NITRIC ACID (HNO3): ISTRAKTURA, MGA KATANGIAN, SYNTHESIS AT PAGGAMIT - CHEMISTRY - 2025

Ang nitric acid ay isang hindi organikong tambalang binubuo ng isang oxoacid ng nitrogen. Ito ay itinuturing na isang malakas na acid, kahit na ang pKa (-1.4) ay katulad ng pKa ng hydronium ion (-1.74). Mula sa puntong ito, marahil ang "mahina" ng maraming kilalang malakas na mga acid.

Ang pisikal na hitsura nito ay binubuo ng isang walang kulay na likido na nagbabago sa isang madilaw-dilaw na kulay sa imbakan, dahil sa pagbuo ng mga gas na nitrogen. Ang formula ng kemikal nito ay HNO ₃ .

Pinagmulan: Aleksander Sobolewski sa pamamagitan ng Wikimedia Commons

Ito ay medyo hindi matatag, sumasailalim ng kaunting agnas mula sa pagkakalantad sa sikat ng araw. Bukod dito, maaari itong ganap na mabulok sa pamamagitan ng pag-init, na nagbibigay ng pagtaas sa nitrogen dioxide, tubig at oxygen.

Ang imahe sa itaas ay nagpapakita ng ilang nitric acid na nilalaman sa isang volumetric flask. Ang kulay-dilaw na kulay nito ay maaaring mapansin, na nagpapahiwatig ng isang bahagyang agnas.

Ginagamit ito sa paggawa ng mga di-organikong at organikong nitrates, pati na rin sa mga nitroso compound na ginagamit sa paggawa ng mga pataba, explosives, intermediate agents para sa mga tina, at iba't ibang mga organikong compound ng kemikal.

Ang acid na ito ay nakilala na sa mga alchemist noong ika-8 siglo, na tinawag nilang "agua fortis". Ang kemikal na Aleman na si Johan Rudolf Glauber (1648) ay nagdisenyo ng isang pamamaraan para sa paghahanda nito, na binubuo ng pagpainit ng potasa nitrayd na may sulpuriko.

Inihanda itong masipag na sumusunod sa pamamaraan na dinisenyo ni Wilhelm Oswald (1901). Ang pamamaraan, sa pangkalahatang mga linya, ay binubuo ng catalytic oxidation ng ammonium, na may sunud-sunod na henerasyon ng nitric oxide at nitrogen dioxide upang mabuo ang nitric acid.

Sa kapaligiran, WALANG _{2 na} gawa ng aktibidad ng tao ay gumanti sa tubig sa mga ulap, na bumubuo ng HNO ₃ . Pagkatapos, sa panahon ng pag-ulan ng acid, umuusbong kasama ng mga patak ng tubig, kumakain ng malayo, halimbawa, ang mga estatwa sa mga pampublikong parisukat.

Ang Nitric acid ay isang napaka-nakakalason na tambalan, at ang patuloy na pagkakalantad sa mga vapor ay maaaring maging sanhi ng talamak na brongkitis at kemikal na pulmonya.

Nitric acid na istraktura

Pinagmulan: Ben Mills, mula sa Wikimedia Commons

Ang itaas na imahe ay nagpapakita ng istraktura ng isang HNO ₃ molekula na may modelo ng spheres at bar. Ang nitrogen nitrogen, ang asul na globo, ay matatagpuan sa gitna, na napapalibutan ng isang geometry ng eroplano ng trigonal; gayunpaman, ang tatsulok ay pinangitlog ng isa sa pinakamahabang vertice nito.

Ang mga molekula ng acid ng Nitric ay flat. Ang mga bono ng N = O, HINDI at N-OH ay bumubuo sa mga vertice ng flat tatsulok. Kung titingnan mo nang mabuti, ang bono ng N-OH ay mas pinahaba kaysa sa iba pang dalawa (kung saan matatagpuan ang puting globo na kumakatawan sa H atom).

Mga istruktura ng resonans

Mayroong dalawang mga link na magkatulad na haba: N = 0 at HINDI. Ang katotohanang ito ay sumasalungat sa teorya ng valence bond, kung saan ang mga dobleng bono ay hinuhulaan na mas maikli kaysa sa iisang mga bono. Ang paliwanag para sa mga ito ay namamalagi sa kababalaghan ng resonansya, tulad ng nakikita sa imahe sa ibaba.

Pinagmulan: Ben Mills, mula sa Wikimedia Commons

Ang parehong mga bono, N = O at HINDI, samakatuwid ay katumbas sa mga tuntunin ng resonance. Ito ay kinakatawan ng mga graphic sa modelo ng istraktura sa pamamagitan ng paggamit ng isang puting linya sa pagitan ng dalawang O atoms (tingnan ang istraktura).

Kapag ang HNO ₃ ay na-deprotonated , ang matatag na nitrate na anion NO ₃ ^{- ay nabuo} . Sa loob nito, ang resonance ngayon ay nagsasangkot sa lahat ng tatlong mga atomo ng O. Ito ang dahilan kung bakit ang HNO ₃ ay may isang mataas na acid na Bronsted-Lowry (H ⁺ ion donor species ).

Mga katangian ng pisikal at kemikal

Mga pangalan ng kemikal

-Nitric acid

-Azotic acid

-Hydrogen nitrayd

-Agua fortis.

Ang bigat ng molekular

63.012 g / mol.

Pisikal na hitsura

Walang kulay o maputlang dilaw na likido, na maaaring maging mapula-pula kayumanggi.

Amoy

Nakakahilo, naghihirap na katangian.

Punto ng pag-kulo

181 ° F hanggang 760 mmHg (83 ° C).

Temperatura ng pagkatunaw

-41.6 ° C

Pagkakatunaw ng tubig

Napakadunaw at hindi magagawang tubig.

Density

1.513 g / cm ³ sa 20 ° C.

Kapadapatan ng kamag-anak

1.50 (may kaugnayan sa tubig = 1).

Relatibong density ng singaw

Tinatayang 2 o 3 beses (kaugnay sa hangin = 1).

Presyon ng singaw

63.1 mmHg sa 25 ° C.

Agnas

Sa pagkakalantad sa kahalumigmigan o init ng atmospera, maaari itong mabulok na bumubuo ng nitrogen peroxide. Kapag pinainit sa agnas, naglalabas ito ng isang lubos na nakakalason na fume ng nitrogen oxide at hydrogen nitrate.

Ang acid ng Nitric ay hindi matatag, nagawang mabulok sa pakikipag-ugnay sa init at pagkakalantad sa sikat ng araw, at paglabas ng nitrogen dioxide, oxygen at tubig.

Kalapitan

1,092 mPa sa 0 ° C, at 0.617 mPa sa 40 ° C.

Pagkawasak

Ito ay may kakayahang pag-atake sa lahat ng mga base metal, maliban sa aluminyo at chromic na bakal. Pag-atake ng ilan sa mga uri ng plastik, basura, at coatings. Ito ay isang cactic at corrosive na sangkap, kaya dapat itong hawakan nang labis na pag-iingat.

Molar Enthalpy ng Vaporization

39.1 kJ / mol sa 25 ° C.

Standard molar enthalpy

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standard na entropy ng molar

146 kJ / mol (298 ° F).

Pag-igting sa ibabaw

-0.04356 N / m sa 0 ºC

-0.04115 N / m sa 20 ºC

-0.0376 N / m sa 40 ºC

Amoy na amang

-Low amoy: 0.75 mg / m ³

-May amoy: 250 mg / m ³

-Nagsasama ng konsentrasyon: 155 mg / m ³ .

Patuloy ang pagkakaiba-iba

pKa = -1.38.

Refractive index (η / D)

1.393 (16.5 ° C).

Mga reaksyon ng kemikal

Hydration

-Maaari itong bumubuo ng solidong hydrates, tulad ng HNO ₃ and H ₂ O at HNO ₃ ∙ 3H ₂ O: "nitric ice".

Paghiwalay sa tubig

Ang acid ng Nitric ay isang malakas na acid na mabilis na nag-ionize sa tubig sa mga sumusunod na paraan:

HNO ₃ (l) + H ₂ O (l) => H ₃ O ⁺ (aq) + HINDI ₃ ^-

Pagbubuo ng asin

Mga reaksyon sa pangunahing mga oxides upang makabuo ng isang nitrate salt at tubig.

CaO (s) + 2 HNO ₃ (l) => Ca (HINDI ₃ ) ₂ (aq) + H ₂ O (l)

Gayundin, ito ay tumugon sa mga base (hydroxides), na bumubuo ng isang asin ng nitrate at tubig.

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

At kasama din ang mga carbonates at acid carbonates (bicarbonates), na bumubuo rin ng carbon dioxide.

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

Protonasyon

Ang acid ng Nitric ay maaari ring kumilos bilang isang base. Para sa kadahilanang ito, maaari itong gumanti sa sulpuriko acid.

HNO ₃ + 2H ₂ KAYA ₄ <=> HINDI ₂ ⁺ + H ₃ O ⁺ + 2HSO ₄ ^-

Autoprotolysis

Ang Nitric acid ay sumasailalim sa autoprotolysis.

2HNO ₃ <=> HINDI ₂ ⁺ + HINDI ₃ ^- + H ₂ O

Ang oksihenasyon ng metal

Sa reaksyon ng mga metal, ang nitrik acid ay hindi kumikilos tulad ng mga malakas na acid, na gumanti sa mga metal, na bumubuo ng kaukulang asin at naglalabas ng hydrogen sa form na gas.

Gayunpaman, ang magnesiyo at mangganeso ay gumanti nang mainit sa nitric acid, tulad ng ginagawa ng iba pang malakas na mga acid.

Mg (s) + 2 HNO ₃ (l) => Mg (HINDI ₃ ) ₂ (aq) + H ₂ (g)

Iba pa

Ang reaksyon ng Nitric acid ay may mga metal sulphite upang makabuo ng isang nitrate salt, asupre dioxide at tubig.

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

At ito rin ang reaksyon sa mga organikong compound, na pumalit ng isang hydrogen para sa isang nitro group; sa gayon ay bumubuo ng batayan para sa synthesis ng mga explosive compound tulad ng nitroglycerin at trinitrotoluene (TNT).

Sintesis

Pang-industriya

Ginagawa ito sa antas ng pang-industriya sa pamamagitan ng catalytic oxidation ng ammonium, ayon sa pamamaraan na inilarawan ni Oswald noong 1901. Ang proseso ay binubuo ng tatlong yugto o hakbang.

Yugto 1: Ang oksihenasyon ng ammonium sa nitric oxide

Ang amonium ay na-oxidized ng oxygen sa hangin. Ang reaksyon ay isinasagawa sa 800º C at sa isang presyon ng 6-7 atm, sa paggamit ng platinum bilang isang katalista. Ang amonia ay halo-halong may hangin sa sumusunod na ratio: 1 dami ng ammonia hanggang 8 na volume ng hangin.

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

Ang Nitric oxide ay ginawa sa reaksyon, na dadalhin sa silid ng oksihenasyon para sa susunod na yugto.

Stage 2. Ang oksihenasyon ng nitric oxide sa nitrogen dioxide

Ang oksihenasyon ay isinasagawa ng oxygen na naroroon sa hangin sa isang temperatura sa ibaba 100ºC.

2NO (g) + O ₂ (g) => 2NO ₂ (g)

Stage 3. Pag-alis ng nitrogen dioxide sa tubig

Sa yugtong ito ang pagbuo ng nitric acid ay nangyayari.

4NO ₂ + 2H ₂ O + O ₂ => 4HNO ₃

Mayroong maraming mga pamamaraan para sa pagsipsip ng nitrogen dioxide (WALANG ₂ ) sa tubig.

Kabilang sa iba pang mga pamamaraan: WALANG ₂ ay dimerized sa N ₂ O ₄ sa mababang temperatura at mataas na presyon, upang madagdagan ang solubility nito sa tubig at makagawa ng nitric acid.

3N ₂ O ₄ + 2H ₂ O => 4HNO ₃ + 2NO

Ang nitric acid na ginawa ng oksihenasyon ng ammonium ay may konsentrasyon sa pagitan ng 50-70%, na maaaring dalhin sa 98% sa pamamagitan ng paggamit ng puro sulpeyt acid bilang isang ahente ng pag-aalis ng tubig, na nagpapahintulot sa pagtaas ng nitric acid.

Sa laboratoryo

Ang thermal agnas ng tanso (II) nitrat, na gumagawa ng nitrogen dioxide at oxygen gas, na dumaan sa tubig upang mabuo ang nitric acid; tulad ng sa Oswald na pamamaraan, na inilarawan dati.

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

Reaksyon ng isang nitrate salt na may puro H ₂ KAYA ₄ . Ang nitric acid na nabuo ay nahihiwalay mula sa H ₂ SO _{4 sa} pamamagitan ng pag-distillation sa 83 ° C (kumukulong punto ng nitric acid).

KNO ₃ + H ₂ KAYA ₄ => HNO ₃ + KHSO ₄

Aplikasyon

Produksyon ng pataba

Ang 60% ng produksiyon ng nitrik acid ay ginagamit sa paggawa ng mga pataba, lalo na ang ammonium nitrate.

Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mataas na konsentrasyon ng nitrogen, isa sa tatlong pangunahing nutrisyon ng halaman, ang nitrate na ginagamit kaagad ng mga halaman. Samantala, ang ammonia ay na-oxidized ng mga microorganism na naroroon sa lupa, at ginagamit bilang isang pangmatagalang pataba.

Pang-industriya

-15% ng produksiyon ng nitrik acid ay ginagamit sa paggawa ng mga sintetikong hibla.

-Ginagamit ito sa paggawa ng mga nitric acid ester at nitro derivatives; tulad ng nitrocellulose, acrylic paints, nitrobenzene, nitrotoluene, acrylonitriles, atbp.

Maaari kang magdagdag ng mga grupo ng nitro sa mga organikong compound, na magagamit ang pag-aari na ito upang makagawa ng mga eksplosibo tulad ng nitroglycerin at trinitrotoluene (TNT).

-Adipic acid, isang precursor ng nylon, ay ginawa sa isang malaking sukat sa pamamagitan ng oksihenasyon ng cyclohexanone at cyclohexanol sa pamamagitan ng nitric acid.

Metal Purifier

Nitric acid dahil sa kapasidad ng pag-oxidizing, ay kapaki-pakinabang sa paglilinis ng mga metal na naroroon sa mga mineral. Gayundin, ginagamit ito upang makakuha ng mga elemento tulad ng uranium, manganese, niobium, at zirconium, at sa acidification ng mga phosphoric na bato upang makakuha ng phosphoric acid.

Royal tubig

Ito ay halo-halong may puro hydrochloric acid upang mabuo ang "aqua regia". Ang solusyon na ito ay may kakayahang matunaw ang ginto at platinum, na nagbibigay-daan sa paggamit nito sa paglilinis ng mga metal na ito.

Muwebles

Ginagamit ang Nitric acid upang makakuha ng isang antigong epekto sa mga kasangkapan na gawa sa pine kahoy. Ang paggamot na may isang 10% nitric acid solution ay gumagawa ng isang kulay-abo-ginto na kulay sa kahoy ng kasangkapan.

Paglilinis

-Ang pinaghalong isang may tubig na solusyon ng nitric acid 5-30% at phosphoric acid 15-40% ay ginagamit sa paglilinis ng mga kagamitan na ginagamit sa gawaing paggatas, upang maalis ang nalalabi ng mga precipitates ng magnesium compound at calcium.

-Ako ay kapaki-pakinabang sa paglilinis ng salamin na ginamit sa laboratoryo.

Potograpiya

-Nitric acid ay ginamit sa pagkuha ng litrato, lalo na bilang isang additive para sa mga ferrous sulfate developer sa proseso ng basa na plato, na may layunin na magsulong ng isang whiter na kulay sa mga ambrotypes at tintypes.

-Ginagamit ito upang bawasan ang pH ng pilak na paliguan ng mga plato ng collodion, na pinapayagan na makakuha ng pagbawas sa hitsura ng isang ambon na nakagambala sa mga imahe.

Ang iba pa

-Due sa kapasidad ng solvent nito, ginagamit ito sa pagsusuri ng iba't ibang mga metal sa pamamagitan ng apoy atomic pagsipsip spectrophotometry diskarte, at inductively kaisa plasma mass spectrophotometry.

-Ang kumbinasyon ng nitric acid at sulfuric acid ay ginamit para sa pag-convert ng karaniwang cotton sa cellulose nitrate (nitric cotton).

-Ang gamot na Salcoderm para sa panlabas na paggamit ay ginagamit sa paggamot ng benign neoplasms ng balat (warts, calluses, condylomas at papillomas). Nagtataglay ito ng mga katangian ng cauterization, kaluwagan ng sakit, pangangati at pangangati. Ang Nitric acid ay ang pangunahing sangkap ng formula ng gamot.

-Red fuming nitric acid at puting fuming nitric acid ay ginagamit bilang mga oxidants para sa mga likidong rocket fuels, lalo na sa misil ng BOMARC.

Pagkalasing

-Sa pakikipag-ugnay sa balat, maaari itong maging sanhi ng pagkasunog ng balat, matinding sakit at dermatitis.

-Sa pakikipag-ugnay sa mga mata ay maaaring maging sanhi ng matinding sakit, luha at sa malubhang mga kaso, pinsala sa kornea at pagkabulag.

-Ang paglanghap ng mga singaw ay maaaring maging sanhi ng pag-ubo, paghinga ng paghinga, na nagiging sanhi ng nosebleeds, laryngitis, talamak na brongkitis, pulmonya at pulmonary edema sa matindi o talamak na mga exposures.

-Due sa ingestion nito, mayroong mga sugat sa bibig, salivation, matinding pagkauhaw, sakit na lunukin, matinding sakit sa buong digestive tract at panganib ng pagbagsak ng dingding ng pareho.

Mga Sanggunian

1. Wikipedia. (2018). Nitric acid. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
2. PubChem. (2018). Nitric acid. Nabawi mula sa: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Ang Mga editor ng Encyclopaedia Britannica. (Nobyembre 23, 2018). Nitric acid. Encyclopædia Britannica. Nabawi mula sa: britannica.com
4. Shrestha B. (nd). Mga katangian ng nitric acid at ginagamit. Gabay sa Chem: mga tutorial para sa pag-aaral ng kimika. Nabawi mula sa: chem-guide.blogspot.com
5. Book ng Chemical. (2017). Nitric acid. Nabawi mula sa: chemicalbook.com
6. Imanol. (Ika-10 ng Setyembre 2013). Nitric acid production. Nabawi mula sa: ingenieriaquimica.net