AXIT NITRIC (HNO3): CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, TỔNG HỢP VÀ SỬ DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các axit nitric là một hợp chất vô cơ bao gồm một axit oxo nitơ. Nó được coi là một axit mạnh, mặc dù pKa (-1,4) của nó tương tự như pKa của ion hydronium (-1,74). Kể từ thời điểm này, nó có lẽ là "yếu" nhất trong số nhiều axit mạnh đã biết.

Hình dạng vật lý của nó bao gồm một chất lỏng không màu chuyển sang màu vàng khi bảo quản, do sự hình thành của khí nitơ. Công thức hóa học của nó là HNO ₃ .

Nguồn: Aleksander Sobolewski qua Wikimedia Commons

Nó hơi không ổn định, bị phân hủy nhẹ khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Hơn nữa, nó có thể bị phân hủy hoàn toàn bằng cách đun nóng, tạo ra nitơ đioxit, nước và oxy.

Hình ảnh trên cho thấy một số axit nitric chứa trong bình định mức. Màu vàng của nó có thể được nhận thấy, dấu hiệu của sự phân hủy một phần.

Nó được sử dụng trong sản xuất nitrat vô cơ và hữu cơ, cũng như trong các hợp chất nitroso được sử dụng trong sản xuất phân bón, chất nổ, chất trung gian cho thuốc nhuộm và các hợp chất hóa học hữu cơ khác nhau.

Axit này đã được biết đến bởi các nhà giả kim của thế kỷ thứ 8, mà họ gọi là "agua fortis". Nhà hóa học người Đức Johan Rudolf Glauber (1648) đã thiết kế một phương pháp điều chế nó, bao gồm đun nóng kali nitrat với axit sulfuric.

Nó được chuẩn bị công nghiệp theo phương pháp do Wilhelm Oswald (1901) thiết kế. Nói chung, phương pháp này bao gồm xúc tác quá trình oxy hóa amoni, với sự tạo thành oxit nitric và nitơ đioxit liên tiếp để tạo thành axit nitric.

Trong khí quyển, NO ₂ do hoạt động của con người tạo ra phản ứng với nước trong các đám mây, tạo thành HNO ₃ . Sau đó, trong những trận mưa axit, nó kết tủa cùng với những giọt nước, ăn mòn những bức tượng ở quảng trường công cộng.

Axit nitric là một hợp chất rất độc, và việc tiếp xúc liên tục với hơi của nó có thể gây ra viêm phế quản mãn tính và viêm phổi do hóa chất.

Cấu trúc axit nitric

Nguồn: Ben Mills, từ Wikimedia Commons

Hình ảnh trên cho thấy cấu trúc của một phân tử HNO ₃ với mô hình hình cầu và thanh. Nguyên tử nitơ, quả cầu màu xanh lam, nằm ở trung tâm, được bao quanh bởi một hình phẳng tam giác; tuy nhiên, tam giác bị bóp méo bởi một trong những đỉnh dài nhất của nó.

Các phân tử axit nitric sau đó là phẳng. Các liên kết N = O, NO và N-OH tạo nên các đỉnh của tam giác phẳng. Nếu bạn quan sát kỹ, liên kết N-OH kéo dài hơn so với hai liên kết kia (nơi tìm thấy quả cầu màu trắng đại diện cho nguyên tử H).

Cấu trúc cộng hưởng

Có hai liên kết có cùng độ dài: N = 0 và NO. Thực tế này đi ngược lại lý thuyết liên kết hóa trị, trong đó liên kết đôi được dự đoán là ngắn hơn liên kết đơn. Lời giải thích cho điều này nằm ở hiện tượng cộng hưởng, như trong hình dưới đây.

Nguồn: Ben Mills, từ Wikimedia Commons

Do đó, cả hai liên kết, N = O và NO, tương đương nhau về mặt cộng hưởng. Điều này được biểu diễn bằng đồ thị trong mô hình cấu trúc bằng cách sử dụng một đường đứt nét giữa hai nguyên tử O (xem cấu trúc).

Khi HNO ₃ bị khử cacbon, anion nitrat bền NO ₃ ^{- được hình thành} . Trong đó, hiện tượng cộng hưởng liên quan đến cả ba nguyên tử O. Đây là lý do tại sao HNO ₃ có tính axit Bronsted-Lowry cao (loài cho ion H ⁺ ).

Các tính chất vật lý và hóa học

Tên hóa học

-Axit nitric

Axit azotic

-Hydro nitrat

-Agua fortis.

Trọng lượng phân tử

63,012 g / mol.

Ngoại hình

Chất lỏng không màu hoặc màu vàng nhạt, có thể chuyển sang màu nâu đỏ.

Mùi

Đặc tính cay nồng, ngột ngạt.

Điểm sôi

181 ° F đến 760 mmHg (83 ° C).

Độ nóng chảy

-41,6 ° C.

Khả năng hòa tan trong nước

Rất dễ hòa tan và hòa tan với nước.

Tỉ trọng

1,513 g / cm ³ ở 20 ° C.

Mật độ tương đối

1,50 (so với nước = 1).

Mật độ hơi tương đối

2 hoặc 3 lần ước tính (so với không khí = 1).

Áp suất hơi

63,1 mmHg ở 25 ° C.

Sự phân hủy

Khi tiếp xúc với độ ẩm không khí hoặc nhiệt, nó có thể phân hủy tạo thành nitơ peroxit. Khi đun nóng để phân hủy, nó thải ra một làn khói nitơ oxit và hydro nitrat rất độc.

Axit nitric không bền và có thể bị phân hủy khi tiếp xúc với nhiệt và tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, đồng thời thải ra nitơ điôxít, ôxy và nước.

Độ nhớt

1,092 mPa ở 0 ° C và 0,617 mPa ở 40 ° C.

Ăn mòn

Nó có khả năng tấn công tất cả các kim loại cơ bản, ngoại trừ nhôm và thép cromic. Tấn công một số loại nhựa, cao su và lớp phủ. Nó là một chất ăn da và ăn mòn, vì vậy nó phải được xử lý hết sức thận trọng.

Mol Entanpi của hóa hơi

39,1 kJ / mol ở 25 ° C.

Entanpi mol tiêu chuẩn

-207 kJ / mol (298 ° F).

Entropy mol tiêu chuẩn

146 kJ / mol (298 ° F).

Sức căng bề mặt

-0,04356 N / m ở 0 ºC

-0.04115 N / m ở 20 ºC

-0.0376 N / m ở 40 ºC

Ngưỡng mùi

- Mùi thấp: 0,75 mg / m ³

- Mùi cao: 250 mg / m ³

- Nồng độ hấp thụ: 155 mg / m ³ .

Hằng số phân ly

pKa = -1,38.

Chỉ số khúc xạ (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Phản ứng hoá học

Hydrat hóa

-Nó có thể tạo thành các hyđrat rắn, chẳng hạn như HNO ₃ ∙ H ₂ O và HNO ₃ ∙ 3H ₂ O: "băng nitric".

Sự phân ly trong nước

Axit nitric là một axit mạnh ion hóa nhanh trong nước theo những cách sau:

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

Sự hình thành muối

Phản ứng với oxit bazơ tạo thành muối nitrat và nước.

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

Tương tự như vậy, nó phản ứng với bazơ (hydroxit), tạo thành muối nitrat và nước.

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

Và với muối cacbonat và muối cacbonat axit (bicacbonat), cũng tạo thành khí cacbonic.

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

Protonation

Axit nitric cũng có thể hoạt động như một bazơ. Vì lý do này, nó có thể phản ứng với axit sulfuric.

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

Tự động phân giải

Axit nitric trải qua quá trình tự phân.

2HNO ₃ <=> NO ₂ ⁺ + NO ₃ ^- + H ₂ O

Oxy hóa kim loại

Trong phản ứng với kim loại, axit nitric không hoạt động như axit mạnh, phản ứng với kim loại, tạo thành muối tương ứng và giải phóng hiđro ở thể khí.

Tuy nhiên, magiê và mangan phản ứng nóng với axit nitric, giống như các axit mạnh khác.

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

Khác

Axit nitric phản ứng với sunfua kim loại tạo thành muối nitrat, lưu huỳnh đioxit và nước.

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

Và nó cũng phản ứng với các hợp chất hữu cơ, thay thế một hydro cho một nhóm nitro; do đó tạo thành cơ sở cho việc tổng hợp các hợp chất nổ như nitroglycerin và trinitrotoluen (TNT).

Tổng hợp

Công nghiệp

Nó được sản xuất ở cấp độ công nghiệp bằng cách xúc tác quá trình oxy hóa amoni, theo phương pháp được Oswald mô tả vào năm 1901. Quá trình này bao gồm ba giai đoạn hoặc bước.

Giai đoạn 1: Ôxy hóa amoni thành oxit nitric

Amoni bị oxi hóa bởi oxi trong không khí. Phản ứng được thực hiện ở 800ºC và ở áp suất 6-7 atm, với việc sử dụng platin làm chất xúc tác. Amoniac được trộn với không khí theo tỷ lệ sau: 1 thể tích amoniac với 8 thể tích không khí.

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

Oxit nitric được tạo ra trong phản ứng, được đưa đến buồng oxy hóa cho giai đoạn tiếp theo.

Giai đoạn 2. Quá trình oxy hóa oxit nitric thành nitơ đioxit

Quá trình oxy hóa được thực hiện bởi oxy có trong không khí ở nhiệt độ dưới 100ºC.

2NO (g) + O ₂ (g) => 2NO ₂ (g)

Giai đoạn 3. Sự hòa tan của nitơ đioxit trong nước

Trong giai đoạn này xảy ra sự hình thành axit nitric.

4NO ₂ + 2H ₂ O + O ₂ => 4HNO ₃

Có một số phương pháp để hấp thụ nitơ đioxit (NO ₂ ) trong nước.

Trong số các phương pháp khác: NO ₂ được đime hóa thành N ₂ O ₄ ở nhiệt độ thấp và áp suất cao, để tăng khả năng hòa tan trong nước và tạo ra axit nitric.

3N ₂ O ₄ + 2H ₂ O => 4HNO ₃ + 2NO

Axit nitric được tạo ra từ quá trình oxy hóa amoni có nồng độ từ 50-70%, có thể đưa đến 98% bằng cách sử dụng axit sunfuric đặc làm chất khử nước, cho phép tăng nồng độ axit nitric.

Tại phòng thí nghiệm

Sự phân hủy nhiệt của đồng (II) nitrat, tạo ra nitơ điôxít và khí ôxy, đi qua nước để tạo thành axit nitric; như trong phương pháp Oswald, được mô tả trước đây.

2Cu (NO ₃ ) ₂ => 2CuO + 4NO ₂ + O ₂

Phản ứng của một muối nitrat với H ₂ SO _{4 đặc} . Axit nitric tạo thành được tách khỏi H ₂ SO ₄ bằng cách chưng cất ở 83 ° C (điểm sôi của axit nitric).

KNO ₃ + H ₂ SO ₄ => HNO ₃ + KHSO ₄

Các ứng dụng

Sản xuất phân bón

60% sản lượng axit nitric được sử dụng trong sản xuất phân bón, đặc biệt là amoni nitrat.

Điều này được đặc trưng bởi nồng độ nitơ cao, một trong ba chất dinh dưỡng chính của cây trồng, nitrat được cây sử dụng ngay lập tức. Trong khi đó, amoniac bị oxy hóa bởi các vi sinh vật có trong đất, và được sử dụng làm phân bón lâu dài.

Công nghiệp

-15% sản lượng axit nitric được sử dụng trong sản xuất sợi tổng hợp.

-Nó được sử dụng trong sản xuất các este axit nitric và các dẫn xuất nitro; chẳng hạn như nitrocellulose, sơn acrylic, nitrobenzene, nitrotoluene, acrylonitriles, v.v.

-Bạn có thể thêm nhóm nitro vào các hợp chất hữu cơ, có thể sử dụng tính chất này để chế tạo chất nổ như nitroglycerin và trinitrotoluene (TNT).

- Axit adipic, tiền chất của nylon, được sản xuất trên quy mô lớn bằng cách oxy hóa xiclohexanone và xiclohexanol bởi axit nitric.

Máy lọc kim loại

Axit nitric do khả năng oxy hóa của nó, rất hữu ích trong việc tinh chế các kim loại có trong khoáng chất. Tương tự như vậy, nó được sử dụng để thu được các nguyên tố như uranium, mangan, niobi và zirconium, và trong quá trình axit hóa đá photphoric để thu được axit photphoric.

Nước hoàng gia

Nó được trộn với axit clohydric đậm đặc để tạo thành "nước cường toan". Dung dịch này có khả năng hòa tan vàng và bạch kim, cho phép sử dụng nó trong việc tinh chế các kim loại này.

Đồ nội thất

Axit nitric được sử dụng để tạo hiệu ứng cổ trong đồ nội thất làm bằng gỗ thông. Xử lý bằng dung dịch axit nitric 10% tạo ra màu vàng xám trên gỗ của đồ nội thất.

Làm sạch

- Hỗn hợp dung dịch nước của axit nitric 5-30% và axit photphoric 15-40% được sử dụng để làm sạch thiết bị được sử dụng trong công việc vắt sữa, nhằm loại bỏ dư lượng kết tủa của các hợp chất magiê và canxi.

-Nó rất hữu ích trong việc làm sạch các dụng cụ thủy tinh dùng trong phòng thí nghiệm.

Nhiếp ảnh

-Nitric axit đã được sử dụng trong nhiếp ảnh, đặc biệt như một chất phụ gia cho các nhà phát triển sắt sulfat trong quá trình tấm ướt, với mục đích thúc đẩy màu trắng hơn ở các loại ambrotype và tintype.

-Nó được sử dụng để giảm độ pH của bể bạc của các tấm collodion, cho phép giảm sự xuất hiện của sương mù cản trở hình ảnh.

Khác

-Do khả năng dung môi của nó, nó được sử dụng trong phân tích các kim loại khác nhau bằng kỹ thuật đo quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa và phép đo khối phổ plasma kết hợp cảm ứng.

- Sự kết hợp của axit nitric và axit sunfuric được sử dụng để chuyển bông thông thường thành nitrat xenlulo (bông nitric).

- Thuốc Salcoderm sử dụng ngoài da được sử dụng trong điều trị các khối u lành tính của da (mụn cóc, mụn thịt, u bã đậu và u nhú). Nó có đặc tính làm dịu da, giảm đau, kích ứng và ngứa. Axit nitric là thành phần chính của công thức thuốc.

- Axit nitric bốc khói đỏ và axit nitric bốc khói trắng được sử dụng làm chất oxy hóa cho nhiên liệu tên lửa lỏng, đặc biệt là trong tên lửa BOMARC.

Độc tính

-Khi tiếp xúc với da, nó có thể gây bỏng da, đau dữ dội và viêm da.

-Khi tiếp xúc với mắt, nó có thể gây đau dữ dội, chảy nước mắt và trong trường hợp nghiêm trọng, tổn thương giác mạc và mù lòa.

- Hít phải hơi có thể gây ho, suy hô hấp, chảy máu cam, viêm thanh quản, viêm phế quản mãn tính, viêm phổi và phù phổi khi tiếp xúc nhiều hoặc mãn tính.

-Do ăn vào, có tổn thương ở miệng, tiết nước bọt, khát dữ dội, đau khi nuốt, đau dữ dội khắp đường tiêu hóa và có nguy cơ thủng thành cùng.

Người giới thiệu

1. Wikipedia. (2018). Axit nitric. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
2. PubChem. (2018). Axit nitric. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Các biên tập viên của Encyclopaedia Britannica. (Ngày 23 tháng 11 năm 2018). Axit nitric. Encyclopædia Britannica. Phục hồi từ: britannica.com
4. Shrestha B. (nd). Tính chất của axit nitric và công dụng. Hướng dẫn Hóa học: hướng dẫn học hóa học. Phục hồi từ: chem-guide.blogspot.com
5. Sách Hóa chất. (2017). Axit nitric. Phục hồi từ: Chemicalbook.com
6. Imanol. (Ngày 10 tháng 9 năm 2013). Sản xuất axit nitric. Phục hồi từ: ingenieriaquimica.net