SALPETERSYRA (HNO3): STRUKTUR, EGENSKAPER, SYNTES OCH ANVÄNDNINGAR - KEMI - 2026

Den salpetersyra är en oorganisk förening bestående av en oxosyra av kväve. Det anses vara en stark syra, även om dess pKa (-1,4) liknar pKa för hydroniumjonen (-1,74). Från denna punkt är det kanske den "svagaste" av många kända starka syror.

Dess fysiska utseende består av en färglös vätska som ändras till en gulaktig färg vid lagring på grund av bildandet av kvävgas. Dess kemiska formel är HNO ₃ .

Källa: Aleksander Sobolewski via Wikimedia Commons

Det är något instabilt, genomgår en liten sönderdelning från exponering för solljus. Dessutom kan den helt sönderdelas genom uppvärmning, vilket ger upphov till kvävedioxid, vatten och syre.

Bilden ovan visar en mängd salpetersyra i en volumetrisk kolv. Dess gula färg kan ses, vilket tyder på en partiell sönderdelning.

Det används vid tillverkning av oorganiska och organiska nitrater, liksom i nitrosoföreningar som används vid tillverkning av gödselmedel, sprängämnen, mellanprodukter för färgämnen och olika organiska kemiska föreningar.

Denna syra var redan känd för 800-talets alkymister, som de kallade "agua fortis". Den tyska kemisten Johan Rudolf Glauber (1648) utformade en metod för dess beredning, som bestod av att värma kaliumnitrat med svavelsyra.

Den framställs industriellt enligt metoden designad av Wilhelm Oswald (1901). Metoden, i allmänna linjer, består av den katalytiska oxidationen av ammonium, med successiv bildning av kväveoxid och kvävedioxid för att bilda salpetersyra.

I atmosfären reagerar NO _{2 som} produceras genom mänsklig aktivitet med vatten i moln och bildar HNO ₃ . Sedan, under sura regn, fälls det ut tillsammans med droppar vatten och äter bort till exempel statyerna i offentliga torg.

Salpetersyra är en mycket giftig förening, och kontinuerlig exponering för dess ångor kan orsaka kronisk bronkit och kemisk lunginflammation.

Salpetersyrastruktur

Källa: Ben Mills, från Wikimedia Commons

Den övre bilden visar strukturen för en HNO _3- molekyl med en sfär- och stångmodell. Kväveatomen, den blå sfären, ligger i mitten, omgiven av en trigonal plangeometri; triangeln är dock förvrängd av en av de längsta topparna.

Salpetersyramolekyler är sedan platta. N = O, NO och N-OH-bindningarna utgör vertikalerna i den platta triangeln. Om du tittar noga är N-OH-bindningen mer långsträckt än de andra två (där den vita sfären som representerar H-atomen finns).

Resonansstrukturer

Det finns två länkar som har samma längd: N = 0 och NEJ. Detta faktum strider mot teorin om valensobligationer, där dubbelbindningar förutses vara kortare än enkelbindningar. Förklaringen till detta ligger i fenomenet resonans, som ses på bilden nedan.

Källa: Ben Mills, från Wikimedia Commons

Båda bindningarna, N = O och NO, är därför likvärdiga vad gäller resonans. Detta representeras grafiskt i strukturmodellen genom att använda en streckad linje mellan två O-atomer (se struktur).

När HNO ₃ avprotoneras , ^bildas den stabila nitratanjonen NO ₃ ^- . I den involverar resonansen nu alla tre O-atomerna. Detta är anledningen till att HNO ₃ har en hög Bronsted-Lowry-surhet (H ⁺ jon-donatorarter ).

Fysiska och kemiska egenskaper

Kemiska namn

-Salpetersyra

-Azotisk syra

-Vätenitrat

-Agua fortis.

Molekylvikt

63,012 g / mol.

Fysiskt utseende

Färglös eller blekgul vätska, som kan bli rödbrun.

Odör

Skarp, kvävande egenskap.

Kokpunkt

181 ° F till 760 mmHg (83 ° C).

Smältpunkt

-41.6 ° C

Vattenlöslighet

Mycket löslig och blandbar med vatten.

Densitet

1,513 g / cm ³ vid 20 ° C.

Relativ densitet

1,50 (i förhållande till vatten = 1).

Relativ ångdensitet

2 eller 3 gånger uppskattade (i förhållande till luft = 1).

Ångtryck

63,1 mmHg vid 25 ° C

Sönderfall

Vid exponering för atmosfärisk luftfuktighet eller värme kan det sönderdelas och bildar kväveperoxid. När den upphettas till sönderdelning avger den en mycket giftig kväveoxid och vätnitrat.

Salpetersyra är inte stabil och kan sönderdelas i kontakt med värme och exponering för solljus och avge kvävedioxid, syre och vatten.

Viskositet

1.092 mPa vid 0 ° C och 0,617 mPa vid 40 ° C.

Korrosion

Den kan attackera alla basmetaller, utom aluminium och kromstål. Angriper vissa av sorterna av plast, gummi och beläggningar. Det är ett kaustiskt och frätande ämne, så det måste hanteras med stor försiktighet.

Molar entalpy of Vaporization

39,1 kJ / mol vid 25 ° C

Standard molär entalpi

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standard molär entropi

146 kJ / mol (298 ° F).

Ytspänning

-0.04356 N / m vid 0 ° C

-0.04115 N / m vid 20 ºC

-0,0376 N / m vid 40 ºC

Lukttröskel

-Låg lukt: 0,75 mg / m ³

-Hög lukt: 250 mg / m ³

-Irriterande koncentration: 155 mg / m ³ .

Dissociation konstant

pKa = -1,38.

Brytningsindex (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Kemiska reaktioner

Hydra

-Det kan bilda fasta hydrater, såsom HNO ₃ ∙ H ₂ O och HNO ₃ ∙ 3H ₂ O: ”salpetersyra is”.

Dissociation i vatten

Salpetersyra är en stark syra som joniserar snabbt i vatten på följande sätt:

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

Saltbildning

Reagerar med basiska oxider för att bilda ett nitratsalt och vatten.

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

På samma sätt reagerar den med baser (hydroxider) och bildar ett salt av nitrat och vatten.

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

Och även med karbonater och sura karbonater (bikarbonater), som också bildar koldioxid.

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

protonisering

Salpetersyra kan också bete sig som en bas. Av denna anledning kan den reagera med svavelsyra.

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

autoprotolys

Salpetersyra genomgår autoprotolys.

2HNO ₃ <=> NO ₂ ⁺ + NO ₃ ^- + H ₂ O

Metalloxidation

Vid reaktionen med metaller uppträder salpetersyra inte som starka syror, som reagerar med metaller, bildar motsvarande salt och frisätter väte i gasform.

Men magnesium och mangan reagerar varmt med salpetersyra, precis som de andra starka syrorna gör.

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

Övrig

Salpetersyra reagerar med metallsulfiter och bildar ett nitratsalt, svaveldioxid och vatten.

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

Och den reagerar också med organiska föreningar och ersätter en väte med en nitrogrupp; vilket utgör grunden för syntesen av explosiva föreningar såsom nitroglycerin och trinitrotoluen (TNT).

Syntes

Industriell

Det produceras på industriell nivå genom katalytisk oxidation av ammonium, enligt metoden som beskrivs av Oswald 1901. Processen består av tre steg eller steg.

Steg 1: Oxidation av ammonium till kväveoxid

Ammonium oxideras av syre i luften. Reaktionen genomföres vid 800 ° C och vid ett tryck av 6-7 atm med användning av platina som katalysator. Ammoniak blandas med luft i följande förhållande: 1 volym ammoniak till 8 volymer luft.

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

Kväveoxid produceras i reaktionen, som föras till oxidationskammaren för nästa steg.

Steg 2. Oxidation av kväveoxid till kvävedioxid

Oxidationen utförs av syre som finns i luften vid en temperatur under 100 ° C.

2NO (g) + O ₂ (g) => 2NO ₂ (g)

Steg 3. Upplösning av kvävedioxid i vatten

I detta steg sker bildningen av salpetersyra.

4NO ₂ + 2H ₂ O + O ₂ => 4HNO ₃

Det finns flera metoder för absorption av kvävedioxid (NO ₂ ) i vatten.

Bland andra metoder: NEJ ₂ dimeriseras till N ₂ O ₄ vid låga temperaturer och högt tryck, för att öka dess löslighet i vatten och producera salpetersyra.

3N ₂ O ₄ + 2H ₂ O => 4HNO ₃ + 2NO

Salpetersyra som produceras genom oxidation av ammonium har en koncentration mellan 50-70%, som kan bringas till 98% genom att använda koncentrerad svavelsyra som ett dehydratiseringsmedel, vilket tillåter koncentrationen av salpetersyra att öka.

På laboratoriet

Termisk sönderdelning av koppar (II) nitrat, som producerar kvävedioxid och syrgas, som passerar genom vatten för att bilda salpetersyra; som i Oswald-metoden, som tidigare beskrivits.

2Cu (NO ₃ ) ₂ => 2CuO + 4NO ₂ + O ₂

Reaktion av ett nitratsalt med koncentrerad H ₂ SO ₄ . Den salpetersyra som bildas separeras från H ₂ SO ₄ genom destillation vid 83 ° C (kokpunkten för salpetersyra).

KNO ₃ + H ₂ SO ₄ => HNO ₃ + KHSO ₄

tillämpningar

Gödselproduktion

60% av salpetersyraproduktionen används för tillverkning av gödselmedel, särskilt ammoniumnitrat.

Detta kännetecknas av dess höga koncentration av kväve, ett av de tre huvudsakliga växtnäringsämnena, och nitratet används omedelbart av växterna. Under tiden oxideras ammoniak av mikroorganismer som finns i marken och används som ett långsiktigt gödselmedel.

Industriell

-15% av salpetersyraproduktionen används för tillverkning av syntetfibrer.

-Det används vid produktion av salpetersyraestrar och salterivat; såsom nitrocellulosa, akrylfärger, nitrobensen, nitrotoluen, akrylonitriler, etc.

-Du kan lägga till nitrogrupper till organiska föreningar genom att kunna använda den här egenskapen för att skapa sprängämnen som nitroglycerin och trinitrotoluen (TNT).

-Adipinsyra, en föregångare till nylon, produceras i stor skala genom oxidation av cyklohexanon och cyklohexanol med salpetersyra.

Metallrenare

Salpetersyra på grund av dess oxidationsförmåga är mycket användbar vid rening av metaller närvarande i mineraler. På samma sätt används det för att erhålla element såsom uran, mangan, niob och zirkonium och för surgöring av fosforsyror för att erhålla fosforsyra.

Kungligt vatten

Den blandas med koncentrerad saltsyra för att bilda "aqua regia". Denna lösning kan lösa guld och platina, vilket möjliggör användning för rening av dessa metaller.

möbel

Salpetersyra används för att få en antik effekt i möbler tillverkade med tall. Behandling med en 10% salpetersyralösning ger en gråguldfärgning i träets möbler.

Rengöring

-Blandningen av vattenhaltiga lösningar av salpetersyra 5-30% och fosforsyra 15-40% används för rengöring av utrustningen som används i mjölkningsarbetet för att eliminera resterna av fällningarna i magnesiumföreningarna och kalcium.

-Det är användbart vid rengöring av glas som används i laboratoriet.

Fotografi

- Salpetersyra har använts i fotografering, speciellt som ett tillsatsmedel för järnhaltiga sulfatutvecklare i processen med våtplatta, i syfte att främja en vitare färg i ambrotyper och färgtoner.

-Det användes för att sänka pH i silverbadet i kollisionsplattorna, vilket möjliggjorde en minskning av utseendet på en dimma som störde bilderna.

Övriga

- På grund av dess lösningsmedelskapacitet används det i analysen av olika metaller med hjälp av flamatomabsorptionsspektrofotometri och induktivt kopplad plasmamasspektrofotometri.

-Kombinationen av salpetersyra och svavelsyra användes för omvandling av vanlig bomull till cellulosanitrat (salpetersyra).

-Läkemedlet Salcoderm för extern användning används vid behandling av godartade neoplasmer i huden (vårtor, kallus, kondylom och papillom). Det har cauteriserande egenskaper, lindrar smärta, irritation och klåda. Salpetersyra är huvudkomponenten i läkemedelsformeln.

-Röd rykande salpetersyra och vit rökning salpetersyra används som oxidationsmedel för flytande raketbränsle, särskilt i BOMARC-missilen.

Giftighet

-Vid kontakt med huden kan det orsaka hudförbränningar, svår smärta och dermatit.

-Kontakt med ögonen kan orsaka intensiv smärta, rivning och i allvarliga fall skador på hornhinnan och blindhet.

-Inandning av ångor kan orsaka hosta, andningsbesvär, orsaka näsblödningar, laryngit, kronisk bronkit, lunginflammation och lungödem vid intensiv eller kronisk exponering.

-Ett intag, det finns lesioner i munnen, saliv, intensiv törst, sväljer att svälja, intensiv smärta i hela matsmältningskanalen och risk för perforering av samma vägg.

referenser

1. Wikipedia. (2018). Salpetersyra. Återställd från: en.wikipedia.org
2. PubChem. (2018). Salpetersyra. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Redaktörerna för Encyclopaedia Britannica. (23 november 2018). Salpetersyra. Encyclopædia Britannica. Återställd från: britannica.com
4. Shrestha B. (nd). Egenskaper för salpetersyra och användningsområden. Kemihandbok: handledning för kemiinlärning. Återställd från: chem-guide.blogspot.com
5. Kemisk bok. (2017). Salpetersyra. Återställd från: chemicalbook.com
6. Imanol. (10 september 2013). Salpetersyraproduktion. Återställd från: ingenieriaquimica.net