija

« Nitroso kislinska formulacija, spojine in tveganja Formula, ortosilična kislina, lastnosti, tveganja in uporaba »