Salpeterzuur (HNO3) structuur, eigenschappen, synthese en toepassingen

de salpeterzuur is een anorganische verbinding bestaande uit een stikstofoxozuur. Het wordt als een sterk zuur beschouwd, hoewel de pKa (-1,4) ervan vergelijkbaar is met de pKa van het hydronium-ion (-1,74). Vanaf dit punt is het misschien de "zwakste" van vele bekende sterke zuren.

Het fysieke uiterlijk bestaat uit een kleurloze vloeistof die door opslag verandert in een geelachtige kleur, als gevolg van de vorming van stikstofgassen. De chemische formule is HNO₃. 

Het is enigszins onstabiel en ervaart een lichte ontleding door blootstelling aan zonlicht. Bovendien kan het volledig worden afgebroken door verhitting, waardoor stikstofdioxide, water en zuurstof worden veroorzaakt.

De bovenste afbeelding toont een beetje salpeterzuur dat zich in een maatkolf bevindt. De gele verkleuring, die wijst op gedeeltelijke ontleding, kan worden opgemerkt.

Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van anorganische en organische nitraten, evenals stikstofhoudende verbindingen die worden gebruikt bij de productie van meststoffen, explosieven, tussenproducten van kleurstoffen en verschillende organische chemische verbindingen.

Dit zuur was al bekend bij de alchemisten van de achtste eeuw, die ze "water fortis" noemden. De Duitse chemicus Johan Rudolf Glauber (1648) ontwierp een methode voor de bereiding ervan, die bestond in de verhitting van kaliumnitraat met zwavelzuur.

Het wordt industrieel voorbereid volgens de methode ontworpen door Wilhelm Oswald (1901). De methode bestaat in het algemeen uit de katalytische oxidatie van ammonium, met de opeenvolgende generatie van stikstofmonoxide en stikstofdioxide om salpeterzuur te vormen.

In de atmosfeer, de NO₂ geproduceerd door menselijke activiteit reageert met wolk water, vormt HNO₃. Dan, tijdens de zure regens, slaat het samen met de druppels water weg te eten, bijvoorbeeld, de beelden van de openbare pleinen.

Salpeterzuur is een zeer giftige stof en voortdurende blootstelling aan zijn dampen kan leiden tot chronische bronchitis en chemische longontsteking..

index

• 1 Structuur van salpeterzuur
  • 1.1 Resonantiestructuren
• 2 Fysische en chemische eigenschappen
  • 2.1 Chemische namen
  • 2.2 Molecuulgewicht
  • 2.3 Fysieke verschijning
  • 2.4 Geur
  • 2.5 Kookpunt
  • 2.6 Smeltpunt
  • 2.7 Oplosbaarheid in water
  • 2.8 Dichtheid
  • 2.9 Relatieve dichtheid
  • 2.10 Relatieve dampdichtheid
  • 2.11 Dampspanning
  • 2.12 Ontleding
  • 2.13 Viscositeit
  • 2.14 Corrosie
  • 2.15 Moleculaire enthalpie met verdamping
  • 2.16 Standaard molaire enthalpie
  • 2.17 Standaard molaire entropie
  • 2.18 Oppervlaktespanning
  • 2.19 Geurdrempel
  • 2.20 Dissociatieconstante
  • 2.21 Brekingsindex (η / D)
  • 2.22 Chemische reacties
• 3 Samenvatting
  • 3.1 Industrieel
  • 3.2 In het laboratorium
• 4 Gebruik
  • 4.1 Productie van meststoffen
  • 4.2 Industrieel
  • 4.3 Metaalzuiveringsinstallatie
  • 4.4 Regia water
  • 4.5 Meubilair
  • 4.6 Reiniging
  • 4.7 Fotografie
  • 4.8 Andere
• 5 Toxiciteit
• 6 Referenties

Structuur van salpeterzuur

De structuur van een HNO-molecuul wordt getoond in het bovenste beeld₃ met een model van bollen en staven. Het stikstofatoom, de blauwe bol, bevindt zich in het midden, omgeven door een trigonale vlakgeometrie; de driehoek is echter vervormd door een van de langste hoekpunten.

De moleculen salpeterzuur zijn dan plat. De bindingen N = O, N-O en N-OH vormen de hoekpunten van de platte driehoek. Als dit in detail wordt waargenomen, is de N-OH-binding langgerekt dan de andere twee (waarbij de witte bol zich op het H-atoom bevindt).

Resonantie structuren

Er zijn twee links die dezelfde lengte hebben: N = O en N-O. Dit feit druist in tegen de valentiebindingstheorie, waarin wordt voorspeld dat dubbele bindingen korter zijn dan eenvoudige bindingen. De verklaring hierin ligt in het fenomeen van resonantie, zoals te zien in de afbeelding hieronder.

Beide bindingen, N = O en N-O, zijn daarom equivalent in termen van resonantie. Dit wordt grafisch weergegeven in het model van de structuur door een stippellijn tussen twee O-atomen te gebruiken (zie structuur).

Wanneer de HNO is gedeprotoneerd₃, het stabiele anionnitraat wordt gevormd₃^-. Daarin heeft de resonantie nu betrekking op de drie atomen van O. Dit is de reden waarom de HNO₃ heeft een grote zuurgraad van Bronsted-Lowry (soortdonor van ionen H⁺).

Fysische en chemische eigenschappen

Chemische namen

-Salpeterzuur

-Azotic zuur

-Waterstofnitraat

-Water fortis.

Moleculair gewicht

63.012 g / mol.

Uiterlijke verschijning

Kleurloze of lichtgele vloeistof, die roodbruin kan worden.

geur

Acryl, kenmerkend verstikkend.

Kookpunt

181 ºF tot 760 mmHg (83 ºC).

Smeltpunt

-41.6 ºC.

Oplosbaarheid in water

Zeer oplosbaar en mengbaar met water.

dichtheid

1.513 g / cm³ bij 20 ºC.

Relatieve dichtheid

1,50 (in verhouding tot water = 1).

Relatieve dichtheid van de stoom

2 of 3 keer geschat (in relatie tot lucht = 1).

Stoom druk

63,1 mmHg bij 25 ºC.

ontleding

Door blootstelling aan luchtvochtigheid of warmte kan het worden afgebroken tot stikstofperoxide. Wanneer deze ontleding wordt verhit, stoot hij een zeer giftige rook van stikstofoxide en waterstofnitraat uit.

Salpeterzuur is niet stabiel, kan ontleden bij contact met hitte en blootstelling aan zonlicht, en het uitstoten van stikstofdioxide, zuurstof en water.

viscositeit

1.092 mPa bij 0 ºC en 0,617 mPa bij 40 ºC.

corrosie

Het is in staat om alle basismetalen aan te vallen, behalve aluminium en chroomstaal. Tast sommige soorten kunststof, rubbers en coatings aan. Het is een bijtende en bijtende stof, dus moet uiterst voorzichtig worden behandeld.

Molaire enthalpie van verdamping

39,1 kJ / mol bij 25 ºC.

Standaard molenthalpie

-207 kJ / mol (298ºF).

Standaard molaire entropie

146 kJ / mol (298ºF).

Oppervlaktespanning

-0.04356 N / m bij 0 ºC

-0.04115 N / m bij 20 ºC

-0,0376 N / m bij 40 ° C

Geurdrempel

-Weinig geur: 0,75 mg / m³

-Hoge geur: 250 mg / m³

-Irriterende concentratie: 155 mg / m³.

Dissociatieconstante

pKa = -1,38.

Brekingsindex (η / D)

1,393 (16,5 ºC).

Chemische reacties

hydratatie

-Het kan vaste hydraten vormen, zoals HNO₃∙ H₂O en HNO₃∙ 3H₂Of: "Nitric ice".

Dissociatie in water

Salpeterzuur is een sterk zuur dat op de volgende manier snel geïoniseerd wordt in water:

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

Vorming van zouten

Reageert met basische oxiden die een nitraatzout en water vormen.

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

Evenzo reageert het met basen (hydroxiden), waarbij een nitraatzout en water worden gevormd.

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

En ook met carbonaten en zure carbonaten (bicarbonaten), die ook koolstofdioxide vormen.

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

protonering

Salpeterzuur kan zich ook gedragen als een basis. Om deze reden kan het reageren met zwavelzuur.

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

autoprotolyse

Salpeterzuur ondergaat autoprotoisis.

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

Metaaloxidatie

Bij de reactie met metalen gedraagt ​​salpeterzuur zich niet als sterke zuren, die reageren met metalen die het overeenkomstige zout vormen en waterstof in gasvorm afgeven.

Magnesium en mangaan reageren echter heet met salpeterzuur, net als de andere sterke zuren.

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

anders

Salpeterzuur reageert met metaalsulfieten waardoor een zout van nitraat, zwaveldioxide en water ontstaat.

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

En reageert ook met organische verbindingen, waarbij waterstof wordt vervangen door een nitrogroep; aldus de basis vormend voor de synthese van explosieve verbindingen zoals nitroglycerine en trinitrotolueen (TNT).

synthese

industrieel

Het wordt geproduceerd op industrieel niveau door de katalytische oxidatie van ammonium, volgens de methode beschreven door Oswald in 1901. De procedure bestaat uit drie fasen of stappen.

Fase 1: Oxidatie van ammonium tot stikstofmonoxide

Ammonium wordt geoxideerd door de zuurstof die in de lucht aanwezig is. De reactie wordt uitgevoerd bij 800 ° C en bij een druk van 6-7 atm, met behulp van platina als een katalysator. Ammonium wordt gemengd met lucht met de volgende verhouding: 1 volume ammonium per 8 volumes lucht.

4NH₃ (g) + 50₂ (g) => 4NO (g) + 6H₂O (l)

Bij de reactie wordt stikstofmonoxide geproduceerd, dat voor de volgende stap naar de oxidatiekamer wordt gevoerd.

Fase 2. Oxidatie van stikstofmonoxide in stikstofdioxide

Oxidatie wordt uitgevoerd door de zuurstof die in de lucht aanwezig is bij een temperatuur van minder dan 100 ºC.

2NO (g) + O₂ (g) => 2NO₂ (G)

Stadium 3. Oplossen van stikstofdioxide in water

In deze fase vindt de vorming van salpeterzuur plaats.

4NO₂     +      2H₂O + O₂         => 4HNO₃

Er zijn verschillende methoden voor de absorptie van stikstofdioxide (NO₂) in water.

Onder andere methoden: de NO₂ is gedimeriseerd naar N₂O₄ bij lage temperaturen en hoge druk, om de oplosbaarheid in water te verhogen en salpeterzuur te produceren.

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

Het salpeterzuur geproduceerd door de oxidatie van ammonium heeft een concentratie tussen 50-70%, die tot 98% kan worden gebracht door het gebruik van geconcentreerd zwavelzuur als dehydratatie, waardoor de concentratie salpeterzuur kan toenemen.

In het laboratorium

Thermische ontleding van koper (II) nitraat, produceren van stikstofdioxide en zuurstofgassen, die door water worden gevoerd om salpeterzuur te vormen; zoals het gebeurt in de methode van Oswald, eerder beschreven.

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

Reactie van een nitraatzout met H₂SW₄ geconcentreerd. Het gevormde salpeterzuur wordt gescheiden van H₂SW₄ door destillatie bij 83 ° C (kookpunt van salpeterzuur).

KNO₃   +    H₂SW₄     => HNO₃    +     KHSO₄

toepassingen

Kunstmest productie

60% van de productie van salpeterzuur wordt gebruikt bij de productie van meststoffen, met name ammoniumnitraat.

Dit wordt gekenmerkt door zijn hoge stikstofconcentratie, een van de drie belangrijkste voedingsstoffen van planten, waarbij nitraat direct door planten wordt gebruikt. Ondertussen wordt ammonium geoxideerd door micro-organismen die in de grond aanwezig zijn, en wordt het gebruikt als een langdurige meststof.

industrieel

-15% van de productie van salpeterzuur wordt gebruikt bij de vervaardiging van synthetische vezels.

-Het wordt gebruikt bij de bereiding van salpeterzuuresters en nitroderivaten; zoals nitrocellulose, acrylverf, nitrobenzeen, nitrotolueen, acrylonitrillen, enz..

-Het kan nitrogroepen toevoegen aan organische verbindingen, deze eigenschap kan worden gebruikt om explosieven te maken, zoals nitroglycerine en trinitrotolueen (TNT).

-Adipinezuur, een voorloper van nylon, wordt op grote schaal geproduceerd door de oxidatie van cyclohexanon en cyclohexanol door salpeterzuur.

Metaalreiniger

Salpeterzuur is vanwege zijn oxiderende vermogen zeer nuttig voor de zuivering van metalen in mineralen. Het wordt ook gebruikt voor het verkrijgen van elementen zoals uranium, mangaan, niobium, zirkonium en aanzuren van fosforzuur om fosforzuur te verkrijgen..

Water regia

Het wordt gemengd met geconcentreerd zoutzuur om "agua regia" te vormen. Deze oplossing is in staat om goud en platina op te lossen, wat het gebruik ervan bij de zuivering van deze metalen mogelijk maakt.

meubilair

Salpeterzuur wordt gebruikt om een ​​antiek effect te verkrijgen in meubels gemaakt van grenen hout. De behandeling met een oplossing van salpeterzuur tot 10% produceert een grijs-gouden kleuring in het hout van het meubilair.

schoonmaak

-Het mengsel van waterige oplossingen van salpeterzuur 5-30% en fosforzuur 15-40% wordt gebruikt bij het reinigen van de apparatuur die wordt gebruikt bij het melken, om residuen van de neerslagen van de verbindingen van magnesium en calcium te elimineren.

-Het is nuttig bij het reinigen van het glasmateriaal dat in het laboratorium wordt gebruikt.

fotografie

-Salpeterzuur is in de fotografie gebruikt, specifiek als additief voor ferrosulfaatontwikkelaars in het natte plaatproces, met als doel een wittere kleur in ambrotypes en ferrotypen te bevorderen.

-Het werd gebruikt om de pH van het zilverbad van de collodionplaten te verlagen, waardoor een vermindering van het uiterlijk van een mist die de beelden verstoorde, werd verminderd.

anderen

-Vanwege zijn oplosmiddelcapaciteit wordt het gebruikt voor de analyse van verschillende metalen met behulp van vlamatoomabsorptiespectrofotometrietechnieken en inductieve koppelingsplasmamassaspectrofotometrie.

-De combinatie van salpeterzuur en zwavelzuur werd gebruikt voor de omzetting van gangbaar katoen in cellulosenitraat (nitrietkatoen).

-Het geneesmiddel Salcoderm voor uitwendig gebruik, wordt gebruikt bij de behandeling van goedaardige neoplasma's van de huid (wratten, likdoorns, condylomen en papilloma's). Het heeft eigenschappen van cauterisatie, pijnverlichting, irritatie en jeuk. Salpeterzuur is het hoofdbestanddeel van de medicatieformule.

-Rokend rood salpeterzuur en wit rokend salpeterzuur worden gebruikt als oxidatiemiddelen voor vloeibare raketbrandstoffen, vooral in de BOMARC-raket.

toxiciteit

-In contact met de huid kan brandwonden op de huid, ernstige pijn en dermatitis veroorzaken.

-In contact met de ogen kan ernstige pijn, scheuren en in ernstige gevallen, corneaschade en blindheid veroorzaken.

-Inademing van dampen kan hoesten, kortademigheid, ernstige of chronische neusbloedingen, keelontsteking, chronische bronchitis, longontsteking en longoedeem veroorzaken..

-Door de inname veroorzaakt het laesies in de mond, speekselvloed, intense dorst, pijn om te slikken, hevige pijnen in het gehele spijsverteringskanaal en het risico van perforatie van de wand van hetzelfde..

referenties

1. Wikipedia. (2018). Salpeterzuur. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org
2. PubChem. (2018). Salpeterzuur. Teruggeplaatst van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. De redacteuren van Encyclopaedia Britannica. (23 november 2018). Salpeterzuur. Encyclopædia Britannica. Teruggeplaatst van: britannica.com
4. Shrestha B. (s.f.). Eigenschappen van salpeterzuur en toepassingen. Chem Guide: tutorials voor het leren van chemie. Retrieved from: chem-guide.blogspot.com
5. Chemical Book. (2017). Salpeterzuur. Teruggeplaatst van: chemicalbook.com
6. Imanol. (10 september 2013). Productie van salpeterzuur. Teruggeplaatst van: ingenieriaquimica.net