Kwas azotowy
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
 Struktury rezonansowe kwasu azotowego | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Ogólne informacje | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wzór sumaryczny |
HNO3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Inne wzory |
HONO2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Masa molowa |
63,01 g/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Wygląd | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Identyfikacja | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numer CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| PubChem | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| DrugBank | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Podobne związki | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Inne aniony | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Podobne związki | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Pochodne |
azotany: | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa) | |||||||||||||||||||||||||||||||||
Kwas azotowy (nazwa Stocka: kwas azotowy(V)), HNO
3 – nieorganiczny związek chemiczny, jeden z najsilniejszych kwasów tlenowych. Resztą kwasową jest w nim grupa azotanowa zawierająca azot na V stopniu utlenienia.
Otrzymywanie
[edytuj | edytuj kod]
3 i H
2SO
4
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[8]. 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[9].
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[9]. 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[10].
Współcześnie kwas azotowy na skalę przemysłową otrzymuje się wyłącznie metodą Ostwalda w reakcji katalitycznego utleniania amoniaku na siatce platynowej lub platynowo-rodowej[9]:
- 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[11].
Tak uzyskany tlenek azotu(II) utlenia się w obecności powietrza do tlenku azotu(IV)[9][11][12]:
- 2NO + O2 → 2NO2
Następnie powstały tlenek ulega dysproporcjowaniu w wodzie według równania[9][11][12]:
- 2NO2 + H2O → HNO3 + HNO2
W reakcji powstaje kwas azotowy i kwas azotawy. Ten drugi jest nietrwały i ulega dalszemu dysproporcjowaniu[9][11][12]:
- 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[13]. Na powietrzu dymi, można zaobserwować wydzielanie brunatnego tlenku azotu(IV)[2]:
- 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[13].
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]Opary 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[13].
Kwas azotowy należy przechowywać w pojemnikach kwasoodpornych bez dostępu światła, z dala od metali i materiałów palnych. Pomieszczenie powinno mieć zapewnioną wentylację[13].
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ a b c Farmakopea Polska IX, Polskie Towarzystwo Farmaceutyczne, Warszawa: Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych, 2011, s. 4574, ISBN 978-83-88157-77-6.
- ↑ a b Podręczny słownik chemiczny, Romuald Hassa (red.), Janusz Mrzigod (red.), Janusz Nowakowski (red.), Katowice: Videograf II, 2004, s. 208, ISBN 83-7183-240-0.
- ↑ a b c d CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-76, 4-132, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).
- ↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 9-64, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).
- ↑ Kwas azotowy, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2018-11-06] (ang.).
- ↑ Nitric acid, fuming, karta charakterystyki wydana na obszar Polski, Alfa Aesar (Thermo Fisher Scientific), numer katalogowy 45479 [dostęp 2018-11-06].
- ↑ Kwas azotowy (nr 438073) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2012-02-01]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
- ↑ James House (red.), Inorganic Chemistry, wyd. 2, Elsevier, 2013, s. 469–470, ISBN 978-0-12-385110-9 (ang.).
- ↑ a b c d e f Nitric acid, [w:] Pradyot Patnaik, Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill, 2002, s. 635–641, ISBN 0-07-049-439-8 (ang.).
- ↑ Bolesław Orłowski, Nie tylko szablą i piórem, Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1985, s. 218, ISBN 83-206-0509-1.
- ↑ a b c d Geoff Rayner-Canham, Tina Overton, Descriptive Inorganic Chemistry, W.H. Freeman and Company, 2010, s. 386–387, ISBN 978-1-4292-2434-5 (ang.).
- ↑ a b c Adam Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 5, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2002, s. 667–668, ISBN 83-01-13654-5.
- ↑ a b c d Kwas azotowy. Karta charakterystyki [online], Azoty Tarnów [dostęp 2009-12-13].[martwy link]