חומצה חנקתית (HNO3) מבנה, תכונות, סינתזה ושימושים

ה חומצה חנקתית הוא תרכובת אנאורגנית המורכבת מחמצן חנקן. זה נחשב חומצה חזקה, למרות pKa שלה (-1,4) דומה pKa של יון הידרוניום (-1,74). מנקודה זו, זה אולי "חלש" של חומצות חזקות ידועים רבים.

המראה הפיזי שלה מורכב נוזל חסר צבע, אשר על ידי אחסון שינויים בצבע צהבהב, בשל היווצרות של גזי חנקן. הנוסחה הכימית שלה היא HNO₃. 

זה קצת לא יציב, חווה פירוק קל מחשיפה לאור השמש. בנוסף, הוא יכול להתפרק לחלוטין על ידי חימום, גרימת דו תחמוצת חנקן, מים וחמצן.

התמונה העליונה מראה קצת חומצה חנקתית הכלולה בבקבוק volumetric. הצבע הצהוב שלה, המעיד על פירוק חלקי, ניתן לציין.

הוא משמש בייצור של ניטרטים אורגניים ואורגניים, nitroso תרכובות שבהן משמשים לייצור דשנים, חומרי נפץ, צבענים סוכנים מתווכים וכימיקלים אורגניים שונים.

חומצה זו כבר ידועה על ידי האלכימאים של המאה השמינית, אשר הם כינו "מים fortis". הכימאי הגרמני יוהאן רודולף גלאובר (1648) עיצב שיטה להכנתו, שכללה חימום של חנקתי אשלגן עם חומצה גופרתית.

הוא מוכן בתעשייה בעקבות השיטה שתוכננה על ידי וילהלם אוסוולד (1901). השיטה, באופן כללי, מורכבת של חמצון קטליטי של אמוניום, עם הדור הבא של תחמוצת חנקן דו תחמוצת חנקן כדי ליצור חומצה חנקתית.

באווירה, NO₂ המיוצר על ידי הפעילות האנושית מגיב עם מים ענן, להרכיב HNO₃. ואז, במהלך הגשמים חומצי, זה מזרז יחד עם טיפות מים לאכול משם, למשל, הפסלים של הריבועים הציבוריים.

חומצה חנקתית היא תרכובת רעילה מאוד, חשיפה מתמשכת לאדים שלה יכול להוביל ברונכיטיס כרונית ודלקת ריאות כימית..

אינדקס

• מבנה חומצה חנקתית
  • 1.1 מבני תהודה
• תכונות פיסיקליות וכימיות
  • 2.1 שמות כימיים
  • 2.2 משקל מולקולרי
  • 2.3 מראה פיזי
  • 2.4 ריח
  • 2.5 נקודת רתיחה
  • 2.6 נקודת התכה
  • 2.7 מסיסות במים
  • 2.8 צפיפות
  • 2.9 צפיפות יחסית
  • 2.10 צפיפות אדי יחסית
  • 2.11 לחץ אדים
  • 2.12 פירוק
  • 2.13 צמיגות
  • 2.14 קורוזיה
  • 2.15 אפרל אידוי טוחנת
  • 2.16 אנתלפיה טוחנת רגילה
  • 2.17 אנטרופיה טוחנת רגילה
  • 2.18 מתח פנים
  • 2.19 סף ריחות
  • 2.20 דיסוציאציה קבועה
  • 2.21 מדד השבירה (η / D)
  • 2.22 תגובות כימיות
• 3 סיכום
  • 3.1 תעשייה
  • 3.2 במעבדה
• 4 שימושים
  • 4.1 ייצור דשנים
  • 4.2 תעשייה
  • 4.3 מטהר מתכת
  • 4.4 מים של רג'יה
  • 4.5 רהיטים
  • 4.6 ניקוי
  • 4.7 צילום
  • 4.8 אחר
• 5 רעילות
• 6 הפניות

מבנה חומצה חנקתית

המבנה של מולקולת HNO מוצג בתמונה העליונה₃ עם מודל של כדורים וברים. אטום החנקן, הכדור הכחול, נמצא במרכז, מוקף בגיאומטריה של מטריצה; עם זאת, המשולש הוא מעוות על ידי אחד הקודקודים הארוך ביותר שלה.

המולקולות של חומצה חנקתית אז שטוח. הקשרים N = O, N-O ו- N-OH מהווים את קודקודי המשולש השטוח. אם נמדד בפירוט, הקשר N-OH הוא מוארך יותר מאשר שני האחרים (שבו הכדור הלבן ממוקם המייצג את האטום H).

מבנים תהודה

ישנם שני קישורים בעלי אורך זהה: N = O ו- N-O. עובדה זו נוגדת את תורת האג"ח של שוויון, כאשר אג"ח כפולות צפויות להיות קצרות מאג"ח פשוטות. ההסבר לכך נמצא בתופעת התהודה, כפי שניתן לראות בתמונה למטה.

שתי הקשרים, N = O ו- N-O, הם לפיכך מקבילים במונחים של תהודה. זה מיוצג בצורה גרפית במודל של המבנה באמצעות קו מקווקו בין שני אטומי O (ראה מבנה).

כאשר HNO הוא deprotonated₃, את החנקתי אניון יציב נוצר₃^-. בתוכה, התהודה כוללת כעת את שלושת האטומים של O. זו הסיבה מדוע HNO₃ יש חומציות רבה של Bronsted-Lowry (מינים התורם של יונים H⁺).

תכונות פיסיקליות וכימיות

שמות כימיים

-חומצה חנקתית

-חומצה אזוטית

-חנקן מימן

-מים.

משקל מולקולרי

63,012 גרם / מול.

מראה פיזי

חסר צבע צהוב או חיוור, אשר עשוי להפוך חום אדמדם.

ריח

אקרידי, אופייני מחניק.

נקודת רתיחה

181 מעלות צלזיוס עד 760 מ"מ כספית (83ºC).

נקודת התכה

-41.6 מעלות צלזיוס.

מסיסות במים

מסיס מאוד ומסתובב במים.

צפיפות

1,513 גרם / ס"מ³ ב 20 מעלות צלזיוס.

צפיפות יחסית

1.50 (ביחס למים = 1).

צפיפות יחסית של הקיטור

2 או 3 פעמים משוער (ביחס לאוויר = 1).

לחץ אדים

63.1 מ"מ כספית ב 25 מעלות צלסיוס.

פירוק

בשל חשיפה לחות באטמוספירה או חום, הוא יכול להתפרק כדי ליצור חמצן חנקן. כאשר פירוק זה מחומם, הוא פולט עשן רעיל מאוד של תחמוצות חנקן וחנקן מימן.

חומצה חנקתית אינו יציב, להיות מסוגל להתפרק במגע עם חום וחשיפה לאור השמש, פליטת דו תחמוצת החנקן, החמצן והמים.

צמיגות

1,092 mPa ב 0 ºC, ו 0,617 mPa ב 40 מעלות צלזיוס.

קורוזיה

הוא מסוגל לתקוף את כל המתכות הבסיסיות, למעט אלומיניום ופלדה כרום. תקיפות כמה זנים של חומר פלסטי, גומי ציפויים. זהו חומר מאכל ו מאכל, ולכן זה חייב להיות מטופל בזהירות רבה.

טוחנת אנתלפיה של אידוי

39.1 ק"ג / מול ב 25 מעלות צלזיוס.

אנתלפיה רגילה טוחנת

-207 kJ / mol (298ºF).

אנטרופיה טוחנת רגילה

146 kJ / mol (298ºF).

מתח הפנים

-0.04356 N / m ב -0 ºC

-0.04115 N / m ב 20 ° C

-0.0376 N / m ב 40 מעלות צלזיוס

סף ריח

-ריח נמוך: 0.75 מ"ג / מ '³

-ריח גבוה: 250 מ"ג / מ '³

-ריכוז חריף: 155 מ"ג / מ '³.

דיסוציאציה קבועה

pKa = -1.38.

מקדם השבירה (η / D)

1,393 (16.5 מעלות צלזיוס).

תגובות כימיות

הידראציה

-זה יכול ליצור hydrates מוצק, כגון HNO₃∙ ח₂O ו HNO₃∙ 3H₂או: "קרח חנקני".

דיסוציאציה במים

חומצה חנקתית היא חומצה חזקה כי הוא מיונן במהירות במים בדרך הבאה:

HNO₃ (l) + H₂O (l) => H₃הו⁺ (ac) + NO₃^-

גיבוש מלחים

מגיב עם תחמוצות בסיסיות להרכיב מלח חנקתי ומים.

קאו (ים) + 2 HNO₃ (l) => Ca (NO₃)₂ (AC) + H₂O (l)

כמו כן, הוא מגיב עם בסיסים (hydroxides), ויצרו מלח חנקה ומים.

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

וגם עם פחמתי וחומצה פחמתי (bicarbonates), גם להרכיב פחמן דו חמצני.

Na₂CO₃ (AC) + HNO₃ (l) => NaNO₃ (AC) + H₂O (l) + CO₂ (ז)

פרוטציה

חומצה חנקתית יכולה גם להתנהג כמו בסיס. מסיבה זו, הוא יכול להגיב עם חומצה גופרתית.

HNO₃   +   2H₂לכן₄    <=>      לא₂⁺    +     ח₃הו⁺     +      2HSO₄^-

סודיות עצמית

חומצה חנקתית עובר autoprotoisis.

2 HNO₃  <=>  לא₂⁺   +    לא₃^-    +      ח₂הו

מתכת חמצון

בתגובה עם מתכות חומצה חנקתית לא מתנהג כמו חומצות חזקות, אשר מגיבים עם מתכות להרכיב את מלח המקביל ושחרור מימן בצורת גז.

עם זאת, מגנזיום מנגן להגיב חם עם חומצה חנקתית, כמו גם חומצות חזקות אחרות.

MG (ים) + 2 HNO₃ (l) => Mg (NO₃)₂ (AC) + H₂ (ז)

אחר

חומצה חנקתית מגיב עם סולפיטים מתכת גורם למלח של חנקתי, דו תחמוצת הגופרית ומים.

Na₂לכן₃ (ים) + 2 HNO₃ (l) => 2 NaNO₃ (ac) + SO₂ (ז) + ח₂O (l)

וגם מגיב עם תרכובות אורגניות, החלפת מימן עבור קבוצת nitro; ובכך מהווים את הבסיס לסינתזה של תרכובות נפץ כגון ניטרוגליצרין ו trinitrotoluene (TNT).

סינתזה

תעשייה

הוא מיוצר ברמה תעשייתית על ידי חמצון קטליטי של אמוניום, על פי השיטה המתוארת על ידי Oswald בשנת 1901. הנוהל מורכב משלושה שלבים או צעדים.

שלב 1: חמצון של אמוניום כדי תחמוצת החנקן

אמוניום הוא מחומצן על ידי נוכחות החמצן באוויר. התגובה מתבצעת ב 800 מעלות צלזיוס בלחץ של 6-7 atm, עם השימוש של פלטינה כזרז. אמוניום מעורבב עם האוויר עם היחס הבא: נפח 1 של אמוניום לכל 8 כרכים של אוויר.

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

בתגובה, תחמוצת החנקן מיוצר, אשר נלקח לחדר חמצון לשלב הבא.

שלב 2. חמצון של תחמוצת חנקן דו תחמוצת החנקן

חמצון מתבצע על ידי חמצן נוכח באוויר בטמפרטורה מתחת 100 מעלות צלסיוס.

2NO (g) + O₂ (g) => 2NO₂ (ז)

שלב 3. פירוק של דו תחמוצת חנקן במים

בשלב זה נוצר היווצרות של חומצה חנקתית.

4NO₂     +      2H₂O + O₂         => 4HNO₃

ישנן מספר שיטות לקליטה של ​​דו תחמוצת החנקן (NO₂) במים.

בין היתר: NO₂ הוא dimerized ל N₂הו₄ בטמפרטורות נמוכות ובלחץ גבוה, על מנת להגביר את מסיסותו במים ולייצר חומצה חנקתית.

3N₂הו₄   +     2H₂O => 4HNO₃    +      2NO

חומצה חנקתית המיוצרת על ידי חמצון של אמוניה שיש ריכוז של בין 50-70%, אשר יכול להתבצע באמצעות 98% מרוכזים חומצה גופרתית בתור Dehydrating המאפשר הגדלת הריכוז של חומצה חנקתית.

במעבדה

פירוק תרמי של נחושת חנקתי (II), הפקת גז וחנקן דו חמצני חנקן, אשר עברו במים כדי ליצור חומצה חנקתית; כפי שקורה בשיטה של ​​אוסוולד, שתואר לעיל.

2Cu (NO₃)₂    => 2CuO + 4NO₂    +     הו₂

תגובה של מלח חנקתי עם H₂לכן₄ להתרכז חומצה חנקתית נוצר מופרד מ H₂לכן₄ על ידי זיקוק ב 83 ° C (נקודת הרתיחה של חומצה חנקתית).

KNO₃   +    ח₂לכן₄     => HNO₃    +     KHSO₄

שימושים

ייצור דשנים

60% מהייצור של חומצה חנקתית משמש לייצור דשנים, בעיקר אמוניום חנקתי.

זה מאופיין על ידי ריכוז גבוה של חנקן, אחד משלושת החומרים המזינים העיקריים של הצמחים, באמצעות ניטראט מיד על ידי צמחים. בינתיים, אמוניום הוא מחומצן על ידי מיקרואורגניזמים הקיימים באדמה, והוא משמש דשן לטווח ארוך.

תעשייה

-15% מהייצור של חומצה חנקתית משמש לייצור סיבים סינתטיים.

-הוא משמש בפירוט של אסטרים חומצה חנקתית nitroderivatives; כגון ניטרוצלולוזה, צבעי אקריליק, ניטרובנזן, ניטרוטולה, אקרילוניטרילים וכו '..

-זה יכול להוסיף קבוצות ניטרו תרכובות אורגניות, נכס זה יכול לשמש לייצור חומרי נפץ כגון ניטרוגליצרין ו trinitrotoluene (TNT).

-חומצה אדיפיק, מבשר של ניילון, מיוצר בקנה מידה גדול על ידי חמצון של cyclohexanone ו cyclohexanol ידי חומצה חנקתית.

מטהר מתכת

חומצה חנקתית, בשל יכולת החמצון שלה, הוא מאוד שימושי טיהור של מתכות נוכח מינרלים. כמו כן הוא משמש אלמנטי קבלה כגון אורניום, מנגן, ניוביום, זירקוניום, החמצה של הפורטוריקנים של חומצה זרחתית.

מים

הוא מעורבב עם חומצה הידרוכלורית מרוכזת כדי ליצור "agua regia". פתרון זה מסוגל להמיס זהב ופלטינה, המאפשרת את השימוש שלה טיהור של מתכות אלה.

ריהוט

חומצה חנקתית משמש להשגת אפקט עתיק ברהיטים שנעשו עם עץ האורן. הטיפול עם תמיסה של חומצה חנקתית ל -10% מייצר צבע אפור-זהב בעץ של הרהיטים.

ניקוי

-התערובת של תמיסות מימיות של חומצה חנקתית 5-30% חומצה זרחתית 15-40% משמשת לניקוי הציוד המשמש את חליבת העבודה על מנת להסיר שאריות של משקעים של תרכובות סידן ומגנזיום.

-זה שימושי לניקוי חומר זכוכית המשמש במעבדה.

צילום

-חומצה חנקתית משמש בצילום, במיוחד כתוסף המפתחים של ברזל סולפט בתהליך של צלחת רטובה, כדי לקדם יותר לבן אמברוטייפ ו ferrotypes.

-הוא שימש כדי להקטין את ה- pH של אמבט הכסף של צלחות קולודיון, אשר אפשרה להשיג ירידה במראה של ערפל שהפריע לתמונות.

אחרים

-בגלל הכח הממס שלה, הוא משמש בניתוח של מתכות שונות על ידי טכניקות spectrophotometry spectrophotometry להבה אטומית קליטה ומסת אינדוקטיבי פלזמה מצמידה.

-השילוב של חומצה חנקתית וחומצה גופרתית שימש להמרת כותנה משותפת לתוך חנקתי תאית (כותנה חנקתי).

-סלקודרם התרופה לשימוש חיצוני, משמש לטיפול של שפעת שפירים של העור (יבלות, יבלות, קונדיומות ופפילומות). יש לו תכונות של ציד, הקלה בכאב, גירוי וגירוד. חומצה חנקתית היא המרכיב העיקרי של נוסחת התרופות.

-חומצה חנקתית אדומה, חומצה חנקתית לבנה, משמשות כחמצון לדלקים נוזליים, בעיקר בטיל בומארק.

רעילות

-במגע עם העור יכול לגרום כוויות על העור, כאבים חמורים דרמטיטיס.

-במגע עם העיניים יכול לגרום כאב חמור, קריעה במקרים חמורים, נזק קרנית עיוורון.

-שאיפת אדים יכולים לגרום לשיעול, קוצר נשימה, וכתוצאה מכך חשיפות אינטנסיבי או דימומים מהאף כרונית, דלקת גרון, ברונכיטיס כרונית, דלקת ריאות ובצקת ריאות.

-על ידי נגעי בליעה בפה, ריור, צמא עז, כאבים בבליעה, כאב חמור לאורך כל מערכת עיכול סיכון הניקוב של הקיר ממנו מתרחש.

הפניות

1. ויקיפדיה. (2018). חומצה חנקתית. מקור: en.wikipedia.org
2. PubChem. (2018). חומצה חנקתית. מקור: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. עורכי האנציקלופדיה בריטניקה. (23 בנובמבר 2018). חומצה חנקתית. אנציקלופדיה בריטניקה. מקור: britannica.com
4. Shrestha ב (s.f.). תכונות חומצה חנקתית ושימושים. מדריך כימית: הדרכות ללמידה כימית. מקור: chem-guide.blogspot.com
5. ספר כימי. (2017). חומצה חנקתית. מקור:
6. אימאנול (10 בספטמבר 2013). ייצור חומצה חנקתית. מקור: ingenieriaquimica.net