โครงสร้างกรดไนตริก (HNO3) คุณสมบัติการสังเคราะห์และการใช้งาน

กรดไนตริก เป็นสารประกอบอนินทรีย์ที่ประกอบด้วยไนโตรเจนออกไซซิด ถือว่าเป็นกรดแก่แม้ว่า pKa (-1,4) จะคล้ายกับ pKa ของ hydronium ion (-1,74) จากจุดนี้อาจเป็น "จุดอ่อน" ของกรดแก่ที่รู้จักกันดี.

ลักษณะทางกายภาพของมันประกอบด้วยของเหลวที่ไม่มีสีโดยการเก็บรักษาเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเนื่องจากการก่อตัวของก๊าซไนโตรเจน สูตรทางเคมีของมันคือ HNO₃. 

มันค่อนข้างไม่แน่นอนและประสบกับการสลายตัวเล็กน้อยจากการสัมผัสกับแสงแดด นอกจากนี้ยังสามารถย่อยสลายได้อย่างสมบูรณ์โดยการให้ความร้อนทำให้เกิดไนโตรเจนไดออกไซด์น้ำและออกซิเจน.

ภาพด้านบนแสดงกรดไนตริกเล็กน้อยที่อยู่ในขวดปริมาตร สีเหลืองของมันบ่งบอกถึงการสลายตัวบางส่วนสามารถสังเกตได้.

มันถูกใช้ในการผลิตอนินทรีย์และอินทรีย์ไนเตรตเช่นเดียวกับสารประกอบไนตรัสที่ใช้ในการผลิตปุ๋ยวัตถุระเบิดสารตัวกลางสีย้อมและสารประกอบอินทรีย์เคมีต่างๆ.

กรดนี้เป็นที่รู้จักกันโดยนักเล่นแร่แปรธาตุของศตวรรษที่แปดซึ่งพวกเขาเรียกว่า "water fortis" นักเคมีชาวเยอรมัน Johan Rudolf Glauber (1648) ออกแบบวิธีการเตรียมซึ่งประกอบด้วยความร้อนของโพแทสเซียมไนเตรตกับกรดซัลฟูริก.

มันถูกจัดเตรียมทางอุตสาหกรรมตามวิธีการที่ออกแบบโดย Wilhelm Oswald (1901) โดยทั่วไปวิธีการประกอบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนียมกับรุ่นต่อเนื่องของไนตริกออกไซด์และไนโตรเจนไดออกไซด์ในรูปแบบกรดไนตริก.

ในชั้นบรรยากาศที่ไม่₂ ผลิตโดยกิจกรรมของมนุษย์ทำปฏิกิริยากับน้ำในเมฆก่อตัว HNO₃. จากนั้นในช่วงฝนกรดมันจะตกตะกอนพร้อมกับหยดน้ำที่หยดลงไปเช่นรูปปั้นของจัตุรัสสาธารณะ.

กรดไนตริกเป็นสารประกอบที่มีพิษมากและการสัมผัสกับไอระเหยอย่างต่อเนื่องสามารถนำไปสู่โรคหลอดลมอักเสบเรื้อรังและโรคปอดบวมจากสารเคมี.

ดัชนี

• 1 โครงสร้างของกรดไนตริก
  • 1.1 โครงสร้างการสั่นพ้อง
• 2 คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี
  • 2.1 ชื่อทางเคมี
  • 2.2 น้ำหนักโมเลกุล
  • 2.3 ลักษณะทางกายภาพ
  • 2.4 กลิ่น
  • 2.5 จุดเดือด
  • 2.6 จุดหลอมเหลว
  • 2.7 การละลายในน้ำ
  • 2.8 ความหนาแน่น
  • 2.9 ความหนาแน่นสัมพัทธ์
  • 2.10 ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของไอ
  • 2.11 ความดันไอ
  • 2.12 การสลายตัว
  • 2.13 ความหนืด
  • 2.14 การกัดกร่อน
  • 2.15 เอนทัลปีการกลายเป็นไอของเม็ดกราม
  • 2.16 เอนทัลปีกรามมาตรฐาน
  • 2.17 เอนโทรปีของมาตรฐานกราม
  • 2.18 แรงตึงผิว
  • 2.19 เกณฑ์กลิ่น
  • 2.20 ค่าคงที่การแยกตัว
  • 2.21 ดัชนีหักเห ((/ D)
  • 2.22 ปฏิกิริยาทางเคมี
• 3 สรุป
  • 3.1 อุตสาหกรรม
  • 3.2 ในห้องปฏิบัติการ
• 4 ใช้
  • 4.1 การผลิตปุ๋ย
  • 4.2 อุตสาหกรรม
  • 4.3 เครื่องกรองโลหะ
  • 4.4 น้ำ Regia
  • 4.5 เฟอร์นิเจอร์
  • 4.6 การทำความสะอาด
  • 4.7 การถ่ายภาพ
  • 4.8 อื่น ๆ
• 5 ความเป็นพิษ
• 6 อ้างอิง

โครงสร้างของกรดไนตริก

โครงสร้างของโมเลกุล HNO จะแสดงในภาพด้านบน₃ ด้วยรูปแบบของทรงกลมและแท่ง อะตอมไนโตรเจนซึ่งเป็นทรงกลมสีน้ำเงินตั้งอยู่ตรงกลางล้อมรอบด้วยเรขาคณิตระนาบตรีโกณมิติ อย่างไรก็ตามรูปสามเหลี่ยมนั้นบิดเบี้ยวโดยหนึ่งในจุดยอดที่ยาวที่สุด.

โมเลกุลของกรดไนตริกจะแบน พันธบัตร N = O, N-O และ N-OH ประกอบขึ้นเป็นจุดยอดของสามเหลี่ยมแบน หากสังเกตในรายละเอียดพันธบัตร N-OH จะยาวกว่าอีกสองส่วน (ซึ่งทรงกลมสีขาวตั้งอยู่แทนอะตอม H).

โครงสร้างของเสียงสะท้อน

มีสองลิงก์ที่มีความยาวเท่ากัน: N = O และ N-O ความจริงข้อนี้ขัดแย้งกับทฤษฎีของวาเลนซ์บอนด์ซึ่งคาดการณ์ว่าพันธะคู่จะสั้นกว่าพันธะธรรมดา คำอธิบายในเรื่องนี้อยู่ในปรากฏการณ์ของการสั่นพ้องดังที่เห็นในภาพด้านล่าง.

ทั้งพันธบัตร N = O และ N-O จึงมีความเท่าเทียมกันในแง่ของการกำทอน นี่คือภาพกราฟิกในรูปแบบของโครงสร้างโดยใช้เส้นประระหว่างสองอะตอม O (ดูโครงสร้าง).

เมื่อ HNO ถูก deprotonated₃, ไอออนไนเตรทที่เสถียรจะเกิดขึ้น₃^-. ในนั้นเสียงสะท้อนตอนนี้เกี่ยวข้องกับสามอะตอมของ O. นี่คือเหตุผลที่ HNO₃ มีความเป็นกรดที่ดีของ Bronsted-Lowry (ผู้บริจาคสายพันธุ์ของไอออน H⁺).

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

ชื่อทางเคมี

-กรดไนตริก

-กรดอะซิติก

-ไฮโดรเจนไนเตรต

-ป้อมน้ำ.

น้ำหนักโมเลกุล

63,012 กรัม / โมล.

ลักษณะทางกายภาพ

ของเหลวสีเหลืองไม่มีสีหรือสีซีดซึ่งอาจเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาลแดง.

กลิ่น

ฉับพลันลักษณะหายใจไม่ออก.

จุดเดือด

181 ºFถึง 760 mmHg (83 ºC).

จุดหลอมเหลว

-41.6 ºC.

การละลายในน้ำ

ละลายได้ดีมากและผสมกับน้ำได้.

ความหนาแน่น

1,513 g / cm³ ที่ 20 ºC.

ความหนาแน่นสัมพัทธ์

1.50 (สัมพันธ์กับน้ำ = 1).

ความหนาแน่นสัมพัทธ์ของไอน้ำ

ประมาณ 2 หรือ 3 เท่า (สัมพันธ์กับ air = 1).

แรงดันไอน้ำ

63.1 mmHg ที่ 25 ºC.

การจำแนก

เนื่องจากการสัมผัสกับความชื้นในบรรยากาศหรือความร้อนจึงสามารถสลายตัวในรูปแบบไนโตรเจนเปอร์ออกไซด์ เมื่อการสลายตัวนี้ถูกทำให้ร้อนจะปล่อยควันพิษของไนโตรเจนออกไซด์และไฮโดรเจนไนเตรตออกมา.

กรดไนตริกไม่เสถียรความสามารถในการสลายตัวเมื่อสัมผัสกับความร้อนและการสัมผัสกับแสงแดดและปล่อยก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ออกซิเจนและน้ำ.

ความเหนียว

1,092 mPa ที่ 0 ºCและ 0,617 mPa ที่ 40 ºC.

การกร่อน

มันสามารถโจมตีโลหะพื้นฐานทั้งหมดยกเว้นอลูมิเนียมและเหล็กโครมิก กัดกรอนทําลายวัสดุพลาสติกยางและสารเคลือบบางชนิด มันเป็นสารกัดกร่อนและกัดกร่อนดังนั้นจึงต้องใช้ความระมัดระวังอย่างยิ่ง.

เอนทัลปีกรามของการกลายเป็นไอ

39.1 kJ / mol ที่ 25 ºC.

เอนทัลปีกรามมาตรฐาน

-207 kJ / mol (298ºF).

เอนโทรปีของโมลาร์มาตรฐาน

146 kJ / mol (298ºF).

แรงตึงผิว

-0.04356 N / m ที่ 0 ºC

-0.04115 N / m ที่ 20 ºC

-0.0376 N / m ที่ 40 ºC

เกณฑ์กลิ่น

-กลิ่นต่ำ: 0.75 mg / m³

-มีกลิ่นสูง: 250 mg / m³

-ความเข้มข้นของสารระคายเคือง: 155 mg / m³.

ค่าคงที่การแยกตัว

pKa = -1.38.

ดัชนีหักเห (η / D)

1,393 (16.5 ºC).

ปฏิกิริยาเคมี

ความชุ่มชื้น

-มันสามารถสร้างไฮเดรตที่เป็นของแข็งเช่น HNO₃∙ชั่วโมง₂O และ HNO₃∙ 3H₂หรือ: "น้ำแข็งไนตริก".

ความร้าวฉานในน้ำ

กรดไนตริกเป็นกรดแก่ที่แตกตัวเป็นไอออนอย่างรวดเร็วในน้ำด้วยวิธีต่อไปนี้:

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

การก่อตัวของเกลือ

ทำปฏิกิริยากับออกไซด์พื้นฐานก่อให้เกิดเกลือและน้ำไนเตรต.

CaO + + HNO₃ (l) => Ca (ไม่₃)₂ (ac) + H₂O (l)

ในทำนองเดียวกันมันทำปฏิกิริยากับฐาน (ไฮดรอกไซด์) สร้างเกลือไนเตรทและน้ำ.

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

และยังมีคาร์บอเนตและกรดคาร์บอเนต (ไบคาร์บอเนต) สร้างคาร์บอนไดออกไซด์.

นา₂CO₃ (ac) + HNO₃ (l) => NaNO₃ (ac) + H₂O (l) + CO₂ (G)

โปรตอน

กรดไนตริกสามารถทำตัวเหมือนฐานได้ ด้วยเหตุนี้จึงสามารถทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟูริก.

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

autoprotolysis

กรดไนตริกผ่านการ autoprotoisis.

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

ออกซิเดชันโลหะ

ในการทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกโลหะจะไม่ทำงานเหมือนกรดแก่ซึ่งทำปฏิกิริยากับโลหะที่ก่อตัวเป็นเกลือที่เกี่ยวข้องและปล่อยไฮโดรเจนในรูปของก๊าซ.

อย่างไรก็ตามแมกนีเซียมและแมงกานีสทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกได้เช่นเดียวกับกรดแก่อื่น ๆ.

มิลลิกรัม + 2 HNO₃ (l) => Mg (ไม่₃)₂ (ac) + H₂ (G)

อื่น ๆ

กรดไนตริกทำปฏิกิริยากับโลหะซัลไฟต์ทำให้เกิดเกลือไนเตรตซัลเฟอร์ไดออกไซด์และน้ำ.

นา₂SW₃ (s) + 2 HNO₃ (l) => 2 NaNO₃ (ac) + SO₂ (g) + H₂O (l)

และยังทำปฏิกิริยากับสารประกอบอินทรีย์แทนไฮโดรเจนสำหรับกลุ่มไนโตร ดังนั้นจึงเป็นพื้นฐานสำหรับการสังเคราะห์สารประกอบที่ระเบิดเช่นไนโตรกลีเซอรีนและ trinitrotoluene (TNT).

การสังเคราะห์

ด้านอุตสาหกรรม

มันถูกผลิตในระดับอุตสาหกรรมโดยการเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของแอมโมเนียมตามวิธีที่อธิบายโดย Oswald ในปี 1901 ขั้นตอนประกอบด้วยสามขั้นตอนหรือขั้นตอน.

ขั้นตอนที่ 1: การเกิดออกซิเดชันของแอมโมเนียมถึงไนตริกออกไซด์

แอมโมเนียมจะถูกออกซิไดซ์โดยออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่ 800 ° C และที่ความดัน 6-7 atm โดยใช้ทองคำเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา แอมโมเนียมผสมกับอากาศในอัตราส่วนต่อไปนี้: แอมโมเนียม 1 ปริมาตรต่ออากาศ 8 เล่ม.

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

ในการทำปฏิกิริยาจะเกิดไนตริกออกไซด์ซึ่งถูกนำไปที่ห้องออกซิเดชั่นในขั้นต่อไป.

ระยะที่ 2 การเกิดออกซิเดชันของไนตริกออกไซด์ในไนโตรเจนไดออกไซด์

ออกซิเดชันจะดำเนินการโดยออกซิเจนที่มีอยู่ในอากาศที่อุณหภูมิต่ำกว่า 100 ºC.

2NO (g) + O₂ (g) => 2NO₂ (G)

ขั้นที่ 3 การละลายของไนโตรเจนไดออกไซด์ในน้ำ

ในระยะนี้การก่อตัวของกรดไนตริกเกิดขึ้น.

4NO₂     +      2H₂O + O₂         => 4HNO₃

มีหลายวิธีในการดูดซับไนโตรเจนไดออกไซด์₂) ในน้ำ.

ท่ามกลางวิธีอื่น ๆ : ไม่มี₂ ถูกลดขนาดเป็น N₂O₄ ที่อุณหภูมิต่ำและความดันสูงเพื่อเพิ่มความสามารถในการละลายในน้ำและผลิตกรดไนตริก.

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

กรดไนตริกที่เกิดจากการออกซิเดชั่นของแอมโมเนียมมีความเข้มข้นระหว่าง 50-70% ซึ่งสามารถนำมาได้ 98% โดยการใช้กรดซัลฟิวริกเข้มข้นเป็น dehydrating ช่วยเพิ่มความเข้มข้นของกรดไนตริก.

ในห้องปฏิบัติการ

การสลายตัวทางความร้อนของคอปเปอร์ (II) ไนเตรตทำให้เกิดไนโตรเจนไดออกไซด์และก๊าซออกซิเจนซึ่งถูกส่งผ่านน้ำเพื่อสร้างกรดไนตริก มันเกิดขึ้นในวิธีการของ Oswald อธิบายไว้ก่อนหน้านี้.

2Cu (ไม่₃)₂    => 2CuO + 4NO₂    +     O₂

ปฏิกิริยาของเกลือไนเตรตกับ H₂SW₄ จดจ่อ กรดไนตริกที่เกิดขึ้นจะถูกแยกออกจาก H₂SW₄ โดยการกลั่นที่ 83 ° C (จุดเดือดของกรดไนตริก).

KNO₃   +    H₂SW₄     => HNO₃    +     KHSO₄

การใช้งาน

การผลิตปุ๋ย

60% ของการผลิตกรดไนตริกใช้ในการผลิตปุ๋ยโดยเฉพาะอย่างยิ่งแอมโมเนียมไนเตรต.

นี่คือลักษณะของความเข้มข้นสูงของไนโตรเจนซึ่งเป็นหนึ่งในสามสารอาหารหลักของพืชโดยใช้ไนเตรตทันทีโดยพืช แอมโมเนียมจะถูกออกซิไดซ์โดยจุลินทรีย์ที่มีอยู่ในดินและใช้เป็นปุ๋ยระยะยาว.

ด้านอุตสาหกรรม

-15% ของการผลิตกรดไนตริกใช้ในการผลิตเส้นใยสังเคราะห์.

-มันถูกใช้ในการทำรายละเอียดของกรดไนตริกเอสเทอร์และ nitroderivatives เช่นไนโตรเซลลูโลส, สีอะคริลิค, ไนโตรเบนซีน, ไนโตรโตลูอีน, อะคริโลไนทริล ฯลฯ.

-มันสามารถเพิ่มกลุ่มไนโตรให้กับสารประกอบอินทรีย์ได้คุณสมบัตินี้สามารถใช้ในการสร้างวัตถุระเบิดเช่นไนโตรกลีเซอรีนและ trinitrotoluene (TNT).

-Adipic acid เป็นสารตั้งต้นของไนลอนผลิตในปริมาณมากโดยการออกซิเดชั่นของไซโคลเฮกซานันและไซโคลเฮกซาทานโดยกรดไนตริก.

เครื่องกรองโลหะ

กรดไนตริกเนื่องจากความสามารถในการออกซิไดซ์มีประโยชน์อย่างมากในการทำให้บริสุทธิ์ของโลหะที่มีอยู่ในแร่ธาตุ นอกจากนี้ยังใช้เพื่อรับองค์ประกอบเช่นยูเรเนียมแมงกานีสไนโอเบียมเซอร์โคเนียมและการทำให้เป็นกรดของหินฟอสฟอรัสเพื่อให้ได้กรดฟอสฟอริก.

น้ำกัดกิน

มันผสมกับกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นเพื่อสร้าง "agua regia" วิธีนี้มีความสามารถในการละลายทองคำและทองคำซึ่งช่วยให้สามารถใช้ในการทำให้บริสุทธิ์ของโลหะเหล่านี้.

เฟอร์นิเจอร์

กรดไนตริกใช้เพื่อให้ได้ผลโบราณในเฟอร์นิเจอร์ที่ทำด้วยไม้สน การบำบัดด้วยสารละลายกรดไนตริกถึง 10% ทำให้เกิดสีเทาทองในไม้ของเฟอร์นิเจอร์.

การทำความสะอาด

-สารละลายผสมของกรดไนตริก 5-30% และกรดฟอสฟอริก 15-40% ใช้ในการทำความสะอาดอุปกรณ์ที่ใช้ในการรีดนมเพื่อกำจัดสิ่งตกค้างของตะกอนของสารประกอบแมกนีเซียมและแคลเซียม.

-มันมีประโยชน์ในการทำความสะอาดวัสดุแก้วที่ใช้ในห้องปฏิบัติการ.

การถ่ายภาพ

-กรดไนตริกถูกนำมาใช้ในการถ่ายภาพโดยเฉพาะอย่างยิ่งเป็นสารเติมแต่งสำหรับนักพัฒนาเฟอรัสซัลเฟตในกระบวนการแผ่นแบบเปียกโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อส่งเสริมสีที่ขาวกว่าในแอมบริไทป์และเฟอราไทป์.

-มันถูกใช้เพื่อลดค่า pH ของอ่างเงินของแผ่นคอโลเดียนซึ่งได้รับอนุญาตให้ลดการปรากฏตัวของหมอกที่รบกวนภาพ.

คนอื่น ๆ

-เนื่องจากความจุของตัวทำละลายจึงถูกนำมาใช้ในการวิเคราะห์โลหะชนิดต่าง ๆ โดยเทคนิคการดูดกลืนด้วยวิธีอะตอมมิกแอบซอพชันสเปกโทรโฟโตเมตรีเฟลม.

-การรวมกันของกรดไนตริกและกรดซัลฟิวริกถูกใช้ในการเปลี่ยนฝ้ายสามัญให้เป็นเซลลูโลสไนเตรต (ฝ้ายไนตริก).

-ยา Salcoderm สำหรับใช้ภายนอกใช้ในการรักษา neoplasms อ่อนโยนของผิวหนัง (หูด, ข้าวโพด, condylomas และ papillomas) มันมีคุณสมบัติของการกัดกร่อน, บรรเทาอาการปวด, การระคายเคืองและอาการคัน กรดไนตริกเป็นองค์ประกอบหลักของสูตรยา.

-การรมควันกรดไนตริกสีแดงและกรดไนตริกควันสีขาวถูกใช้เป็นสารออกซิแดนท์สำหรับเชื้อเพลิงจรวดเหลวโดยเฉพาะในขีปนาวุธ BOMARC.

ความเป็นพิษ

-เมื่อสัมผัสกับผิวหนังอาจทำให้เกิดแผลไหม้ที่ผิวหนัง, ปวดอย่างรุนแรงและผิวหนังอักเสบ.

-ในการสัมผัสกับดวงตาสามารถทำให้เกิดอาการปวดอย่างรุนแรงฉีกขาดและในกรณีที่รุนแรงความเสียหายของกระจกตาและตาบอด.

-การสูดดมไอระเหยของสารอาจทำให้เกิดอาการไอหายใจถี่ทำให้เกิดเลือดกำเดาไหลอย่างรุนแรงหรือเรื้อรัง, โรคกล่องเสียงอักเสบ, หลอดลมอักเสบเรื้อรัง, ปอดอักเสบ, และอาการบวมน้ำที่ปอด.

-เนื่องจากการกลืนกินจะทำให้เกิดแผลในปาก, น้ำลายไหล, กระหายน้ำมาก, เจ็บปวดที่จะกลืน, ปวดอย่างรุนแรงในระบบทางเดินอาหารทั้งหมดและความเสี่ยงของการเจาะผนังเดียวกัน.

การอ้างอิง

1. วิกิพีเดีย (2018) กรดไนตริก สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
2. PubChem (2018) กรดไนตริก สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. บรรณาธิการสารานุกรมบริแทนนิกา (23 พฤศจิกายน 2018) กรดไนตริก สารานุกรมบริแทนนิกา ดึงมาจาก: britannica.com
4. Shrestha B. (s.f. ) คุณสมบัติของกรดไนตริกและการใช้งาน Chem Guide: แบบฝึกหัดสำหรับการเรียนวิชาเคมี ดึงมาจาก: chem-guide.blogspot.com
5. หนังสือเคมี (2017) กรดไนตริก ดึงมาจาก: chemicalbook.com
6. อิมานอ (10 กันยายน 2013) ผลิตกรดไนตริก สืบค้นจาก: ingenieriaquimica.net