Salpetersyre (HNO3) struktur, egenskaber, syntese og anvendelser

den salpetersyre er en uorganisk forbindelse bestående af en nitrogenoxo-syre. Det betragtes som en stærk syre, selvom dens pKa (-1,4) svarer til hydroniumionens pKa (-1,74). Fra dette punkt er det måske den "svageste" af mange kendte stærke syrer.

Dets fysiske udseende består af en farveløs væske, der ved opbevaring ændres til en gullig farve på grund af dannelsen af ​​kvælstofgasser. Dens kemiske formel er HNO₃. 

Det er lidt ustabilt og oplever en lille nedbrydning fra udsættelse for sollys. Desuden kan det nedbrydes fuldstændigt ved opvarmning, hvilket forårsager kvælstofdioxid, vand og ilt.

Det øverste billede viser en smule salpetersyre indeholdt i en volumetrisk kolbe. Dens gule farvning, der tyder på delvis dekomponering, kan noteres.

Det anvendes til fremstilling af uorganiske og organiske nitrater, nitrosoforbindelser, og hvor der anvendes til fremstilling af kunstgødning, sprængstoffer, farvestoffer formidlende midler og forskellige organiske kemikalier.

Denne syre var allerede kendt af alkymologerne i det ottende århundrede, som de kaldte "vand fortis". Tyske kemiker Johan Rudolf Glauber (1648) udtænkt en fremgangsmåde til dets fremstilling, som består i opvarmning kaliumnitrat med svovlsyre.

Den fremstilles industrielt efter metoden designet af Wilhelm Oswald (1901). Fremgangsmåden bredt involverer katalytisk oxidation af ammoniak, med den efterfølgende generation af nitrogenoxid og nitrogendioxid til dannelse salpetersyre.

I atmosfæren er NO₂ produceret af menneskelig aktivitet reagerer med vandet i skyerne og danner HNO₃. Derefter udfældes det under syrens regn sammen med dråberne vand, der spiser væk, for eksempel statuer af de offentlige pladser.

Salpetersyre er en meget giftig forbindelse, og kontinuerlig eksponering for dets dampe kan føre til kronisk bronkitis og kemisk lungebetændelse..

indeks

• 1 Struktur af salpetersyre
  • 1.1 Resonansstrukturer
• 2 Fysiske og kemiske egenskaber
  • 2.1 Kemiske navne
  • 2,2 molekylvægt
  • 2.3 Fysisk udseende
  • 2.4 lugte
  • 2,5 kogepunkt
  • 2.6 Smeltepunkt
  • 2,7 Opløselighed i vand
  • 2,8 tæthed
  • 2,9 Relativ massefylde
  • 2,10 Relativ damptæthed
  • 2.11 Damptryk
  • 2.12 Nedbrydning
  • 2,13 Viskositet
  • 2.14 Korrosion
  • 2,15 Molært fordampningsenthalpi
  • 2.16 Standard molarenthalpi
  • 2.17 Standard molar entropi
  • 2.18 Overfladespænding
  • 2,19 lugtgrænsen
  • 2.20 Dissociationskonstant
  • 2.21 brydningsindeks (η / D)
  • 2.22 Kemiske reaktioner
• 3 Sammenfatning
  • 3.1 Industrielle
  • 3.2 I laboratoriet
• 4 anvendelser
  • 4.1 Produktion af gødning
  • 4.2 Industrielle
  • 4.3 Metalrenser
  • 4.4 Regia vand
  • 4.5 Møbler
  • 4.6 Rengøring
  • 4.7 Fotografi
  • 4.8 Andre
• 5 Toksicitet
• 6 referencer

Struktur af salpetersyre

Strukturen af ​​et HNO-molekyle er vist i det øverste billede₃ med en model af sfærer og barer. Nitrogenet, den blå sfære, er placeret i midten, omgivet af en trigonalplan geometri; Trianglen er imidlertid forvrænget af en af ​​dens længste hjørner.

Molekylerne af salpetersyre er så flade. Obligationerne N = O, N-O og N-OH udgør hjørne af den flade trekant. Hvis observeret i detaljer, er N-OH-bindingen mere langstrakt end de to andre (hvor den hvide kugle er placeret for H-atomet).

Resonansstrukturer

Der er to links, der har samme længde: N = O og N-O. Denne kendsgerning går imod valensbindingsteorien, hvor dobbeltobligationer forudsiges at være kortere end simple obligationer. Forklaringen heri ligger i fænomenet resonans, som det ses i billedet nedenfor.

Begge bindinger, N = O og N-O, er derfor ækvivalente hvad angår resonans. Dette er repræsenteret grafisk i modellen af ​​strukturen ved at bruge en streget linje mellem to O-atomer (se struktur).

Når HNO er ​​deprotoneret₃, det stabile anionnitrat dannes₃^-. I det betyder resonansen nu de tre atomer af O. Dette er grunden til, at HNO₃ har en stor surhed af Bronsted-Lowry (artdonor af ioner H⁺).

Fysiske og kemiske egenskaber

Kemiske betegnelser

-Salpetersyre

-Azotisk syre

-Brintnitrat

-Vand fortis.

Molekylvægt

63.012 g / mol.

Fysisk udseende

Farveløs eller lysegul væske, som kan blive rødbrun.

lugt

Acrid, karakteristisk kvælende.

Kogepunkt

181 ºF til 760 mmHg (83 ºC).

Smeltepunkt

-41,6 ºC.

Opløselighed i vand

Meget opløselig og blandbar med vand.

tæthed

1.513 g / cm³ ved 20 ºC.

Relativ massefylde

1,50 (i forhold til vand = 1).

Relativ massefylde af dampen

2 eller 3 gange estimeret (i forhold til luft = 1).

Damptryk

63,1 mmHg ved 25 ºC.

nedbrydning

På grund af udsættelse for luftfugtighed eller varme kan det nedbrydes til dannelse af nitrogenperoxid. Når denne nedbrydning opvarmes, udsender den en meget giftig røg af nitrogenoxid og hydrogen nitrat.

Salpetersyre er ikke stabilt, og kan opdeles i kontakt med varme og sollys, og udsender nitrogen, oxygen og vand dioxid.

viskositet

1.092 mPa ved 0 ºC og 0,617 mPa ved 40 ºC.

korrosion

Det er i stand til at angribe alle metaller, undtagen aluminium og krom stål. Angriber nogle af sorterne af plastmateriale, gummi og belægninger. Det er et ætsende og ætsende stof, så det skal håndteres med stor forsigtighed.

Molar entalpy af fordampning

39,1 kJ / mol ved 25 ºC.

Standard molarenthalpi

-207 kJ / mol (298ºF).

Standard molar entropi

146 kJ / mol (298ºF).

Overfladespænding

-0,04356 N / m ved 0 ºC

-0,04115 N / m ved 20 ºC

-0,0376 N / m ved 40 ºC

Lugtgrænsen

-Lav lugt: 0,75 mg / m³

-Høj lugt: 250 mg / m³

-Lokalirriterende koncentration: 155 mg / m³.

Dissociationskonstant

pKa = -1,38.

Brydningsindeks (η / D)

1.393 (16.5 ºC).

Kemiske reaktioner

hydrering

-Det kan danne faste hydrater, såsom HNO₃∙ H₂O og HNO₃∙ 3H₂Eller: "Nitric ice".

Dissociation i vand

Salpetersyre er en stærk syre, der ioniseres hurtigt i vand på følgende måde:

HNO₃ (l) + H₂O (1) => H₃O⁺ (ac) + nr₃^-

Dannelse af salte

Reagerer med basiske oxider, der danner et nitratsalt og vand.

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

Ligeledes reagerer det med baser (hydroxider), der danner et nitratsalt og vand.

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

Og også med carbonater og syrecarbonater (bicarbonater), der også danner kuldioxid.

na₂CO₃ (ac) + HNO₃ (l) => NaNO₃ (ac) + H₂O (1) + CO₂ (G)

protonering

Salpetersyre kan også opføre sig som en base. Af denne grund kan det reagere med svovlsyre.

HNO₃   +   2H₂SW₄    <=>      NO₂⁺    +     H₃O⁺     +      2HSO₄^-

autoprotolysis

Salpetersyre gennemgår autoprotoisis.

2HNO₃  <=>  NO₂⁺   +    NO₃^-    +      H₂O

Metaloxidation

I reaktionen med metaller virker salpetersyre ikke som stærke syrer, der reagerer med metaller, der danner det tilsvarende salt og frigiver hydrogen i gasform.

Men magnesium og mangan reagerer varmt med salpetersyre, ligesom de andre stærke syrer.

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

andre

Salpetersyre reagerer med metalsulfitter, der forårsager et salt af nitrat, svovldioxid og vand.

na₂SW₃ (r) + 2 HNO₃ (1) => 2 NaNO₃ (ac) + SO₂ (g) + H₂O (l)

Og reagerer også med organiske forbindelser, der erstatter et hydrogen for en nitrogruppe; således udgør grundlaget for syntese af eksplosive forbindelser, såsom nitroglycerin og trinitrotoluen (TNT).

syntese

industrielle

Den fremstilles på industrielt plan ved katalytisk oxidation af ammonium, ifølge metoden beskrevet af Oswald i 1901. Proceduren består af tre trin eller trin.

Trin 1: Oxidation af ammonium til nitrogenoxid

Ammonium oxideres af den ilt, der er til stede i luften. Reaktionen udføres ved 800 ° C og ved et tryk på 6-7 atm ved anvendelse af platin som en katalysator. Ammonium blandes med luft med følgende forhold: 1 volumen ammonium pr. 8 volumener luft.

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

I reaktionen produceres nitrogenoxid, som føres til oxidationskammeret til næste trin.

Trin 2. Oxidering af nitrogenoxid i nitrogendioxid

Oxidation udføres af den ilt der er til stede i luften ved en temperatur under 100 ºC.

2NO (g) + 0₂ (g) => 2NO₂ (G)

Trin 3. Opløsning af nitrogendioxid i vand

I dette trin forekommer dannelsen af ​​salpetersyre.

4NO₂     +      2H₂O + O₂         => 4HNO₃

Der er flere metoder til absorption af nitrogendioxid (NO₂) i vand.

Blandt andre metoder: NO₂ dimeriseres til N₂O₄ ved lave temperaturer og højt tryk for at øge dets opløselighed i vand og producere salpetersyre.

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

Salpetersyre fremstilles ved oxidation af ammoniak med en koncentration på mellem 50-70%, hvilket kan udføres ved anvendelse af 98% koncentreret svovlsyre som et dehydratiserende tillader forøgelse af koncentrationen af ​​salpetersyre.

I laboratoriet

Termisk dekomponering af kobber (II) nitrat, der producerer nitrogendioxid og iltgasser, der føres gennem vand til dannelse af salpetersyre; som det sker i Oswald's metode, som tidligere er beskrevet.

2Cu (nr₃)₂    => 2CuO + 4NO₂    +     O₂

Reaktion af et nitratsalt med H₂SW₄ koncentreret. Den dannede salpetersyre adskilles fra H₂SW₄ ved destillation ved 83 ° C (saltepunkt af salpetersyre).

KNO₃   +    H₂SW₄     => HNO₃    +     KHSO₄

applikationer

Gødningsproduktion

60% af produktionen af ​​salpetersyre anvendes til fremstilling af gødning, især ammoniumnitrat.

Dette er kendetegnet ved dets høje koncentration af nitrogen, et af de tre vigtigste næringsstoffer af planter, idet der straks anvendes nitrat af planter. I mellemtiden oxideres ammonium af mikroorganismer, der er til stede i jorden, og bruges som en langsigtet gødning.

industrielle

-15% af produktionen af ​​salpetersyre anvendes til fremstilling af syntetiske fibre.

-Det anvendes til udarbejdelse af salpetersyreestere og nitroderivater; såsom nitrocellulose, akrylmaling, nitrobenzen, nitrotoluen, acrylonitriler osv..

-Det kan tilføje nitrogrupper til organiske forbindelser, denne ejendom kan bruges til at fremstille eksplosiver som nitroglycerin og trinitrotoluen (TNT).

-Adipinsyre, en precursor af nylon, fremstilles i stor skala ved oxidation af cyclohexanon og cyclohexanol med salpetersyre.

Metalrenser

Salpetersyre er på grund af dets oxiderende kapacitet meget nyttig ved rensning af metaller, der er til stede i mineraler. Det bruges også til at opnå elementer som uran, mangan, niob, zirconium og forsuring af fosfor-klipper for at opnå fosforsyre..

Vandregia

Den blandes med koncentreret saltsyre til dannelse af "agua regia". Denne løsning er i stand til at opløse guld og platin, hvilket tillader dets anvendelse i rensningen af ​​disse metaller.

møbler

Salpetersyre bruges til at opnå en antik virkning i møbler lavet med fyrretræ. Behandlingen med en salpetersyreopløsning til 10% giver en grå-guldfarve i træets møbler.

rengøring

-Blandingen af ​​vandige opløsninger af salpetersyre 5-30% og phosphorsyre 15-40% anvendes til rensning af det udstyr, der anvendes til malkning, for at eliminere rester af fældningerne af forbindelserne magnesium og calcium.

-Det er nyttigt at rengøre glasmaterialet, der anvendes i laboratoriet.

fotografering

-Salpetersyre er blevet anvendt i fotografering, specifikt som et tilsætningsstof til jernholdige sulfatudviklere i den våde pladeproces med det formål at fremme en hvidere farve i ambrotypes og ferrotyper.

-Det blev brugt til at formindske pH-værdien for sølvbadet i kollodionspladerne, hvilket fik lov til at opnå en reduktion i udseendet af en tåge, der blandede sig i billederne.

andre

-På grund af dets opløsningsmiddelkapacitet anvendes den i analysen af ​​forskellige metaller ved hjælp af flammeabsorptionsspektrofotometri teknikker og induktiv kobling plasma massespektrofotometri.

-Kombinationen af ​​salpetersyre og svovlsyre blev anvendt til omdannelse af almindelig bomuld til cellulose nitrat (salpetersyre).

-Lægemidlet Salcoderm til ekstern brug, anvendes til behandling af godartede neoplasmer i huden (vorter, majs, kondylomer og papillomer). Det har egenskaber ved cauterization, smertelindring, irritation og kløe. Salpetersyre er den vigtigste komponent i medicinformlen.

-Fuming rød salpetersyre og hvidt brændende salpetersyre anvendes som oxidationsmidler til flydende raketbrændstoffer, især i BOMARC-missilen.

toksicitet

-Ved hudkontakt kan der opstå forbrændinger på huden, alvorlig smerte og dermatitis.

-Ved kontakt med øjnene kan der opstå alvorlige smerter, rive og i alvorlige tilfælde, hornhindebeskadigelse og blindhed.

-Indånding af dampe kan forårsage hoste, åndenød, forårsage alvorlige eller kroniske næseblødninger, laryngitis, kronisk bronkitis, lungebetændelse og lungeødem..

-På grund af indtagelsen frembringer det læsioner i munden, salivation, intens tørst, smerte at sluge, intense smerter i hele fordøjelseskanalen og risiko for perforering af væggen af ​​det samme..

referencer

1. Wikipedia. (2018). Salpetersyre. Hentet fra: en.wikipedia.org
2. Pubchem. (2018). Salpetersyre. Hentet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Editors of Encyclopaedia Britannica. (23. november 2018). Salpetersyre. Encyclopædia Britannica. Hentet fra: britannica.com
4. Shrestha B. (s.f.). Egenskaber af salpetersyre og anvendelser. Chem Guide: tutorials for kemi læring. Hentet fra: chem-guide.blogspot.com
5. Kemisk bog. (2017). Salpetersyre. Hentet fra: chemicalbook.com
6. Imanol. (10. september 2013). Produktion af salpetersyre. Hentet fra: ingenieriaquimica.net