Kwas azotowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Kwas azotowy
Kwas azotowy Kwas azotowy
Struktury rezonansowe kwasu azotowego
Struktury rezonansowe kwasu azotowego
Salpetersaeure.jpg
Nazewnictwo
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny HNO3
Inne wzory HONO2
Masa molowa 63,01 g/mol
Wygląd bezbarwna ciecz[1]
Identyfikacja
Numer CAS 7697-37-2
PubChem 944[5]
Podobne związki
Inne aniony kwas metafosforowy
kwas fosforowy
kwas arsenowy
Pochodne azotany:
sole, np. KNO3, NaNO3, NH4NO3
estry, np. azotan metylu, nitrogliceryna
Podobne związki kwas azotawy
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
Commons Multimedia w Wikimedia Commons
Podręcznik Podręcznik w Wikibooks

Kwas azotowy, HNO3nieorganiczny związek chemiczny, jeden z najsilniejszych kwasów tlenowych. Resztą kwasową jest w nim grupa azotanowa zawierająca azot na V stopniu utlenienia.

Otrzymywanie[edytuj | edytuj kod]

Pierwszą metodą otrzymywania kwasu azotowego było ogrzewanie saletry potasowej z kwasem siarkowym:

KNO3 + H2SO4 _Δ HNO3 + KHSO4

W ten sposób związek ten otrzymał Johann Rudolf Glauber w roku 1650, choć prawdopodobnie kwas azotowy znany był już wcześniej[6]. Metoda ta może być stosowana nadal w laboratoriach do otrzymywania 100% kwasu azotowego. Destylację produktu należy prowadzić w możliwie najniższej temperaturze, aby uniknąć jego rozkładu[7].

Henry Cavendish przedstawił metodę otrzymywania kwasu azotowego z powietrza. Podczas jego przepuszczania przez łuk elektryczny powstaje ok. 2% NO (N2 + O2 → 2NO), który po dalszym spontanicznym utlenieniu i rozpuszczeniu w wodzie daje pożądany kwas. Metoda ta jest mało ekonomiczna[7]. Jej wariant przemysłowy opracował polski wynalazca Ignacy Mościcki w latach 1903-1905; zastosował on wirujący płomień w polu magnetycznym. Pierwsza duża fabryka wytwarzająca kwas azotowy metodą Mościckiego powstała w 1910 roku w Chippis w Szwajcarii[8].

Współcześnie kwas azotowy na skalę przemysłową otrzymuje się wyłącznie metodą Ostwalda w reakcji katalitycznego utleniania amoniaku na siatce platynowej lub platynowo-rodowej[7]:

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O

Amoniak do procesu uzyskuje się na dużą skalę metodą Habera i Boscha. Reakcja jest silnie egzotermiczna i podczas jej przebiegu katalizator rozgrzewa się do czerwoności[9].

Tak uzyskany tlenek azotu(II) utlenia się w obecności powietrza do tlenku azotu(IV)[7][9][10]:

2NO + O2 → 2NO2

Następnie powstały tlenek ulega dysproporcjowaniu w wodzie wg równania[7][9][10]:

2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2

W reakcji powstaje kwas azotowy i kwas azotawy. Ten drugi jest nietrwały i ulega dalszemu dysproporcjowaniu[7][9][10]:

3HNO2 → HNO3 + 2NO + H2O

Powstały tlenek azotu(II) jest ponownie utleniany i wykorzystywany w procesie.

Właściwości[edytuj | edytuj kod]

Czysty kwas azotowy jest bezbarwną cieczą. Podczas dłuższego przechowywania ulega częściowemu rozkładowi i zabarwia się na żółto lub brązowo; rozkład ten przyspiesza podwyższona temperatura i światło[11]. Na powietrzu dymi, można zaobserwować wydzielanie brunatnego tlenku azotu(IV)[1]:

4HNO3 → 4NO2 + O2 + 2H2O

Stężony roztwór kwasu azotowego ma silne działanie korodujące, jest on bardzo aktywny chemicznie, a reakcje mogą być gwałtowne, nawet wybuchowe. Może spowodować zapłon materiałów palnych. Rozcieńczanie stężonego kwasu azotowego jest procesem egzoenergetycznym[11].

Gęstość stężonego 65% kwasu azotowego wynosi 1,40 g/cm³, temperatura wrzenia ok. 120 °C, a temperatura topnienia ok. -32 °C. Jest mocnym kwasem – ulega całkowitej dysocjacji po dodaniu minimalnej ilości wody. Kwas azotowy i jego sole są bardzo silnymi utleniaczami – dlatego gwałtownie reaguje nawet z metalami nie wypierającymi wodoru (np. miedź lub srebro). Utlenia także pewne niemetale:

S + 2HNO3 → H2SO4 + 2NO
3C + 4HNO3 → 3CO2 + 4NO + 2H2O
P4 + 20HNO3 → 4H3PO4 + 20NO2 + 4H2O

Metale takie, jak np. glin, chrom i żelazo w zetknięciu ze stężonym kwasem azotowym ulegają pasywacji.
Przebieg reakcji miedzi z kwasem azotowym przedstawiają równania:

Cu + 4HNO3(stężony) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
3Cu + 8HNO3(rozcieńczony) → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Powstający w reakcji ze stężonym kwasem tlenek azotu(IV) jest silnie trującym gazem, o bardzo intensywnym, nieprzyjemnym zapachu i brunatnym zabarwieniu.

W mieszaninie z kwasem solnym (w stosunku 1:3) tworzy wodę królewską, roztwarzającą większość metali, także szlachetnych.

Zastosowanie[edytuj | edytuj kod]

W handlu najczęściej spotyka się 65% roztwór kwasu azotowego (azeotrop).

  • Z kwasu azotowego otrzymuje się ważne, łatwo rozpuszczalne sole azotany, estry (np. nitrogliceryna), a także związki nitrowe (np. trinitrotoluen). Wszystkie te związki są utleniaczami i mają tendencję do gwałtownego, mniej lub bardziej wybuchowego rozkładu.
  • W chemii analitycznej do wykrywania białek w reakcji ksantoproteinowej.
  • W przemyśle farmaceutycznym.
  • Do oczyszczania powierzchni metali, np. mycie urządzeń przemysłu spożywczego w procesie CIP.
  • W warunkach amatorskich nadaje się do wytrawiania obwodów drukowanych (nie pozostawia uciążliwych zanieczyszczeń, jakie powstają przy wytrawianiu chlorkiem żelazowym, poza tym trawienie kwasem azotowym jest dużo szybsze).
  • Do otrzymywania barwników, lakierów, nawozów sztucznych, tworzyw sztucznych.
  • Jako utleniacz paliw, również hipergolowych. Zwykle w postaci czerwonego dymiącego kwasu azotowego (otrzymanego po dodaniu 13-15% czterotlenku azotu do białego dymiącego kwasu azotowego) z dodatkiem, np. 0,6% fluorowodoru, w celu zmniejszenia działania korozyjnego; używany m.in. w rakietach radzieckich systemów przeciwlotniczych S-75 i S-200.

Niebezpieczeństwa[edytuj | edytuj kod]

Pary kwasu azotowego mogą wywołać stany zapalne dróg oddechowych, które mogą prowadzić do obrzęku płuc i odoskrzelowego zapalenia płuc. Spożycie może spowodować śmiertelną perforację ścian żołądka lub jelit. W kontakcie ze skórą wywołuje martwicę lub zwęglenie. Większe poparzenia mogą prowadzić do zapaści lub wstrząsu. Poparzenie ponad 15% ciała stanowi zagrożenie dla życia[11].

Kwas azotowy należy przechowywać w pojemnikach kwasoodpornych bez dostępu światła, z dala od metali i materiałów palnych. Pomieszczenie powinno mieć zapewnioną wentylację[11].

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 Podręczny słownik chemiczny. Romuald Hassa, Janusz Mrzigod, Janusz Nowakowski (redaktorzy). Wyd. I. Katowice: Videograf II, 2004, s. 208. ISBN 8371832400.
  2. Kwas azotowy (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2012-02-01].
  3. 3,0 3,1 Informacje o klasyfikacji i oznakowaniu substancji według Rozporządzenia 1272/2008, zał. VI: Kwas azotowy (pol.) w bazie European chemical Substances Information System. Instytut Ochrony Zdrowia i Konsumenta. [dostęp 2012-02-01].
  4. Kwas azotowy (pol.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Polski. [dostęp 2012-02-01].
  5. Kwas azotowy – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  6. James House (red.): Inorganic Chemistry. Wyd. 2. Elsevier, 2013, s. 469-470. ISBN 978-0-12-385110-9.
  7. 7,0 7,1 7,2 7,3 7,4 7,5 Pradyot Patnaik: Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2003, s. 469-470. ISBN 0-07-049-439-8.
  8. Bolesław Orłowski: Nie tylko szablą i piórem. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1985. ISBN 83-206-0509-1.
  9. 9,0 9,1 9,2 9,3 Geoff Rayner-Canham. Tina Overton: Descriptive Inorganic Chemistry. W. H. Freeman and Company, 2010, s. 386-387. ISBN 978-1-4292-2434-5.
  10. 10,0 10,1 10,2 Adam Bielański: Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2002, s. 667-668. ISBN 83-01-13654-5.
  11. 11,0 11,1 11,2 11,3 Azoty Tarnów – BŁĄD 404.