NITRIK ASIT (HNO3): YAPISI, ÖZELLIKLERI, SENTEZI VE KULLANIMLARI - KIMYA - 2024

Nitrik asit , bir nitrojen oksoasit oluşan bir inorganik bileşiktir. PKa (-1.4) hidronyum iyonunun pKa'sına (-1.74) benzer olmasına rağmen, güçlü bir asit olarak kabul edilir. Bu noktadan itibaren, bilinen pek çok güçlü asitin belki de "en zayıfıdır".

Fiziksel görünümü, nitrojen gazlarının oluşması nedeniyle depolandığında sarımsı renge dönüşen renksiz bir sıvıdan oluşur. Kimyasal formülü HNO _3'tür .

Kaynak: Aleksander Sobolewski, Wikimedia Commons aracılığıyla

Biraz dengesizdir, güneş ışığına maruz kaldığında hafif ayrışmaya uğrar. Ayrıca, ısıtma yoluyla tamamen ayrıştırılarak nitrojen dioksit, su ve oksijene yol açabilir.

Yukarıdaki görüntü, hacimsel bir şişede bulunan bir miktar nitrik asidi göstermektedir. Kısmi ayrışmanın göstergesi olan sarı rengi fark edilebilir.

İnorganik ve organik nitratların üretiminde ve ayrıca gübre, patlayıcı, boya ara maddeleri ve farklı organik kimyasal bileşiklerin üretiminde kullanılan nitroso bileşiklerinde kullanılır.

Bu asit, 8. yüzyıl simyacıları tarafından zaten biliniyordu ve buna "agua fortis" adını verdiler. Alman kimyager Johan Rudolf Glauber (1648), potasyum nitratın sülfürik asit ile ısıtılmasından oluşan, hazırlanması için bir yöntem tasarladı.

Wilhelm Oswald (1901) tarafından tasarlanan yönteme göre endüstriyel olarak hazırlanmıştır. Yöntem, genel olarak, amonyumun katalitik oksidasyonundan ve nitrik asit oluşturmak üzere ardışık nitrik oksit ve nitrojen dioksit oluşumundan oluşur.

Atmosferde, insan aktivitesiyle üretilen NO ₂ , bulutlarda su ile reaksiyona girerek HNO ₃ oluşturur . Sonra, asit yağmurları sırasında, su damlalarıyla birlikte çökelir, örneğin halka açık meydanlardaki heykelleri yiyip bitirir.

Nitrik asit çok toksik bir bileşiktir ve buharlarına sürekli maruz kalmak, kronik bronşite ve kimyasal zatürreye yol açabilir.

Nitrik asit yapısı

Kaynak: Ben Mills, Wikimedia Commons'tan

Üstteki resim, küre ve çubuk modeli ile bir HNO ₃ molekülünün yapısını göstermektedir . Mavi küre olan nitrojen atomu merkezde yer alır ve üçgen düzlem geometrisi ile çevrilidir; ancak üçgen, en uzun köşelerinden biri tarafından deforme edilir.

Nitrik asit molekülleri daha sonra düzdür. N = O, NO ve N-OH bağları düz üçgenin köşelerini oluşturur. Yakından bakarsanız, N-OH bağı diğer ikisinden daha uzundur (H atomunu temsil eden beyaz kürenin bulunduğu yer).

Rezonans yapıları

Aynı uzunlukta iki bağlantı vardır: N = 0 ve NO. Bu gerçek, çift bağların tekli bağlardan daha kısa olduğu tahmin edilen değerlik bağ teorisine aykırıdır. Bunun açıklaması aşağıdaki resimde görüldüğü gibi rezonans olgusunda yatmaktadır.

Kaynak: Ben Mills, Wikimedia Commons'tan

Her iki bağ, N = O ve NO, bu nedenle rezonans açısından eşdeğerdir. Bu, yapı modelinde iki O atomu arasında kesikli bir çizgi kullanılarak grafik olarak temsil edilir (yapıya bakın).

HNO ₃ deprotonize edildiğinde , kararlı nitrat anyonu NO ₃ ^{- oluşur} . İçinde, rezonans şimdi üç O atomunu da kapsıyor HNO _3'ün yüksek Bronsted-Lowry asitliğine (H ⁺ iyon verici türleri ) sahip olmasının nedeni budur .

Fiziksel ve kimyasal özellikler

Kimyasal isimler

-Nitrik asit

-Azotik asit

-Hidrojen nitrat

-Agua fortis.

Moleküler ağırlık

63.012 g / mol.

Fiziksel görünüş

Kırmızımsı kahverengiye dönebilen renksiz veya soluk sarı sıvı.

Koku

Keskin, boğucu özellik.

Kaynama noktası

181 ° F ila 760 mmHg (83 ° C).

Erime noktası

-41.6 ° C

Su çözünürlüğü

Su ile çok çözünür ve karışabilir.

Yoğunluk

1.513 g / cc ^3. 20 ° ° C

Bağıl yoğunluk

1,50 (suya göre = 1).

Bağıl buhar yoğunluğu

2 veya 3 kez tahmin edilir (hava ile ilişkili olarak = 1).

Buhar basıncı

25 ° C'de 63.1 mmHg

ayrışma

Atmosferik nem veya ısıya maruz kaldığında, nitrojen peroksit oluşturarak ayrışabilir. Ayrışmaya kadar ısıtıldığında, oldukça toksik bir nitrojen oksit ve hidrojen nitrat dumanı yayar.

Nitrik asit kararlı değildir, ısı ile temas ettiğinde ve güneş ışığına maruz kaldığında ayrışabilir ve nitrojen dioksit, oksijen ve su yayar.

viskozite

0 ° C'de 1.092 mPa ve 40 ° C'de 0.617 mPa

Aşınma

Alüminyum ve krom çelik hariç tüm ana metallere saldırabilir. Bazı plastik, kauçuk ve kaplama çeşitlerine tesir eder. Aşındırıcı ve aşındırıcı bir maddedir, bu nedenle çok dikkatli kullanılmalıdır.

Buharlaşma Molar Entalpisi

25 ° C'de 39.1 kJ / mol

Standart molar entalpi

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standart molar entropi

146 kJ / mol (298 ° F).

Yüzey gerilimi

-0,04356 N / m, 0ºC'de

-0.04115 N / m, 20ºC'de

-0,0376 N / m, 40ºC'de

Koku eşiği

-Düşük koku: 0.75 mg / m ³

-Yüksek koku: 250 mg / m ³

-Irritating konsantrasyon: 155 mg / m, ³ .

Ayrışma sabiti

pKa = -1,38.

Kırılma indisi (η / D)

1.393 (16.5 ° C).

Kimyasal reaksiyonlar

hidrasyon

-HNO ₃ ∙ H ₂ O ve HNO ₃ ∙ 3H ₂ O: "nitrik buz" gibi katı hidratlar oluşturabilir .

Suda ayrışma

Nitrik asit, su içinde aşağıdaki şekillerde hızla iyonize olan güçlü bir asittir:

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

Tuz oluşumu

Nitrat tuzu ve su oluşturmak için bazik oksitlerle reaksiyona girer.

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

Aynı şekilde, bazlarla (hidroksitler) reaksiyona girerek bir nitrat ve su tuzu oluşturur.

NaOH (sulu) + HNO ₃ (I) => NaNO ₃ (sulu) + H ₂ O (I)

Ve ayrıca karbonatlar ve asit karbonatlar (bikarbonatlar) ile de karbondioksit oluşturur.

Na ₂ CO ₃ (aq) + HNO ₃ (I) => NaNO ₃ (sulu) + H ₂ O (□) + CO ₂ (g)

protonasyon

Nitrik asit ayrıca bir baz görevi görebilir. Bu nedenle sülfürik asit ile reaksiyona girebilir.

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

Otoproliz

Nitrik asit otoprotolize uğrar.

2HNO ₃ <=> NO ₂ ⁺ + NO ₃ ^- + H ₂ O

Metal oksidasyonu

Metallerle reaksiyonda nitrik asit, metallerle reaksiyona giren, karşılık gelen tuzu oluşturan ve gaz halinde hidrojeni serbest bırakan güçlü asitler gibi davranmaz.

Bununla birlikte, magnezyum ve manganez, diğer güçlü asitler gibi nitrik asitle sıcak reaksiyona girer.

Mg (k) + 2 HNO ₃ (l) => Mg (NO ₃ ) ₂ (sulu) + H ₂ (g)

Diğer

Nitrik asit, nitrat tuzu, kükürt dioksit ve su oluşturmak için metal sülfitlerle reaksiyona girer.

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

Ayrıca organik bileşiklerle reaksiyona girerek bir nitro grubu yerine bir hidrojeni değiştirir; böylece nitrogliserin ve trinitrotoluen (TNT) gibi patlayıcı bileşiklerin sentezinin temelini oluşturur.

sentez

Sanayi

1901'de Oswald tarafından açıklanan yönteme göre amonyumun katalitik oksidasyonu ile endüstriyel düzeyde üretilir. İşlem üç aşamadan veya aşamadan oluşur.

Aşama 1: Amonyumun nitrik okside oksidasyonu

Amonyum, havadaki oksijen tarafından oksitlenir. Reaksiyon 800ºC'de ve 6-7 atm basınçta katalizör olarak platin kullanılarak gerçekleştirilir. Amonyak, hava ile aşağıdaki oranda karıştırılır: 1 hacim amonyak ila 8 hacim hava.

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

Bir sonraki aşama için oksidasyon odasına alınan reaksiyonda nitrik oksit üretilir.

Aşama 2. Nitrik oksidin nitrojen dioksite oksidasyonu

Oksidasyon, havada 100ºC'nin altındaki bir sıcaklıkta bulunan oksijen tarafından gerçekleştirilir.

2NO (g) + O ₂ (g) => 2NO ₂ (g)

Aşama 3. Nitrojen dioksitin suda çözünmesi

Bu aşamada nitrik asit oluşumu meydana gelir.

4NO ₂ + 2H ₂ O + O ₂ => 4HNO ₃

Suda nitrojen dioksitin (NO ₂ ) absorpsiyonu için birkaç yöntem vardır .

Diğer yöntemler arasında: NO ₂ , suda çözünürlüğünü artırmak ve nitrik asit üretmek için düşük sıcaklıklarda ve yüksek basınçta N ₂ O _4'e dimerize edilir .

3N ₂ O ₄ + 2H ₂ O => 4HNO ₃ + 2NO

Amonyumun oksidasyonu ile üretilen nitrik asit,% 50-70 arasında bir konsantrasyona sahiptir, bu da bir dehidratasyon maddesi olarak konsantre sülfürik asit kullanılarak% 98'e getirilebilir ve nitrik asit konsantrasyonunun artırılmasına olanak sağlar.

Laboratuvarda

Nitrik asit oluşturmak için sudan geçirilen nitrojen dioksit ve oksijen gazları üreten bakır (II) nitratın termal ayrışması; daha önce açıklanan Oswald yönteminde olduğu gibi.

2Cu (NO ₃ ) ₂ => 2CuO + 4NO ₂ + O ₂

Bir nitrat tuzu Reaksiyon konsantre edilmiş , H ₂ SO ₄ . Oluşturulan nitrik asit, H ayrılır ₂ SO ₄ 83 ° C (nitrik asit kaynama noktası) damıtma ile.

KNO ₃ + H ₂ SO ₄ => HNO ₃ + KHSO ₄

Uygulamalar

Gübre üretimi

Nitrik asit üretiminin% 60'ı gübre üretiminde, özellikle amonyum nitratta kullanılmaktadır.

Bu, üç ana bitki besin maddesinden biri olan yüksek nitrojen konsantrasyonu ile karakterize edilir, nitrat bitkiler tarafından hemen kullanılır. Bu arada amonyak, toprakta bulunan mikroorganizmalar tarafından oksitlenir ve uzun süreli gübre olarak kullanılır.

Sanayi

Nitrik asit üretiminin% -15'i sentetik elyaf üretiminde kullanılmaktadır.

-Nitrik asit esterleri ve nitro türevlerinin üretiminde kullanılır; nitroselüloz, akrilik boyalar, nitrobenzen, nitrotoluen, akrilonitriller vb.

-Organik bileşiklere nitro grupları ekleyebilirsiniz ve bu özellik nitrogliserin ve trinitrotoluen (TNT) gibi patlayıcılar yapmak için kullanılabilir.

-Naylonun bir öncüsü olan adipik asit, büyük ölçekte sikloheksanon ve sikloheksanolün nitrik asit ile oksidasyonu ile üretilir.

Metal Arındırıcı

Oksitleme kapasitesi nedeniyle nitrik asit, minerallerde bulunan metallerin saflaştırılmasında çok faydalıdır. Aynı şekilde uranyum, manganez, niyobyum ve zirkonyum gibi elementlerin elde edilmesinde ve fosforik asit elde etmek için fosforik kayaların asitleştirilmesinde kullanılır.

Kraliyet suyu

"Aqua regia" oluşturmak için konsantre hidroklorik asit ile karıştırılır. Bu çözelti, altın ve platini çözerek bu metallerin saflaştırılmasında kullanımına izin verir.

Mobilya

Nitrik asit, çam ağacından yapılan mobilyalarda antika bir etki elde etmek için kullanılır. % 10 nitrik asit çözeltisi ile işlem, mobilyanın ahşabında gri-altın rengi bir renk oluşturur.

Temizlik

-Magnezyum bileşiklerinin çökeltilerinin kalıntılarını ortadan kaldırmak için sağım işinde kullanılan ekipmanların temizliğinde% 5-30 nitrik asit ve% 15-40 fosforik asit sulu çözeltilerinin karışımı kullanılır ve kalsiyum.

-Laboratuvarda kullanılan cam eşyaların temizliğinde faydalıdır.

fotoğrafçılık

-Nitrik asit, özellikle ambrotiplerde ve renk türlerinde daha beyaz bir rengi teşvik etmek amacıyla, özellikle ıslak plaka işleminde demir sülfat geliştiricileri için bir katkı maddesi olarak fotoğrafçılıkta kullanılmıştır.

- Kolodiyon plakalarının gümüş banyosunun pH'ını düşürmek için kullanıldı, bu da görüntülere müdahale eden bir sis görünümünde bir azalma elde edilmesini sağladı.

Diğerleri

-Solvent kapasitesinden dolayı, farklı metallerin alevli atomik absorpsiyon spektrofotometri teknikleri ve indüktif olarak eşleşmiş plazma kütle spektrofotometrisi ile analizinde kullanılır.

-Nitrik asit ve sülfürik asit kombinasyonu, sıradan pamuğun selüloz nitrata (nitrik pamuk) dönüştürülmesinde kullanıldı.

-Harici kullanım için Salcoderm ilacı, cildin iyi huylu neoplazmalarının (siğiller, nasırlar, kondilomlar ve papillomlar) tedavisinde kullanılır. Koterizasyon, ağrının giderilmesi, tahriş ve kaşıntı özelliklerine sahiptir. Nitrik asit, ilaç formülünün ana bileşenidir.

-Kırmızı dumanlı nitrik asit ve beyaz dumanlı nitrik asit, özellikle BOMARC füzesinde sıvı roket yakıtları için oksidan olarak kullanılmaktadır.

Toksisite

-Cilt ile temas ettiğinde cilt yanıklarına, şiddetli ağrıya ve deri iltihabına neden olabilir.

-Gözle teması şiddetli ağrıya, yırtılmaya ve ağır vakalarda korneada hasara ve körlüğe neden olabilir.

- Buharların solunması yoğun veya kronik maruziyetlerde öksürük, solunum sıkıntısı, burun kanaması, larenjit, kronik bronşit, pnömoni ve akciğer ödemine neden olabilir.

-Yutulmaya bağlı olarak ağızda lezyonlar, tükürük salgısı, yoğun susuzluk, yutmada ağrı, sindirim sistemi boyunca yoğun ağrı ve bunun duvarında delinme riski vardır.

Referanslar

1. Vikipedi. (2018). Nitrik asit. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
2. Pubchem. (2018). Nitrik asit. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Encyclopaedia Britannica'nın Editörleri. (23 Kasım 2018). Nitrik asit. Encyclopædia Britannica. Britannica.com'dan kurtarıldı
4. Shrestha B. (nd). Nitrik asidin özellikleri ve kullanım alanları. Kimya Rehberi: kimya öğrenimi için öğreticiler. Chem-guide.blogspot.com adresinden kurtarıldı
5. Kimyasal Kitap. (2017). Nitrik asit. Kurtarıldı: Chemicalbook.com
6. Imanol. (10 Eylül 2013). Nitrik asit üretimi. Ingenieriaquimica.net adresinden kurtarıldı