DomovKemijaDUŠIKOVA KISLINA (HNO3): STRUKTURA, LASTNOSTI, SINTEZA IN UPORABA - KEMIJA - 2025
DUŠIKOVA KISLINA (HNO3): STRUKTURA, LASTNOSTI, SINTEZA IN UPORABA - KEMIJA - 2025
Kemija

DUŠIKOVA KISLINA (HNO3): STRUKTURA, LASTNOSTI, SINTEZA IN UPORABA - KEMIJA - 2025

Anonim

Dušikova kislina anorganska spojina sestoji iz oksokisline dušika. Velja za močno kislino, čeprav je njen pKa (-1,4) podoben pKa hidronijevega iona (-1,74). Od tega trenutka naprej je morda "najšibkejša" od mnogih znanih močnih kislin.

Njegov fizični videz je sestavljen iz brezbarvne tekočine, ki se ob skladiščenju spremeni v rumenkasto barvo zaradi tvorjenja dušikovih plinov. Njegova kemijska formula je HNO 3 .

Vir: Aleksander Sobolewski prek Wikimedia Commons

Je nekoliko nestabilen, pod vplivom sončne svetlobe se rahlo razgradi. Poleg tega ga lahko popolnoma razgradimo s segrevanjem, kar povzroči dušikov dioksid, vodo in kisik.

Zgornja slika prikazuje nekaj dušikove kisline v prostorninski bučki. Lahko opazimo njegovo rumeno obarvanost, kar kaže na delno razkroj.

Uporablja se pri proizvodnji anorganskih in organskih nitratov, pa tudi v nitrozo spojinah, ki se uporabljajo pri proizvodnji gnojil, eksplozivov, vmesnih snovi za barvila in različnih organskih kemičnih spojin.

Ta kislina je bila že znana alkimistom iz 8. stoletja, ki so jih poimenovali "agua fortis". Nemški kemik Johan Rudolf Glauber (1648) je zasnoval metodo za njegovo pripravo, ki je bila sestavljena iz segrevanja kalijevega nitrata z žveplovo kislino.

Pripravljen je industrijsko po metodi, ki jo je oblikoval Wilhelm Oswald (1901). Metoda, na splošno, je sestavljena iz katalitične oksidacije amonija z zaporedno tvorbo dušikovega oksida in dušikovega dioksida, da nastane dušikova kislina.

V atmosferi NO 2, ki nastane s človeško dejavnostjo, reagira z vodo v oblakih in tvori HNO 3 . Nato se med kislinskim deževjem obori s kapljicami vode, na primer poje kipe na javnih trgih.

Dušikova kislina je zelo strupena spojina in nenehno izpostavljanje njenim hlapom lahko povzroči kronični bronhitis in kemično pljučnico.

Struktura dušikove kisline

Vir: Ben Mills, iz Wikimedia Commons

Zgornja slika prikazuje strukturo molekule HNO 3 z modelom sfer in palic. Atom dušika, modra krogla, je nameščen v središču, obdan s trigonalno geometrijo ravnine; vendar trikotnik popači eno svojih najdaljših tock.

Molekule dušikove kisline so potem ravne. Vezi N = O, NO in N-OH tvorijo točki ravnega trikotnika. Če pogledate natančno, je vez N-OH bolj podolgovata kot druga dva (kjer najdemo belo kroglo, ki predstavlja H atom).

Resonančne strukture

Dve povezavi sta enake dolžine: N = 0 in NO. To dejstvo je v nasprotju s teorijo valenčnih obveznic, kjer se predvideva, da bodo dvojne vezi krajše od enojnih. Razlaga tega leži v pojavu resonance, kot je razvidno iz spodnje slike.

Vir: Ben Mills, iz Wikimedia Commons

Obe vezi, N = O in NO, sta torej glede na resonanco enakovredni. To je grafično predstavljeno v strukturnem modelu z uporabo črtkane črte med dvema O atomoma (glej strukturo).

Ko je HNO 3 deprotoniran , nastane stabilen nitratni anion NO 3 . V njej zdaj resonanca vključuje vse tri atome O. To je razlog, da ima HNO 3 visoko Bronsted-Lowry kislost (vrste darovalcev H + ion ).

Fizikalne in kemijske lastnosti

Kemična imena

-O dušična kislina

-Azotska kislina

Vodikov nitrat

-Agua fortis.

Molekularna teža

63.012 g / mol.

Fizični videz

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

Neprijeten vonj

Puhasta, zadušljiva značilnost.

Vrelišče

Od 181 ° F do 760 mmHg (83 ° C).

Tališče

-41,6 ° C

Topnost v vodi

Zelo topen in mešan z vodo.

Gostota

1,513 g / cm 3 pri 20 ° C.

Relativna gostota

1,50 (glede na vodo = 1).

Relativna gostota hlapov

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

Parni tlak

63,1 mmHg pri 25 ° C.

Razgradnja

Pri izpostavljenosti atmosferski vlagi ali vročini lahko razpade in tvori dušikov peroksid. Ko se segreje do razgradnje, sprošča zelo strupen dim dušikovega oksida in vodikovega nitrata.

Dušikova kislina ni stabilna in se lahko razpade ob stiku s toploto in izpostavljenostjo sončni svetlobi ter 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 navadne kovine, razen aluminija in kromiranega jekla. Napada nekatere vrste plastike, gume in premazov. Je jedka in jedka snov, zato je treba z njo ravnati izjemno 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 za vonj

-Nizek vonj: 0,75 mg / m 3

-Visok vonj: 250 mg / m 3

-Dražljiva koncentracija: 155 mg / m 3 .

Konstanta disociacije

pKa = -1,38.

Indeks loma (η / D)

1,339 (16,5 ° C).

Kemijske reakcije

Hidratacija

-To lahko tvori trdne hidrate, kot sta HNO 3 ∙ H 2 O in HNO 3 ∙ 3H 2 O: „dušikov led“.

Disocijacija v vodi

Dušikova kislina je močna kislina, ki jo v vodi hitro ionizira na naslednje načine:

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

Tvorba soli

Reagira z bazičnimi oksidi in tvori nitratno sol in vodo.

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

Prav tako reagira z bazami (hidroksidi), tvori sol nitrata in vode.

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

Pa tudi z karbonati in kislimi karbonati (bikarbonati), ki tvorijo tudi ogljikov dioksid.

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

Protoniranje

Dušikova kislina se lahko obnaša tudi kot baza. Zaradi tega lahko reagira z žveplovo kislino.

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

Avtoprotoliza

Dušikova kislina je podvržena avtoprotolizi.

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

Oksidacija kovin

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

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

Mg (s) + 2 HNO 3 (l) => Mg (NO 3 ) 2 (aq) + H 2 (g)

Drugo

Dušikova kislina reagira s kovinskimi sulfiti in tvori nitratno sol, žveplov dioksid in vodo.

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

In reagira tudi z organskimi spojinami, pri čemer vodik nadomešča nitro skupino; tako predstavlja osnovo za sintezo eksplozivnih spojin, kot sta nitroglicerin in trinitrotoluen (TNT).

Sinteza

Industrijska

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

1. faza: Oksidacija amonijaka v dušikov oksid

Amonij oksidira s kisikom v zraku. Reakcija poteka pri 800 ° C in tlaku 6-7 atm, z uporabo platine kot katalizatorja. Amoniak zmešamo z zrakom v naslednjem razmerju: 1 prostornina amoniaka in 8 volumnov zraka.

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

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

Stopnja 2. Oksidacija dušikovega oksida v dušikov dioksid

Oksidacija poteka s kisikom, ki je prisoten v zraku pri temperaturi pod 100 ° C.

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

Faza 3. Raztapljanje dušikovega dioksida v vodi

V tej fazi pride do tvorbe dušikove kisline.

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

Obstaja več metod absorpcije dušikovega dioksida (NO 2 ) v vodi.

Med drugimi metodami: NO 2 je dimeriziran N 2 O 4 pri nizkih temperaturah in pod visokim tlakom, da se poveča topnost v vodi in izdelavo dušikove kisline.

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

Dušikova kislina, ki nastane pri oksidaciji amoniaka, ima koncentracijo med 50 in 70%, kar lahko dosežemo do 98% z uporabo koncentrirane žveplove kisline kot dehidrirajočega sredstva, kar omogoča povečanje koncentracije dušikove kisline.

V laboratoriju

Termična razgradnja bakrovega (II) nitrata, pri čemer nastajata dušikov dioksid in kisikovi plini, ki se prepuščajo skozi vodo in tvorijo dušikovo kislino; kot v prej opisani metodi Oswald.

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

Reakcija nitratne soli s koncentrirano H 2 nasprotovanju 4 . Dušikovo kislino tvorjen ločimo od H 2 SO 4 z destilacijo pri 83 ° C (vrelišče dušikove kisline).

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

Prijave

Proizvodnja gnojil

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

Za to je značilna visoka koncentracija dušika, enega od treh glavnih rastlinskih hranil, ki ga rastline takoj uporabljajo nitrati. Medtem amonijak oksidira z mikroorganizmi, ki so prisotni v tleh, in se uporablja kot dolgotrajno gnojilo.

Industrijska

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

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

-K organskim spojinam lahko dodate nitro skupine in to lastnost lahko uporabite za izdelavo eksplozivov, kot sta nitroglicerin in trinitrotoluen (TNT).

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

Kovinski čistilec

Dušikova kislina je zaradi svoje oksidacijske sposobnosti zelo uporabna pri čiščenju kovin, ki so prisotne v mineralih. Prav tako se uporablja za pridobivanje elementov, kot so uran, mangan, niobij in cirkonij, pri zakisanju fosfornih kamnin pa za pridobivanje fosforne kisline.

Kraljeva voda

Mešamo ga s koncentrirano klorovodikovo kislino, da nastane "aqua regia". Ta raztopina je sposobna raztapljati zlato in platino, kar omogoča njegovo uporabo pri čiščenju teh kovin.

Pohištvo

Dušikova kislina se uporablja za pridobitev starinskega učinka v pohištvu iz borovega lesa. Obdelava z 10% raztopino dušikove kisline povzroči obarvanje sivo-zlate barve v lesu pohištva.

Čiščenje

- Mešanica vodnih raztopin dušikove kisline 5-30% in fosforjeve kisline 15-40% se uporablja pri čiščenju opreme, ki se uporablja pri molžnem delu, da se odstranijo ostanki oborin iz magnezijevih spojin in kalcija.

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

Fotografija

- Dušikova kislina je bila uporabljena v fotografiji, zlasti kot dodatek za razvijalce železovega sulfata v postopku mokrih plošč, s ciljem pospeševanja bolj bele barve v ambrotipih in tintipih.

- Uporabljali smo ga za znižanje pH srebrne kopeli kolodijskih plošč, kar je omogočilo zmanjšanje videza megle, ki je motilo slike.

Drugi

- Zaradi svoje sposobnosti topila se uporablja pri analizi različnih kovin s plamensko atomsko absorpcijsko spektrofotometrijo in induktivno povezano plazemsko masno spektrofotometrijo.

- Za pretvorbo navadnega bombaža v celulozni nitrat (dušikov bombaž) smo uporabili kombinacijo dušikove kisline in žveplove kisline.

-Zdravilo Salcoderm za zunanjo uporabo se uporablja pri zdravljenju benignih novotvorb na koži (bradavice, mozolji, kondilomi in papilomi). Ima lastnosti kauterizacije, lajšanja bolečine, draženja in srbenja. Dušikova kislina je glavna sestavina formule zdravila.

- Rdeča dimna dušikova kislina in bela dušična kislina se uporabljata kot oksidanti za tekoča raketna goriva, zlasti v projektilih BOMARC.

Toksičnost

-V stiku s kožo lahko povzroči opekline kože, močne bolečine in dermatitis.

-V stiku z očmi lahko povzroči intenzivno bolečino, solzenje in v hudih primerih poškodbe roženice in slepoto.

-Vdihavanje hlapov lahko pri intenzivnih ali kroničnih izpostavljenosti povzroči kašelj, dihalno stisko, povzroči krvavitve iz nosu, laringitis, kronični bronhitis, pljučnico in pljučni edem.

-Po zaužitju se pojavijo lezije v ustih, slinjenje, intenzivna žeja, bolečina pri požiranju, intenzivne bolečine po celotnem prebavnem traktu in nevarnost perforacije stene iste.

Reference

  1. Wikipedija. (2018). Dušikova kislina. Pridobljeno: en.wikipedia.org
  2. PubChem. (2018). Dušikova kislina. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Uredniki Encyclopeedia Britannica. (23. november 2018). Dušikova kislina. Encyclopædia Britannica. Pridobljeno: britannica.com
  4. Shrestha B. (drugi). Lastnosti dušikove kisline in uporabe. Chem Guide: vaje za učenje kemije. Pridobljeno: chem-guide.blogspot.com
  5. Kemijska knjiga. (2017). Dušikova kislina. Pridobljeno: chemicalbook.com
  6. Imanol. (10. september 2013). Proizvodnja dušikove kisline Pridobljeno: ingenieriaquimica.net
Kemija

Izbira urednika

Kaj so raziskovalni viri?

Kaj so primarni in sekundarni viri?

4 Družbene funkcije znanstvenega znanja

Kaj so nepravilne galaksije?

Kateri plini povzročajo pregrevanje ozračja?

Genie Wiley, divje dekle, ki je prepoznalo samo njeno ime