HjemKemiSALPETERSYRE (HNO3): STRUKTUR, EGENSKABER, SYNTESE OG ANVENDELSER - KEMI - 2025
SALPETERSYRE (HNO3): STRUKTUR, EGENSKABER, SYNTESE OG ANVENDELSER - KEMI - 2025
Kemi

SALPETERSYRE (HNO3): STRUKTUR, EGENSKABER, SYNTESE OG ANVENDELSER - KEMI - 2025

Anonim

Den salpetersyre er en uorganisk forbindelse, der består af en oxosyre af nitrogen. Det betragtes som en stærk syre, skønt dens pKa (-1,4) svarer til pKa for hydroniumionen (-1,74). Fra dette tidspunkt er det måske den "svageste" af mange kendte stærke syrer.

Dets fysiske udseende består af en farveløs væske, der ved opbevaring skifter til en gullig farve på grund af dannelsen af ​​kvælstofgasser. Dens kemiske formel er HNO 3.

Kilde: Aleksander Sobolewski via Wikimedia Commons

Det er noget ustabilt og gennemgår en lille nedbrydning fra udsættelse for sollys. Desuden kan det nedbrydes fuldstændigt ved opvarmning, hvilket giver anledning til nitrogenoxid, vand og ilt.

Billedet ovenfor viser nogle salpetersyre indeholdt i en volumetrisk kolbe. Dens gule farve kan bemærkes, hvilket indikerer en delvis nedbrydning.

Det bruges til fremstilling af uorganiske og organiske nitrater såvel som i nitroso-forbindelser, der bruges til fremstilling af gødning, eksplosiver, mellemprodukter til farvestoffer og forskellige organiske kemiske forbindelser.

Denne syre var allerede kendt af alkymisterne i det 8. århundrede, som de kaldte "agua fortis". Den tyske kemiker Johan Rudolf Glauber (1648) designet en metode til dens fremstilling, der bestod af opvarmning af kaliumnitrat med svovlsyre.

Den fremstilles industrielt efter metoden designet af Wilhelm Oswald (1901). Fremgangsmåden består i generelle linjer af den katalytiske oxidation af ammonium med den successive generation af nitrogenoxid og nitrogenoxid til dannelse af salpetersyre.

I atmosfæren reagerer NO 2 produceret ved human aktivitet med vand i skyer og danner HNO 3. Derefter udfældes det under sure regner sammen med dråber vand og spiser for eksempel statuerne i offentlige pladser.

Salpetersyre er en meget giftig forbindelse, og kontinuerlig eksponering for dens dampe kan forårsage kronisk bronkitis og kemisk lungebetændelse.

Salpetersyre struktur

Kilde: Ben Mills, fra Wikimedia Commons

Det øverste billede viser strukturen af ​​et HNO 3- molekyle med en kugle- og søjlemodel. Kvælstofatom, den blå kugle, er placeret i midten omgivet af en trigonal plangeometri; trekanten er imidlertid forvrænget af en af ​​dens længste hjørner.

Salpetersyremolekyler er derefter flade. N = O, NO og N-OH bindingerne udgør vertikaterne af den flade trekant. Hvis du ser nøje, er N-OH-bindingen mere langstrakt end de to andre (hvor den hvide kugle, der repræsenterer H-atomet, findes).

Resonansstrukturer

Der er to links, der har samme længde: N = 0 og NO. Denne kendsgerning er i strid med valensbindingsteorien, hvor dobbeltbindinger forventes at være kortere end enkeltbindinger. Forklaringen herpå ligger i fænomenet resonans, som det ses på billedet herunder.

Kilde: Ben Mills, fra Wikimedia Commons

Begge obligationer, N = O og NO, er derfor ækvivalente med hensyn til resonans. Dette er repræsenteret grafisk i strukturmodellen ved hjælp af en stiplet linje mellem to O-atomer (se struktur).

Når HNO 3 deprotoneres, dannes den stabile nitratanion NO 3 -. I den involverer resonansen nu alle tre O-atomer.Dette er grunden til, at HNO 3 har en høj Bronsted-Lowry-surhedsgrad (H + ion-donorarter).

Fysiske og kemiske egenskaber

Kemiske navne

-Salpetersyre

-Azotisk syre

-Hydrogennitrat

-Agua fortis.

Molekylær vægt

63,012 g / mol.

Fysisk fremtoning

Farveløs eller lysegul væske, som kan blive rødbrun.

Lugt

Skarp, kvælende karakteristik.

Kogepunkt

181 ° F til 760 mmHg (83 ° C).

Smeltepunkt

-41.6 ° C

Vandopløselighed

Meget opløselig og blandbar med vand.

Massefylde

1,513 g / cm 3 ved 20 ° C

Relativ tæthed

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

Relativ damptæthed

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

Damptryk

63,1 mmHg ved 25 ° C

nedbrydning

Ved udsættelse for luftfugtighed eller varme kan det nedbrydes og danner nitrogenperoxid. Når den opvarmes til nedbrydning, afgiver den en meget giftig damp af nitrogenoxid og brintnitrat.

Salpetersyre er ikke stabil, og er i stand til at nedbrydes i kontakt med varme og udsættelse for sollys og afgive kvælstofdioxid, ilt og vand.

Viskositet

1.092 mPa ved 0 ° C og 0,617 mPa ved 40 ° C.

Korrosion

Det er i stand til at angribe alle basismetaller undtagen aluminium og kromstål. Angriber nogle af de sorter af plast, gummi og overtræk. Det er et ætsende og ætsende stof, så det skal håndteres med ekstrem forsigtighed.

Molar entalpy of Vaporization

39,1 kJ / mol ved 25 ° C

Standard molær entalpi

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standard molær entropi

146 kJ / mol (298 ° F).

Overfladespænding

-0.04356 N / m ved 0 ° C

-0.04115 N / m ved 20 ºC

-0,0376 N / m ved 40 ºC

Lugtgrænse

-Lav lugt: 0,75 mg / m 3

-Høj lugt: 250 mg / m 3

-Irriterende koncentration: 155 mg / m 3.

Dissociation konstant

pKa = -1,38.

Brydningsindeks (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Kemiske reaktioner

Hydration

-Det kan danne faste hydrater, såsom HNO 3 ∙ H 2 O og HNO 3 ∙ 3H 2 O: ”salpetersyre is”.

Dissociation i vand

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

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

Saltdannelse

Reagerer med basiske oxider til dannelse af et nitratsalt og vand.

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

Ligeledes reagerer den med baser (hydroxider) og danner et salt af nitrat og vand.

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

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

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

protonering

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

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

Autoprotolysis

Salpetersyre gennemgår autoprotolyse.

2HNO 3 <=> NO 2 + + NO 3 - + H 2 O

Metaloxidation

I reaktionen med metaller opfører salpetersyre sig ikke som stærke syrer, som reagerer med metaller, danner det tilsvarende salt og frigiver brint i gasform.

Magnesium og mangan reagerer dog varmt med salpetersyre, ligesom de andre stærke syrer gør.

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

Andet

Salpetersyre reagerer med metallsulfitter og danner et nitratsalt, svovldioxid og vand.

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

Og det reagerer også med organiske forbindelser, idet en nitrogruppe erstatter et brint; hvilket udgør grundlaget for syntesen af ​​eksplosive forbindelser, såsom nitroglycerin og trinitrotoluen (TNT).

syntese

Industriel

Det produceres på industrielt niveau ved katalytisk oxidation af ammonium i overensstemmelse med metoden beskrevet af Oswald i 1901. Processen består af tre trin eller trin.

Trin 1: Oxidation af ammonium til nitrogenoxid

Ammonium oxideres med ilt i luften. Reaktionen udføres ved 800 ° C og ved et tryk på 6-7 atm under anvendelse af platin som katalysator. Ammoniak blandes med luft i følgende forhold: 1 volumen ammoniak til 8 volumener luft.

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

Nitrogenoxid produceres i reaktionen, der føres til oxidationskammeret til det næste trin.

Trin 2. Oxidation af nitrogenoxid til nitrogendioxid

Oxidationen udføres af det ilt, der er til stede i luften ved en temperatur under 100 ° C.

2NO (g) + O 2 (g) => 2NO 2 (g)

Trin 3. Opløsning af nitrogenoxid i vand

I dette trin sker dannelsen af ​​salpetersyre.

4NO 2 + 2H 2 O + O 2 => 4HNO 3

Der er flere fremgangsmåder til absorption af nitrogendioxid (NO 2) i vand.

Blandt andre metoder: NO 2 dimeriseres til N 2 O 4 ved lave temperaturer og højt tryk, for at øge dens opløselighed i vand og producere salpetersyre.

3N 2 O 4 + 2H 2 O => 4HNO 3 + 2NO

Salpetersyren produceret ved oxidation af ammonium har en koncentration mellem 50-70%, som kan bringes til 98% ved anvendelse af koncentreret svovlsyre som et dehydratiseringsmiddel, hvilket tillader koncentrationen af ​​salpetersyre at øges.

På laboratoriet

Termisk nedbrydning af kobber (II) nitrat, der producerer nitrogendioxid og iltgasser, der ledes gennem vand til dannelse af salpetersyre; som i Oswald-metoden, der tidligere er beskrevet.

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

Omsætning af en nitratsalt med koncentreret H 2 SO 4. Salpetersyren dannede separeres fra H 2 SO 4 ved destillation ved 83 ° C (kogepunkt salpetersyre).

KNO 3 + H 2 SO 4 => HNO 3 + KHSO 4

Applikationer

Gødningsproduktion

60% af salpetersyreproduktionen anvendes til fremstilling af gødning, især ammoniumnitrat.

Dette er kendetegnet ved dets høje koncentration af nitrogen, en af ​​de tre vigtigste plantenæringsstoffer, hvor nitratet øjeblikkeligt bruges af planterne. I mellemtiden oxideres ammoniak af mikroorganismer, der er til stede i jorden, og bruges som en langvarig gødning.

Industriel

-15% af salpetersyreproduktionen anvendes til fremstilling af syntetiske fibre.

-Det bruges til produktion af salpetersyreestere og salpederivater; såsom nitrocellulose, akrylmaling, nitrobenzen, nitrotoluen, acrylonitriler osv.

-Du kan tilføje nitrogrupper til organiske forbindelser ved at kunne bruge denne egenskab til at fremstille eksplosiver såsom nitroglycerin og trinitrotoluen (TNT).

-Adipinsyre, en forløber for nylon, produceres i stor skala ved oxidation af cyclohexanon og cyclohexanol med salpetersyre.

Metalrensning

Salpetersyre på grund af dens oxidationsevne er meget nyttig til oprensning af metaller, der er til stede i mineraler. Ligeledes bruges det til at opnå elementer såsom uran, mangan, niob og zirconium og til forsuring af fosforsyre for at opnå fosforsyre.

Kongeligt vand

Det blandes med koncentreret saltsyre til dannelse af "aqua regia". Denne opløsning er i stand til at opløse guld og platin, hvilket tillader det anvendelse til oprensning af disse metaller.

Møbel

Salpetersyre bruges til at opnå en antik effekt i møbler fremstillet med fyrretræ. Behandling med en 10% salpetersyreopløsning giver en grå-guldfarve i træmøbler.

Rengøring

-Blandingen af ​​vandige opløsninger af salpetersyre 5-30% og fosforsyre 15-40% anvendes til rengøring af det udstyr, der er anvendt i malkearbejdet, for at eliminere resterne af bundfaldet af magnesiumforbindelserne og calcium.

-Det er nyttigt til rengøring af glas, der bruges i laboratoriet.

Fotografering

Salpetersyre er blevet anvendt i fotografering, specifikt som et tilsætningsstof til jernsulfatudviklere i den våde pladeproces med det formål at fremme en hvidere farve i ambrotyper og farvetoner.

-Det blev brugt til at sænke pH-værdien af ​​kølingsbadets sølvbad, hvilket gjorde det muligt at opnå en reduktion i udseendet af en tåge, der forstyrrede billederne.

Andre

- På grund af dets opløsningsmiddelkapacitet bruges det i analysen af ​​forskellige metaller ved flammeatomisk absorptionsspektrofotometri og induktivt koblet plasmamassespektrofotometri.

-Kombinationen af ​​salpetersyre og svovlsyre blev brugt til omdannelse af almindelig bomuld til cellulosenitrat (salpetersyre).

-Lægemidlet Salcoderm til ekstern brug anvendes til behandling af godartede neoplasmer i huden (vorter, calluses, condylomas og papillomas). Det har egenskaber ved cauterisering, lindring af smerter, irritation og kløe. Salpetersyre er hovedkomponenten i lægemiddelformlen.

-Rød røg salpetersyre og hvid røg salpetersyre bruges som oxidanter til flydende raketbrændstof, især i BOMARC-missilet.

Toksicitet

-I kontakt med huden kan det forårsage forbrændinger i huden, svær smerte og dermatitis.

-Kontakt med øjnene kan forårsage intens smerte, rive og i alvorlige tilfælde skade på hornhinden og blindhed.

-Inhalering af dampe kan forårsage hoste, åndedrætsbesvær, forårsage næseblødninger, laryngitis, kronisk bronkitis, lungebetændelse og lungeødem ved intens eller kronisk eksponering.

-Ved indtagelse er der læsioner i munden, spyt, intens tørst, smerter ved at sluge, intens smerte i fordøjelseskanalen og risiko for perforering af den samme væg.

Referencer

  1. Wikipedia. (2018). Salpetersyre. Gendannet fra: en.wikipedia.org
  2. Pubchem. (2018). Salpetersyre. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Redaktørerne af Encyclopaedia Britannica. (23. november 2018). Salpetersyre. Encyclopædia Britannica. Gendannes fra: britannica.com
  4. Shrestha B. (nd). Egenskaber ved salpetersyre og anvendelser. Kemisk vejledning: tutorials til kemilæring. Gendannes fra: chem-guide.blogspot.com
  5. Kemisk bog. (2017). Salpetersyre. Gendannes fra: Chemicalbook.com
  6. Imanol. (10. september 2013). Salpetersyreproduktion. Gendannet fra: ingenieriaquimica.net
Kemi

Valg af editor

Natriummetabisulfit (Na2S2O5): struktur, egenskaber, anvendelser, risici

Ikke-jernholdige metaller: Struktur, typer, egenskaber

Metoder til adskillelse af heterogene blandinger

Metaller: historie, egenskaber, typer, anvendelser, eksempler

Homogen blanding: egenskaber og eksempler

Metoder til adskillelse af homogene blandinger