Azoto rūgšties (HNO3) struktūra, savybės, sintezė ir panaudojimas



The azoto rūgšties yra neorganinis junginys, susidedantis iš azoto okso rūgšties. Jis laikomas stipria rūgštimi, nors jo pKa (-1,4) yra panašus į hidronio jono pKa (-1,74). Nuo to momento tai yra „silpniausia“ daugelio žinomų stiprių rūgščių.

Jo fizinę išvaizdą sudaro bespalvis skystis, kuris dėl azoto dujų susidarymo saugo gelsvą spalvą. Jo cheminė formulė yra HNO3. 

Jis yra šiek tiek nestabilus, šiek tiek suskilęs nuo saulės spindulių poveikio. Be to, jis gali visiškai suskaidyti šildant, sukeldamas azoto dioksidą, vandenį ir deguonį.

Viršutiniame paveiksle matyti kiekybinėje kolboje esanti azoto rūgšties dalis. Galima pastebėti jo geltoną spalvą, nurodančią dalinį skilimą.

Jis naudojamas neorganinių ir organinių nitratų gamybai, taip pat azoto junginiams, kurie naudojami trąšoms, sprogmenims, dažiklių tarpiniams produktams ir įvairiems organiniams cheminiams junginiams gaminti..

Šią rūgštį jau žinojo aštuntajame amžiuje gyvenantys alchemikai, kuriuos vadino „vandens fortu“. Vokiečių chemikas Johanas Rudolfas Glauberis (1648) sukūrė jo paruošimo metodą, kurį sudarė kalio nitrato kaitinimas sieros rūgštimi..

Jis gaminamas pramoniniu būdu pagal Wilhelmo Oswaldo (1901) sukurtą metodą. Apskritai šis metodas susideda iš amonio katalizinio oksidavimo, kai iš eilės susidaro azoto oksidas ir azoto dioksidas, susidarant azoto rūgščiai..

Atmosferoje NO2 gaminamas žmogaus veikla, reaguoja su debesų vandeniu ir sudaro HNO3. Tuomet rūgščių lietų metu jis nusėda kartu su vandens lašais, pavyzdžiui, viešųjų aikščių statulomis..

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

Indeksas

  • 1 Azoto rūgšties struktūra
    • 1.1. Rezonansinės struktūros
  • 2 Fizinės ir cheminės savybės
    • 2.1 Cheminiai pavadinimai
    • 2.2 Molekulinė masė
    • 2.3 Fizinė išvaizda
    • 2.4 Kvapas
    • 2.5 Virimo temperatūra
    • 2.6 Lydymosi temperatūra
    • 2.7 Tirpumas vandenyje
    • 2.8 Tankis
    • 2.9 Santykinis tankis
    • 2.10 Santykinis garų tankis
    • 2.11 Garų slėgis
    • 2.12 Skilimas
    • 2.13 Klampumas
    • 2.14 Korozija
    • 2,15 Molinio garavimo entalpija
    • 2.16 Standartinė molinė entalpija
    • 2.17 Standartinė molinė entropija
    • 2.18 Paviršiaus įtempimas
    • 2.19 Kvapo slenkstis
    • 2.20 Disociacijos konstanta
    • 2.21 Lūžio rodiklis (η / D)
    • 2.22 Cheminės reakcijos
  • 3 Santrauka
    • 3.1 Pramoninis
    • 3.2 Laboratorijoje
  • 4 Naudojimas
    • 4.1. Trąšų gamyba
    • 4.2 Pramoninis
    • 4.3 Metalo valytuvas
    • 4.4 Regia vanduo
    • 4.5 Baldai
    • 4.6 Valymas
    • 4.7 Fotografija
    • 4.8 Kiti
  • 5 Toksiškumas
  • 6 Nuorodos

Azoto rūgšties struktūra

HNO molekulės struktūra rodoma viršutiniame vaizde3 su sferų ir strypų modeliu. Azoto atomas, mėlynas rutulys, yra centre, apsuptas trigoninės plokštumos geometrijos; tačiau trikampis iškraipomas vienu iš jo ilgiausių viršūnių.

Azoto rūgšties molekulės yra plokščios. Ryšiai N = O, N-O ir N-OH sudaro plokščiojo trikampio viršūnę. Detaliai stebint, kad N-OH jungtis yra ilgesnė nei kitos dvi (kur balta sfera yra H atomas).

Rezonansinės struktūros

Yra dvi tos pačios ilgio nuorodos: N = O ir N-O. Šis faktas prieštarauja valentinių obligacijų teorijai, kai numatoma, kad dvigubos obligacijos yra trumpesnės už paprastas obligacijas. Šiame paaiškinime atsispindi rezonanso fenomenas, kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

Abi jungtys, N = O ir N-O, yra lygiavertės rezonanso požiūriu. Tai grafiškai pavaizduota struktūros modelyje naudojant punktyrinę liniją tarp dviejų O atomų (žr. Struktūrą).

Kai HNO yra deprotonuotas3, susidaro stabilus anijono nitratas3-. Jame dabar rezonansas apima tris O atomus. Tai yra priežastis, kodėl HNO3 turi didelį Bronsted-Lowry rūgštingumą (jonų H donoras)+).

Fizinės ir cheminės savybės

Cheminiai pavadinimai

-Azoto rūgštis

-Azotinė rūgštis

-Vandenilio nitratas

-Vandens fortis.

Molekulinė masė

63,012 g / mol.

Fizinė išvaizda

Bespalvis arba šviesiai geltonas skystis, kuris gali tapti rausvai rudos spalvos.

Kvapas

Acrid, būdingas uždusimas.

Virimo temperatūra

Nuo 181 ° F iki 760 mmHg (83 ° C).

Lydymosi temperatūra

-41,6 ° C.

Tirpumas vandenyje

Labai tirpi ir maišosi su vandeniu.

Tankis

1,513 g / cm3 20 ° C temperatūroje.

Santykinis tankis

1,50 (vandens atžvilgiu = 1).

Santykinis garo tankis

Apskaičiuota 2 ar 3 kartus (atsižvelgiant į orą = 1).

Garų slėgis

63,1 mmHg esant 25 ° C temperatūrai.

Skilimas

Dėl atmosferos drėgmės ar šilumos poveikio jis gali suskaidyti, kad susidarytų azoto peroksidas. Kai šis skilimas šildomas, jis išskiria labai toksišką azoto oksido ir vandenilio nitrato dūmų.

Azoto rūgštis nėra stabili, galinti susilieti, susilietus su šiluma ir saulės spinduliais, ir skleidžianti azoto dioksidą, deguonį ir vandenį..

Klampumas

1,092 mPa 0 ° C temperatūroje ir 0,617 mPa esant 40 ° C.

Korozija

Jis gali atakuoti visus pagrindinius metalus, išskyrus aliuminį ir chrominį plieną. Reaguoja į kai kurias plastiko, gumos ir dangos rūšis. Tai yra šarminė ir ėsdinanti medžiaga, todėl ją reikia tvarkyti labai atsargiai.

Išgarinimo molinė entalpija

39,1 kJ / mol 25 ° C temperatūroje.

Standartinė molinė entalpija

-207 kJ / mol (298ºF).

Standartinis molinis entropija

146 kJ / mol (298ºF).

Paviršiaus įtampa

-0,04356 N / m 0 ° C temperatūroje

-0,04115 N / m 20 ° C temperatūroje

-0,0376 N / m esant 40 ° C

Kvapo slenkstis

-Mažas kvapas: 0,75 mg / m3

-Didelis kvapas: 250 mg / m3

-Dirginanti koncentracija: 155 mg / m3.

Disociacijos konstanta

pKa = -1,38.

Lūžio rodiklis (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Cheminės reakcijos

Hidratacija

-Jis gali sudaryti kietus hidratus, tokius kaip HNO3∙ H2O ir HNO3H 3H2Arba: „Azoto ledas“.

Atsiskyrimas vandenyje

Azoto rūgštis yra stipri rūgštis, kuri greitai jonizuojama vandenyje taip:

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

Druskų susidarymas

Reaguoja su baziniais oksidais ir sudaro nitratų druską ir vandenį.

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

Taip pat jis reaguoja su bazėmis (hidroksidais), formuodamas nitratų druską ir vandenį.

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

Ir taip pat su karbonatais ir rūgšties karbonatais (bikarbonatais), taip pat suformuojant anglies dioksidą.

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

Protonacija

Azoto rūgštis taip pat gali veikti kaip bazė. Dėl šios priežasties ji gali reaguoti su sieros rūgštimi.

HNO3   +   2H2SO4    <=>      NE2+    +     H3O+     +      2HSO4-

Savarankiškumas

Azoto rūgštis patenka į autoprotoizę.

2HNO3  <=>  NE2+   +    NE3-    +      H2O

Metalo oksidacija

Reakcijoje su metalais azoto rūgštis neveikia kaip stiprios rūgštys, kurios reaguoja su metalais, sudarančiais atitinkamą druską ir atleidžiančią vandenį dujine forma.

Tačiau magnio ir mangano karštai reaguoja su azoto rūgštimi, kaip ir kitos stiprios rūgštys.

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

Kita

Azoto rūgštis reaguoja su metaliniais sulfitais, sukeliančiais nitratų, sieros dioksido ir vandens druską.

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

Ir taip pat reaguoja su organiniais junginiais, pakeičiant vandenilį nitro grupei; todėl sudaro pagrindą sprogstamųjų junginių, pvz., nitroglicerino ir trinitrotoluolio (TNT), sintezei..

Sintezė

Pramoninis

Jis gaminamas pramoniniu lygmeniu kataliziniu amonio oksidavimu pagal 1901 m. Oswaldo aprašytą metodą. Procedūrą sudaro trys etapai arba žingsniai.

1 etapas: amonio oksidavimas azoto oksidu

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

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

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

2 etapas. Azoto oksido oksidavimas azoto dioksidu

Oksidaciją atlieka ore esantis deguonis, esant žemesnei nei 100 ° C temperatūrai.

2NO (g) + O2 (g) => 2NO2 (g)

3 etapas. Azoto dioksido ištirpinimas vandenyje

Šiame etape atsiranda azoto rūgšties susidarymas.

4NO2     +      2H2O + O2         => 4HNO3

Yra keletas azoto dioksido absorbcijos metodų (NO2) vandenyje.

Be kitų metodų: NO2 yra dimerizuotas į N2O4 esant žemai temperatūrai ir aukštam slėgiui, siekiant padidinti jo tirpumą vandenyje ir gaminti azoto rūgštį.

3N2O4   +     2H2O => 4HNO3    +      2NO

Azoto rūgštis, susidariusi oksiduojant amonio koncentraciją, yra nuo 50 iki 70%, kuri gali būti padidinta iki 98%, naudojant dehidratuotą koncentruotą sieros rūgštį, leidžiančią padidinti azoto rūgšties koncentraciją..

Laboratorijoje

Vario (II) nitrato terminis skilimas, gaminant azoto dioksidą ir deguonies dujas, kurios patenka į vandenį, kad susidarytų azoto rūgštis; kaip tai daroma anksčiau aprašytame Oswaldo metode.

2Cu (NO3)2    => 2CuO + 4NO2    +     O2

Nitratų druskos reakcija su H2SO4 koncentratas Suformuota azoto rūgštis yra atskirta nuo H2SO4 distiliuojant 83 ° C temperatūroje (azoto rūgšties virimo temperatūra).

KNO3   +    H2SO4     => HNO3    +     KHSO4

Naudojimas

Trąšų gamyba

60% azoto rūgšties gamybos yra naudojama trąšų, ypač amonio nitrato, gamybai.

Tai pasižymi didele azoto koncentracija, viena iš trijų pagrindinių augalų maistinių medžiagų, naudojant augalus iš karto naudojant nitratą. Tuo tarpu amonio oksiduoja dirvožemyje esantys mikroorganizmai ir yra naudojamas kaip ilgalaikė trąša.

Pramoninis

-Sintetinių pluoštų gamyboje naudojamas 15% azoto rūgšties gamybos.

-Jis naudojamas azoto rūgšties esterių ir nitrodoritų gamybai; pavyzdžiui, nitroceliuliozė, akriliniai dažai, nitrobenzenas, nitrotoluenas, akrilnitrilai ir tt.

-Jis gali pridėti nitro grupes prie organinių junginių, ši savybė gali būti naudojama sprogmenims, tokiems kaip nitroglicerinas ir trinitrotoluolis (TNT), gaminti..

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

Metalo valytuvas

Azoto rūgštis dėl savo oksidacinio pajėgumo yra labai naudinga mineraluose esančių metalų valymui. Jis taip pat naudojamas norint gauti tokius elementus kaip uranas, manganas, niobis, cirkonis ir fosforo uolienų rūgštinimas, kad gautų fosforo rūgštį..

Vandens regija

Jis sumaišomas su koncentruota druskos rūgštimi, kad susidarytų "agua regia". Šis tirpalas gali ištirpinti auksą ir platiną, kuris leidžia jį naudoti šiems metalams valyti.

Baldai

Azoto rūgštis naudojama antikvariniam efektui gauti pušies medienos balduose. Apdorojimas azoto rūgšties tirpalu iki 10% sukuria baldų medžio pilkos aukso spalvą.

Valymas

-Vandeninių azoto rūgšties 5-30% ir 15-40% fosforo rūgšties mišinys naudojamas melžimo darbams valyti, siekiant pašalinti magnio ir kalcio junginių nuosėdų liekanas..

-Tai naudinga valant laboratorijoje naudojamą stiklo medžiagą.

Fotografija

-Azoto rūgštis buvo naudojama fotografijoje, ypač kaip geležies sulfato kūrėjų priedas drėgnoje plokštėje, siekiant skatinti baltesnę spalvą ambrotipuose ir ferrotipėse..

-Jis buvo naudojamas kolodio plokščių sidabro vonios pH sumažinimui, leidusiam sumažinti rūko, kuris trikdė vaizdus, ​​išvaizdą..

Kiti

-Dėl savo tirpiklio talpos jis naudojamas įvairių metalų analizei, naudojant liepsnos atominės absorbcijos spektrofotometrijos metodus, ir indukcinio sukabinimo plazmos masės spektrofotometriją..

-Azoto rūgšties ir sieros rūgšties derinys buvo naudojamas bendrosios medvilnės perdirbimui į celiuliozės nitratą (azoto medvilnė)..

-Vaistas Salcoderm išoriniam naudojimui naudojamas gerybiniams odos navikams gydyti (karpos, kukurūzai, kondilomos ir papilomos). Jis turi cauterizacijos, skausmo malšinimo, dirginimo ir niežėjimo savybes. Azoto rūgštis yra pagrindinis vaisto formulės komponentas.

-Skystas raketinis kuras, ypač BOMARC raketoje, naudojamas kaip dūminis raudonasis azoto rūgštis ir balta dūminga azoto rūgštis..

Toksiškumas

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

-Patekus į akis, gali pasireikšti stiprus skausmas, ašarojimas ir sunkiais atvejais - ragenos pažeidimas ir aklumas.

-Garų įkvėpimas gali sukelti kosulį, dusulį, sukelti sunkius ar lėtinius nosies uždegimus, laringitą, lėtinį bronchitą, plaučių uždegimą ir plaučių edemą..

-Dėl jo nurijimo, jis sukelia burnos pažeidimus, seilėjimą, stiprų troškulį, skausmą nuryti, intensyvius skausmus viso virškinimo trakte ir tos pačios sienelės perforacijos riziką..

Nuorodos

  1. Vikipedija. (2018). Azoto rūgštis. Gauta iš: en.wikipedia.org
  2. PubChem. (2018). Azoto rūgštis. Gauta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. „Encyclopaedia Britannica“ redaktoriai. (2018 m. Lapkričio 23 d.). Azoto rūgštis. Encyclopædia Britannica. Gauta iš: britannica.com
  4. Shrestha B. (s.f.). Azoto rūgšties savybės ir panaudojimas. Chemijos vadovas: chemijos mokymosi pamokos. Gauta iš: chem-guide.blogspot.com
  5. Cheminė knyga. (2017). Azoto rūgštis. Gauta iš: chemicalbook.com
  6. Imanol (2013 m. Rugsėjo 10 d.). Azoto rūgšties gamyba. Gauta iš: ingenieriaquimica.net