AZOTO RŪGŠTIS (HNO3): STRUKTŪRA, SAVYBĖS, SINTEZĖ IR PANAUDOJIMAS - CHEMIJA - 2025

Azoto rūgštis yra neorganinis junginys, sudarytas iš azoto oxoacid. Ji laikoma stipria rūgštimi, nors jos pKa (-1,4) yra panaši į hidronio jonų pKa (-1,74). Šiuo metu tai yra turbūt „silpniausia“ iš daugelio žinomų stiprių rūgščių.

Jo fizinę išvaizdą sudaro bespalvis skystis, kuris laikant keičiasi gelsva spalva dėl azoto dujų susidarymo. Jo cheminė formulė yra HNO ₃ .

Šaltinis: Aleksandras Sobolewskis per „Wikimedia Commons“

Jis yra šiek tiek nestabilus, dėl saulės spindulių šiek tiek skyla. Be to, jis gali visiškai suskaidyti kaitinant, todėl susidaro azoto dioksidas, vanduo ir deguonis.

Aukščiau esančiame paveikslėlyje parodyta šiek tiek azoto rūgšties, esančios matavimo kolboje. Galima pastebėti geltoną jo spalvą, tai rodo dalinį skilimą.

Jis naudojamas gaminant neorganinius ir organinius nitratus, taip pat nitrozo junginiuose, kurie naudojami gaminant trąšas, sprogmenis, tarpinius dažiklius ir įvairius organinius cheminius junginius.

Ši rūgštis buvo žinoma jau 8 amžiaus alchemikams, kuriuos jie vadino „agua fortis“. Vokiečių chemikas Johanas Rudolfas Glauberis (1648) sukūrė jo paruošimo metodą, kurį sudarė kalio nitrato kaitinimas sieros rūgštimi.

Jis yra pagamintas pramoniniu būdu, vadovaujantis Wilhelmo Oswaldo (1901) sukurtu metodu. Paprastai šis metodas susideda iš katalizinio amonio oksidacijos, paeiliui generuojant azoto oksidą ir azoto dioksidą, kad susidarytų azoto rūgštis.

Žmogaus veiklos metu susidaręs NO ₂ atmosferoje reaguoja su vandeniu debesyse ir sudaro HNO ₃ . Tada per rūgščius liūtis jis nusėda kartu su vandens lašais, valgydamas, pavyzdžiui, statulas viešose aikštėse.

Azoto rūgštis yra labai toksiškas junginys, o nuolatinis jos garų poveikis gali sukelti lėtinį bronchitą ir cheminę pneumoniją.

Azoto rūgšties struktūra

Šaltinis: Benas Millsas, iš „Wikimedia Commons“

Viršutinis paveikslėlis parodo HNO ₃ molekulės struktūrą su rutulių ir juostų modeliu. Azoto atomas, mėlynoji sfera, yra centre, apsuptas trigonaliosios plokštumos geometrijos; tačiau trikampis yra iškreiptas vienos ilgiausių jo viršūnių.

Tada azoto rūgšties molekulės yra plokščios. N = O, NO ir N-OH jungtys sudaro plokščiojo trikampio viršūnes. Jei atidžiai pažvelgsite, N-OH ryšys yra pailgesnis nei kiti du (kur randama H atomą reprezentuojanti baltoji sfera).

Rezonansinės struktūros

Yra dvi vienodo ilgio jungtys: N = 0 ir NO. Šis faktas prieštarauja valentinių ryšių teorijai, kur numatoma, kad dvigubos jungtys bus trumpesnės nei viengubos. Tai paaiškinama rezonanso fenomenu, kaip matyti toliau pateiktame paveikslėlyje.

Šaltinis: Benas Millsas, iš „Wikimedia Commons“

Taigi abi jungtys, N = O ir NO, yra lygiavertės rezonanso atžvilgiu. Tai grafiškai pavaizduota struktūros modelyje, naudojant brūkšniuotą liniją tarp dviejų O atomų (žr. Struktūrą).

Kai HNO ₃ yra deprotonuojami , ^susidaro stabilus nitrato anijonas NO ₃ . Jame rezonansas apima visus tris O atomus, todėl HNO ₃ turi didelį Bronstedo-Lowry rūgštingumą (H ⁺ jonų donorų rūšys ).

Fizinės ir cheminės savybės

Cheminiai pavadinimai

-Azoto rūgštis

-Azotinė rūgštis

-Vandenilio nitratas

-Agua fortis.

Molekulinė masė

63,012 g / mol.

Fizinė išvaizda

Bespalvis arba šviesiai geltonas skystis, kuris gali tapti rausvai rudas.

Kvapas

Aštrus, uždusęs bruožas.

Virimo taškas

Nuo 181 ° F iki 760 mmHg (83 ° C).

Lydymosi temperatūra

-41,6 ° C.

Tirpumas vandenyje

Labai gerai tirpsta ir maišosi su vandeniu.

Tankis

1,513 g / cm ³ esant 20 ° C temperatūrai.

Santykinis tankis

1,50 (vandens atžvilgiu = 1).

Santykinis garų tankis

Įvertinta 2 ar 3 kartus (oro atžvilgiu = 1).

Garų slėgis

63,1 mmHg esant 25 ° C temperatūrai.

Skilimas

Veikiant atmosferos drėgmei ar karščiui, jis gali suirti ir susidaryti azoto peroksidas. Kai jis kaitinamas iki skilimo, jis išskiria labai toksiškus azoto oksido ir vandenilio nitrato dūmus.

Azoto rūgštis nėra stabili, todėl gali suskaidyti, veikdama šilumą ir saulės spindulius, ir išmeta azoto dioksidą, deguonį ir vandenį.

Klampumas

1092 mPa 0 ° C temperatūroje ir 0,617 mPa 40 ° C temperatūroje.

Korozija

Jis gali pulti visus netauriuosius metalus, išskyrus aliuminį ir chromuotą plieną. Reaguoja į kai kurias iš plastikų, gumų ir dangų rūšių. Tai yra kaustinė ir ėsdinanti medžiaga, todėl su ja reikia elgtis labai atsargiai.

Molari garinimo entalpija

39,1 kJ / mol esant 25 ° C temperatūrai.

Standartinė molinė entalpija

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standartinė molinė entropija

146 kJ / mol (298 ° F).

Paviršiaus įtempimas

-0,04356 N / m esant 0 ºC

-0,04115 N / m esant 20 ºC

-0,0376 N / m esant 40 ºC

Kvapo slenkstis

-Mažas kvapas: 0,75 mg / m ³

-Aukštas kvapas: 250 mg / m ³

-Dirginanti koncentracija: 155 mg / m ³ .

Disociacijos konstanta

pKa = -1,38.

Lūžio rodiklis (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Cheminės reakcijos

Hidratacija

-Jis gali sudaryti kietus hidratus, tokius kaip HNO ₃ ∙ H ₂ O ir HNO ₃ ∙ 3H ₂ O: „azoto ledas“.

Disociacija vandenyje

Azoto rūgštis yra stipri rūgštis, kuri vandenyje greitai jonizuojasi šiais būdais:

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

Druskos formavimas

Reaguoja su baziniais oksidais, sudarydamas nitrato druską ir vandenį.

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

Panašiai jis reaguoja su bazėmis (hidroksidais), sudarydamas nitrato ir vandens druską.

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

Taip pat su karbonatais ir rūgščiaisiais karbonatais (bikarbonatais), taip pat formuodamas anglies dioksidą.

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

Protonacija

Azoto rūgštis taip pat gali elgtis kaip bazė. Dėl šios priežasties jis gali reaguoti su sieros rūgštimi.

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

Autoprotolizė

Azoto rūgštis patiria autoprotolizę.

2HNO ₃ <=> NO ₂ ⁺ + NO ₃ ^- + H ₂ O

Metalo oksidacija

Reaguodama su metalais, azoto rūgštis nesielgia kaip stiprios rūgštys, kurios reaguoja su metalais, sudarydamos atitinkamą druską ir išskirdamos vandenilį dujomis.

Tačiau magnis ir manganas karštai reaguoja su azoto rūgštimi, kaip ir kitos stipriosios rūgštys.

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

Kiti

Azoto rūgštis reaguoja su metalų sulfitais, sudarydama nitrato druską, sieros dioksidą ir vandenį.

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

Jis taip pat reaguoja su organiniais junginiais, pakeisdamas vandenilio grupę nitro grupe; taigi sudaro sprogstamųjų junginių, tokių kaip nitroglicerinas ir trinitrotoluenas (TNT), sintezės pagrindą.

Sintezė

Pramoninis

Jis gaminamas pramoniniu lygmeniu kataliziškai oksiduojant amonį, remiantis metodu, kurį 1901 m. Aprašė Oswald. Procesą sudaro trys etapai arba etapai.

1 etapas: Amonio oksidacija į azoto oksidą

Amonį oksiduoja ore esantis deguonis. Reakcija vykdoma esant 800 ° C ir 6-7 atm slėgiui, kaip katalizatorių naudojant platiną. Amoniakas maišomas su oru tokiu santykiu: 1 tūris amoniako ir 8 tūriai oro.

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

Reakcijos metu susidaro azoto oksidas, kuris nukeliamas į oksidacijos kamerą kitam etapui.

Azoto oksido oksidacija į azoto dioksidą

Oksidaciją vykdo ore esantis deguonis, esant žemesnei kaip 100ºC temperatūrai.

2NO (g) + O ₂ (g) => 2NO ₂ (g)

3 etapas. Azoto dioksido ištirpimas vandenyje

Šiame etape susidaro azoto rūgštis.

4NO ₂ + 2H ₂ O + O ₂ => 4HNO ₃

Yra keli azoto dioksido (NO ₂ ) absorbcijos vandenyje būdai .

Be kitų metodų: siekiant padidinti jo tirpumą vandenyje ir gauti azoto rūgšties, NO ₂ mažinamas iki N ₂ O ₄ žemoje temperatūroje ir aukštame slėgyje.

3N ₂ O ₄ + 2H ₂ O => 4HNO ₃ + 2NO

Azoto rūgšties, gautos oksiduojant amonį, koncentracija yra 50–70%, kurią galima pasiekti 98%, naudojant dehidratuojantį koncentruotą sieros rūgštį, leidžiančią padidinti azoto rūgšties koncentraciją.

Laboratorijoje

Vario (II) nitrato šiluminis skilimas, susidarant azoto dioksidui ir deguonies dujoms, kurios patenka per vandenį ir sudaro azoto rūgštį; kaip ir anksčiau aprašyto Oswaldo metodo metu.

2Cu (NO ₃ ) ₂ => 2CuO + 4NO ₂ + O ₂

Reakcijos Nitrato druskos su koncentruota H ₂ SO ₄ . Azoto rūgštį, išskiriamos iš H ₂ SO ₄ distiliavimo būdu iki ne 83 ° C (virimo temperatūra azoto rūgšties).

KNO ₃ + H ₂ SO ₄ => HNO ₃ + KHSO ₄

Programos

Trąšų gamyba

Trąšų, ypač amonio salietros, gamyboje naudojama 60% azoto rūgšties.

Tai apibūdinama didele azoto, vienos iš trijų pagrindinių augalų maistinių medžiagų, koncentracija, nitratai, kuriuos augalai sunaudoja nedelsdami. Tuo tarpu amoniaką oksiduoja dirvožemyje esantys mikroorganizmai ir jis naudojamas kaip ilgalaikė trąša.

Pramoninis

-15% azoto rūgšties pagaminama sintetinių pluoštų gamyboje.

-Jis naudojamas azoto rūgšties esterių ir nitro darinių gamyboje; tokias kaip nitroceliuliozė, akriliniai dažai, nitrobenzenas, nitrotoluenas, akrilnitrilai ir kt.

- Prie organinių junginių galite pridėti nitro grupių, ir ši savybė gali būti naudojama gaminant sprogmenis, tokius kaip nitroglicerinas ir trinitrotoluenas (TNT).

-Adipo rūgštis, nailono pirmtakas, yra gaunama dideliu mastu, oksiduojant cikloheksanoną ir cikloheksanolį azoto rūgštimi.

Metalo valiklis

Azoto rūgštis dėl savo oksidacijos galios yra labai naudinga valant metalus, esančius mineraluose. Taip pat jis naudojamas tokiems elementams kaip uranas, manganas, niobis ir cirkonis gauti, taip pat parūgštinant fosforo uolienas, siekiant gauti fosforo rūgštį.

Karališkas vanduo

Jis sumaišomas su koncentruota druskos rūgštimi, kad susidarytų „aqua regia“. Šis tirpalas yra pajėgus ištirpinti auksą ir platiną, o tai leidžia jį naudoti gryninant šiuos metalus.

Baldai

Azoto rūgštis naudojama antikiniam efektui iš baldų, pagamintų iš pušies medienos, gauti. Apdorojimas 10% azoto rūgšties tirpalu sukuria pilkojo aukso spalvą baldų medienoje.

Valymas

- Melžimo metu naudojamos įrangos valymui naudojamas 5–30% azoto rūgšties ir 15–40% fosforo rūgšties vandeninių tirpalų mišinys, siekiant pašalinti magnio junginių nuosėdų nuosėdas ir kalcio.

- Tai naudinga valant laboratorijoje naudojamus stiklinius indus.

Fotografija

- Azoto rūgštis buvo naudojama fotografijoje, ypač kaip priedas geležies sulfato vystytojams šlapios plokštelės gamyboje, siekiant skatinti baltesnę ambrotipų ir smailių tipų spalvą.

-Jis buvo naudojamas kolodijinių plokštelių sidabrinės vonios pH sumažinti, o tai leido sumažinti rūko, trukdančio vaizdams, išvaizdą.

Kiti

- Dėl tirpiklio talpos jis naudojamas analizuojant įvairius metalus liepsnos atominės absorbcijos spektrofotometrijos metodais ir induktyviai sujungtos plazmos masės spektrofotometrijos metodais.

-Įprastinės medvilnės pavertimui į celiuliozės nitratą (azoto medvilnė) buvo naudojamas azoto rūgšties ir sieros rūgšties derinys.

-Vaistas „Salcoderm“, skirtas išoriniam vartojimui, naudojamas gydant gerybinius odos navikus (karpos, nuospaudos, kondilomos ir papilomos). Jis pasižymi kauterizacija, malšina skausmą, dirginimą ir niežėjimą. Azoto rūgštis yra pagrindinis vaisto formulės komponentas.

- Raudonoji rūkstanti azoto rūgštis ir baltoji rūkstanti azoto rūgštis yra naudojamos kaip skystojo raketinio kuro oksidatoriai, ypač BOMARC raketose.

Toksiškumas

-Kontaktas su oda gali sukelti odos nudegimus, stiprų skausmą ir dermatitą.

- Patekęs į akis gali sukelti stiprų skausmą, ašarojimą ir sunkiais atvejais pažeisti rageną ir aklumą.

- Įkvėpus garų, gali atsirasti kosulys, kvėpavimo sutrikimai, sukeliant kraujavimą iš nosies, laringitą, lėtinį bronchitą, pneumoniją ir plaučių edemą intensyviai ar lėtai veikiant.

- Dėl jo prarijimo yra burnos pažeidimai, seilėtekis, stiprus troškulys, skausmas ryjant, stiprus viso virškinamojo trakto skausmas ir rizika, kad jis gali perforuoti sienas.

Nuorodos

1. Vikipedija. (2018 m.). Azoto rūgštis. Atkurta iš: en.wikipedia.org
2. „PubChem“. (2018 m.). Azoto rūgštis. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Enciklopedijos „Britannica“ redaktoriai. (2018 m. Lapkričio 23 d.). Azoto rūgštis. „Encyclopædia Britannica“. Atkurta iš: britannica.com
4. Shrestha B. (nd). Azoto rūgšties savybės ir panaudojimas. „Chem“ vadovas: mokymai chemijos tema. Atkurta iš: chem-guide.blogspot.com
5. Chemijos knyga. (2017). Azoto rūgštis. Atkurta iš: chemicalbook.com
6. Imanolis. (2013 m. Rugsėjo 10 d.). Azoto rūgšties gamyba. Atkurta iš: ingenieriaquimica.net