Slāpekļskābes (HNO3) struktūra, īpašības, sintēze un izmantošana

The slāpekļskābe ir neorganisks savienojums, kas sastāv no slāpekļa oksoskābes. To uzskata par spēcīgu skābi, lai gan tā pKa (-1,4) ir līdzīgs hidronija jonu pKa (-1,74). No šī brīža varbūt tā ir "vājākā" no daudzām pazīstamām spēcīgām skābēm.

Tā fizikālais izskats sastāv no bezkrāsaina šķidruma, kas, uzglabājot slāpekli, rodas dzeltenā krāsā. Tā ķīmiskā formula ir HNO₃. 

Tas ir nedaudz nestabils, radot nelielu sadalīšanos no saules gaismas iedarbības. Turklāt tas var pilnīgi sadalīties, karsējot, izraisot slāpekļa dioksīdu, ūdeni un skābekli.

Augšējā attēlā redzams mērkolbā esošais slāpekļskābes daudzums. Tās dzelteno krāsu, kas norāda uz daļēju sadalīšanos, var atzīmēt.

To lieto neorganisko un organisko nitrātu, kā arī slāpekļa savienojumu ražošanā, ko izmanto mēslošanas līdzekļu, sprāgstvielu, krāsu un dažādu organisko ķīmisko savienojumu ražošanā..

Šī skābe jau bija pazīstama astoņdesmitā gadsimta alķīmiķiem, ko viņi sauca par "ūdens fortu". Vācu ķīmiķis Johans Rudolfs Glaubers (1648) izstrādāja tās sagatavošanas metodi, kas sastāvēja no kālija nitrāta sildīšanas ar sērskābi..

Tas ir rūpnieciski sagatavots, izmantojot Wilhelm Oswald (1901) izstrādāto metodi. Metode parasti sastāv no amonija katalītiskās oksidēšanas ar secīgu slāpekļa oksīda un slāpekļa dioksīda veidošanos, veidojot slāpekļskābi..

Atmosfērā NO₂ ko rada cilvēka darbība, reaģē ar mākoņu ūdeni, veidojot HNO₃. Tad, skābju lietus laikā, tas nogulsnējas kopā ar ūdens pilieniem, piemēram, publisko laukumu statujas..

Slāpekļskābe ir ļoti toksisks savienojums, un nepārtraukta tās tvaiku iedarbība var izraisīt hronisku bronhītu un ķīmisko pneimoniju..

Indekss

• 1 Slāpekļskābes struktūra
  • 1.1. Rezonanses struktūras
• 2 Fizikālās un ķīmiskās īpašības
  • 2.1 Ķīmiskie nosaukumi
  • 2.2. Molekulmasa
  • 2.3 Fiziskais izskats
  • 2.4 Smarža
  • 2.5 Viršanas punkts
  • 2.6 Kušanas punkts
  • 2.7 Šķīdība ūdenī
  • 2.8 Blīvums
  • 2.9 Relatīvais blīvums
  • 2.10 Relatīvais tvaiku blīvums
  • 2.11. Tvaika spiediens
  • 2.12 Sadalīšanās
  • 2.13 Viskozitāte
  • 2.14 Korozija
  • 2,15 Molārā iztvaikošanas entalpija
  • 2.16 Standarta molārā entalpija
  • 2.17 Standarta molārā entropija
  • 2.18 Virsmas spriedze
  • 2.19 Smaržas slieksnis
  • 2.20 Disociācijas konstante
  • 2.21. Refrakcijas indekss (η / D)
  • 2.22 Ķīmiskās reakcijas
• 3 Kopsavilkums
  • 3.1 Rūpniecība
  • 3.2. Laboratorijā
• 4 Lietojumi
  • 4.1. Mēslošanas līdzekļu ražošana
  • 4.2 Rūpnieciskais
  • 4.3 Metāla attīrītājs
  • 4.4 Regia ūdens
  • 4.5. Mēbeles
  • 4.6 Tīrīšana
  • 4.7 Fotogrāfija
  • 4.8 Citi
• 5 Toksicitāte
• 6 Atsauces

Slāpekļskābes struktūra

HNO molekulas struktūra ir parādīta augšējā attēlā₃ ar sfēru un bāru modeli. Slāpekļa atoms, zilā sfēra, atrodas centrā, ko ieskauj trigonālās plaknes ģeometrija; tomēr trijstūris ir izkropļots ar vienu no tā garākajām virsotnēm.

Slāpekļskābes molekulas ir līdzenas. Saites N = O, N-O un N-OH veido plakanā trijstūra virsotnes. Detalizēti novērojot, N-OH saite ir daudz garāka nekā pārējie divi (kur balta sfēra atrodas, pārstāvot H atomu).

Rezonanses struktūras

Ir divas saites ar vienādu garumu: N = O un N-O. Šis fakts ir pretrunā ar valences obligāciju teoriju, kurā tiek prognozēts, ka dubultās saites ir īsākas nekā vienkāršas obligācijas. Šajā skaidrojums ir rezonanses fenomens, kā redzams zemāk redzamajā attēlā.

Tāpēc abas saites, N = O un N-O, līdzvērtīgas rezonanses ziņā. Tas grafiski attēlots struktūras modelī, izmantojot svītrotu līniju starp diviem O atomiem (sk. Struktūru)..

Kad HNO ir deprotonēts₃, veidojas stabils anjonu nitrāts₃^-. Tajā rezonansē tagad ir trīs O atomi. Tas ir iemesls, kāpēc HNO₃ ir liels skābums Bronsted-Lowry (sugu donoru sugas H⁺).

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Ķīmiskie nosaukumi

-Slāpekļskābe

-Azotiskā skābe

-Ūdeņraža nitrāts

-Ūdens fortis.

Molekulmasa

63,012 g / mol.

Fiziskais izskats

Bezkrāsains vai gaiši dzeltens šķidrums, kas var kļūt sarkanīgi brūns.

Smarža

Acrid, raksturīga nosmakšana.

Viršanas punkts

181 ° F līdz 760 mmHg (83 ° C).

Kušanas punkts

-41,6 ° C.

Šķīdība ūdenī

Ļoti labi šķīst un sajaucas ar ūdeni.

Blīvums

1,513 g / cm³ 20 ° C temperatūrā.

Relatīvais blīvums

1,50 (attiecībā pret ūdeni = 1).

Tvaika relatīvais blīvums

2 vai 3 reizes novērtētas (attiecībā pret gaisu = 1).

Tvaika spiediens

63,1 mmHg pie 25 ° C.

Sadalīšanās

Pateicoties atmosfēras mitruma vai siltuma iedarbībai, tas var sadalīties, veidojot slāpekļa peroksīdu. Kad šī sadalīšanās notiek, tas izdala ļoti toksisku slāpekļa oksīda un ūdeņraža nitrāta dūmu.

Slāpekļskābe nav stabila, tā var sadalīties saskarē ar karstumu un saules staru iedarbībai, kā arī emitējot slāpekļa dioksīdu, skābekli un ūdeni..

Viskozitāte

1,092 mPa pie 0 ° C un 0,617 mPa pie 40 ° C.

Korozija

Tas spēj uzbrukt visiem pamatmetāliem, izņemot alumīniju un hromu. Uzbrūk dažām plastmasas materiālu, gumiju un pārklājumu šķirnēm. Tā ir kodīga un kodīga viela, tāpēc tā ir jārīkojas ļoti piesardzīgi.

Iztvaicēšanas molārā entalpija

39,1 kJ / mol 25 ° C temperatūrā.

Standarta molārā entalpija

-207 kJ / mol (298ºF).

Standarta molārā entropija

146 kJ / mol (298ºF).

Virsmas spriedze

-0,04356 N / m pie 0 ° C

-0,04115 N / m pie 20 ° C

-0,0376 N / m pie 40 ° C

Smaržas slieksnis

-Zems aromāts: 0,75 mg / m³

-Augsta smaka: 250 mg / m³

-Kairinoša koncentrācija: 155 mg / m³.

Disociācijas konstante

pKa = -1,38.

Refrakcijas indekss (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Ķīmiskās reakcijas

Hidratācija

-Tas var veidot cietus hidrātus, piemēram, HNO₃∙ H₂O un HNO₃∙ 3H₂Vai: "Slāpekļa ledus".

Disociācija ūdenī

Slāpekļskābe ir stipra skābe, kas strauji jonizējas ūdenī šādā veidā:

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

Sāļu veidošanās

Reaģē ar pamata oksīdiem, veidojot nitrātu sāli un ūdeni.

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

Tāpat tā reaģē ar bāzēm (hidroksīdiem), veidojot nitrātu sāli un ūdeni.

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

Un arī ar karbonātiem un skābes karbonātiem (bikarbonātiem), kas veido arī oglekļa dioksīdu.

Na₂CO₃ (ac) + HNO₃ (l) => NaNO₃ (ac) + H₂O (l) + CO₂ (g)

Protonācija

Slāpekļskābe var rīkoties tāpat kā bāze. Šī iemesla dēļ tā var reaģēt ar sērskābi.

HNO₃   +   2H₂SO₄    <=>      NĒ₂⁺    +     H₃O⁺     +      2HSO₄^-

Pašprotoksicitāte

Slāpekļskābe notiek autoprotoisis.

2HNO₃  <=>  NĒ₂⁺   +    NĒ₃^-    +      H₂O

Metāla oksidēšana

Reakcijā ar metāliem slāpekļskābe neiedarbojas kā stipras skābes, kas reaģē ar metāliem, kas veido atbilstošo sāli un atbrīvo ūdeņradi gāzveida formā.

Tomēr magnija un mangāns reaģē karsti ar slāpekļskābi, tāpat kā citas stiprās skābes.

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

Citi

Slāpekļskābe reaģē ar metālu sulfītiem, kas izraisa nitrātu sāli, sēra dioksīdu un ūdeni.

Na₂SO₃ (s) + 2 HNO₃ (l) => 2 NaNO₃ (ac) + SO₂ (g) + H₂O (l)

Un reaģē arī ar organiskiem savienojumiem, aizvietojot ūdeņradi nitro grupai; tādējādi veido pamatu sprāgstvielu savienojumu, piemēram, nitroglicerīna un trinitrotoluola (TNT) sintēzei..

Sintēze

Rūpnieciskais

To ražo rūpnieciskā līmenī ar amonija katalītisko oksidāciju saskaņā ar metodi, ko aprakstīja Oswald 1901. gadā. Procedūru veido trīs posmi vai soļi..

1. posms: amonija oksidēšana ar slāpekļa oksīdu

Amoniju oksidē gaisā esošais skābeklis. Reakcija tiek veikta 800 ° C temperatūrā un 6-7 atm spiedienā, izmantojot katalizatoru kā platīnu. Amonijs tiek sajaukts ar gaisu ar šādu attiecību: 1 tilpums amonija uz 8 gaisa tilpumiem.

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

Reakcijā tiek saražots slāpekļa oksīds, kas nonāk oksidācijas kamerā nākamajam posmam.

2. posms. Slāpekļa oksīda oksidēšana slāpekļa dioksīdā

Oksidēšanu veic gaisā esošais skābeklis, kas ir zemāks par 100 ° C.

2NO (g) + O₂ (g) => 2NO₂ (g)

3. posms. Slāpekļa dioksīda izšķīdināšana ūdenī

Šajā posmā notiek slāpekļskābes veidošanās.

4NO₂     +      2H₂O + O₂         => 4HNO₃

Ir vairākas metodes slāpekļa dioksīda absorbcijai (NO₂) ūdenī.

Starp citām metodēm: NO₂ ir dimerizēts uz N₂O₄ zemā temperatūrā un augstā spiedienā, lai palielinātu tā šķīdību ūdenī un ražotu slāpekļskābi.

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

Slāpekļskābe, ko iegūst, oksidējot amoniju, koncentrācija ir no 50 līdz 70%, ko var izmantot līdz 98%, izmantojot dehidratētu koncentrētu sērskābi, kas ļauj palielināt slāpekļskābes koncentrāciju..

Laboratorijā

Vara (II) nitrāta termiskā sadalīšanās, radot slāpekļa dioksīda un skābekļa gāzes, kuras tiek novadītas caur ūdeni, veidojot slāpekļskābi; kā tas notiek iepriekš aprakstītajā Oswaldas metodē.

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

Nitrātu sāls reakcija ar H₂SO₄ koncentrāts Izveidotā slāpekļskābe ir atdalīta no H₂SO₄ destilējot 83 ° C temperatūrā (slāpekļskābes viršanas punkts).

KNO₃   +    H₂SO₄     => HNO₃    +     KHSO₄

Lietojumi

Mēslošanas līdzekļu ražošana

60% slāpekļskābes ražošanas tiek izmantoti mēslošanas līdzekļu, jo īpaši amonija nitrāta, ražošanā.

To raksturo augstā slāpekļa koncentrācija, kas ir viena no trim galvenajām augu barības vielām, izmantojot augus nekavējoties izmantojot nitrātus. Tikmēr amonija oksidē augsnē esošie mikroorganismi un tiek izmantots kā ilgstošs mēslojums.

Rūpnieciskais

-Sintētisko šķiedru ražošanā izmanto 15% slāpekļskābes ražošanas.

-To lieto slāpekļskābes esteru un nitroderīdu izstrādē; piemēram, nitroceluloze, akrila krāsas, nitrobenzols, nitrotoluēns, akrilonitrili utt..

-Tā var pievienot nitrogrupas organiskiem savienojumiem, šo īpašību var izmantot, lai ražotu sprāgstvielas, piemēram, nitroglicerīnu un trinitrotoluēnu (TNT)..

-Adipīnskābe, kas ir neilona prekursors, tiek ražota lielā mērā, oksidējot cikloheksanonu un cikloheksanolu ar slāpekļskābi..

Metāla attīrītājs

Slāpekļskābe, pateicoties tā oksidēšanās spējai, ir ļoti noderīga minerālu saturošu metālu attīrīšanā. To izmanto arī tādu elementu iegūšanai kā urāns, mangāns, niobijs, cirkonija un fosforskābes paskābināšana, lai iegūtu fosforskābi..

Ūdens regija

To sajauc ar koncentrētu sālsskābi, lai veidotos "agua regia". Šis risinājums spēj izšķīdināt zeltu un platīnu, kas ļauj to izmantot šo metālu attīrīšanā.

Mēbeles

Slāpekļskābe tiek izmantota, lai iegūtu antikvāru efektu mēbelēs, kas izgatavotas no priedes koka. Apstrāde ar slāpekļskābes šķīdumu līdz 10% rada mēbeļu koka pelēko zeltu.

Tīrīšana

-Slaukšanas procesā izmantoto iekārtu tīrīšanai izmanto 5-30% slāpekļskābes un 15-40% fosforskābes ūdens šķīdumu maisījumu, lai likvidētu magnija un kalcija savienojumu nogulsnes..

-Tas ir noderīgs laboratorijā izmantotā stikla materiāla tīrīšanai.

Fotogrāfija

-Slāpekļskābe ir izmantota fotogrāfijā, īpaši kā dzelzs sulfāta izstrādātāju piedeva slapjās plāksnes procesā, lai veicinātu baltāku krāsu ambrotipos un ferrotipos..

-To izmantoja, lai samazinātu kolodiju plākšņu sudraba vannas pH līmeni, kas ļāva samazināt miglas izskatu, kas traucēja attēlus..

Citi

-Pateicoties tā šķīdinātāja ietilpībai, to izmanto dažādu metālu analīzē ar liesmas atomu absorbcijas spektrofotometrijas metodēm un induktīvās sakabes plazmas masas spektrofotometriju..

-Slāpekļskābes un sērskābes kombināciju izmantoja, lai kopējo kokvilnu pārveidotu par celulozes nitrātu (slāpekļa kokvilnu)..

-Zāles Salcoderm ārējai lietošanai lieto labdabīgu ādas audzēju ārstēšanai (kārpas, kukurūzas, kondilomas un papilomas). Tam piemīt cauterizācijas īpašības, sāpju mazināšana, kairinājums un nieze. Slāpekļskābe ir zāļu formulas galvenā sastāvdaļa.

-Par skābās raķešu degvielas oksidētājiem izmanto svaigu sarkano slāpekļskābi un balto dūmu slāpekļskābi, jo īpaši BOMARC raķetē..

Toksicitāte

-Kontakts ar ādu var izraisīt ādas apdegumus, stipras sāpes un dermatītu.

-Saskaroties ar acīm, var izraisīt stipras sāpes, asarošanu un smagos gadījumos radzenes bojājumus un aklumu.

-Tvaiku ieelpošana var izraisīt klepu, elpas trūkumu, izraisīt smagu vai hronisku deguna asiņošanu, laringītu, hronisku bronhītu, pneimoniju un plaušu tūsku..

-Tā norīšanas dēļ tas rada mutes bojājumus, siekalošanos, intensīvu slāpes, sāpes norīt, intensīvas sāpes visā gremošanas traktā un tās sienas perforācijas risku..

Atsauces

1. Vikipēdija. (2018). Slāpekļskābe. Saturs iegūts no: en.wikipedia.org
2. PubChem. (2018). Slāpekļskābe. Saturs iegūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Encyclopaedia Britannica redaktori. (2018. gada 23. novembris). Slāpekļskābe. Encyclopædia Britannica. Saturs iegūts no: britannica.com
4. Shrestha B. (s.f.). Slāpekļskābes īpašības un izmantošana. Chem Guide: konsultācijas par ķīmijas mācībām. Saturs iegūts no: chem-guide.blogspot.com
5. Ķīmiskā grāmata. (2017). Slāpekļskābe. Saturs iegūts no: chemicalbook.com
6. Imanol (2013. gada 10. septembris). Slāpekļskābes ražošana. Saturs iegūts no: ingenieriaquimica.net