- Salpeterzuur structuur
- Resonantiestructuren
- Fysische en chemische eigenschappen
- Chemische namen
- Molecuulgewicht
- Fysiek uiterlijk
- Geur
- Kookpunt
- Smeltpunt
- Oplosbaarheid in water
- Dichtheid
- Relatieve dichtheid
- Relatieve dampdichtheid
- Dampdruk
- Ontleding
- Viscositeit
- Corrosie
- Molaire Enthalpie van Verdamping
- Standaard molaire enthalpie
- Standaard molaire entropie
- Oppervlaktespanning
- Geurdrempel
- Dissociatieconstante
- Brekingsindex (η / D)
- Chemische reacties
- Hydratatie
- Dissociatie in water
- Zoutvorming
- Protonering
- Autoprotolyse
- Metaaloxidatie
- Andere
- Synthese
- Industrieel
- Stap 1: oxidatie van ammonium tot stikstofmonoxide
- Stap 2. Oxidatie van stikstofmonoxide tot stikstofdioxide
- Stap 3. Oplossen van stikstofdioxide in water
- Op het laboratorium
- Toepassingen
- Meststofproductie
- Industrieel
- Metalen Purifier
- Koninklijk water
- Meubilair
- Schoonmaak
- Fotografie
- Anderen
- Toxiciteit
- Referenties
Het salpeterzuur is een anorganische verbinding die bestaat uit een oxozuur of stikstof. Het wordt beschouwd als een sterk zuur, hoewel de pKa (-1,4) vergelijkbaar is met de pKa van het hydroniumion (-1,74). Vanaf dit punt is het misschien wel de "zwakste" van veel bekende sterke zuren.
Het fysieke uiterlijk bestaat uit een kleurloze vloeistof die bij opslag verandert in een gelige kleur door de vorming van stikstofgassen. De chemische formule is HNO 3 .
Bron: Aleksander Sobolewski via Wikimedia Commons
Het is enigszins onstabiel en ondergaat een lichte ontleding door blootstelling aan zonlicht. Bovendien kan het volledig worden afgebroken door verwarming, waarbij stikstofdioxide, water en zuurstof vrijkomen.
De afbeelding hierboven toont wat salpeterzuur in een maatkolf. De gele verkleuring kan worden opgemerkt, wat wijst op een gedeeltelijke ontbinding.
Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van anorganische en organische nitraten, evenals in nitrosoverbindingen die worden gebruikt bij de vervaardiging van meststoffen, explosieven, tussenproducten voor kleurstoffen en verschillende organische chemische verbindingen.
Dit zuur was al bekend bij de alchemisten van de 8e eeuw, die ze "agua fortis" noemden. De Duitse chemicus Johan Rudolf Glauber (1648) ontwierp een methode voor de bereiding ervan, die bestond uit het verhitten van kaliumnitraat met zwavelzuur.
Het wordt industrieel vervaardigd volgens de methode die is ontworpen door Wilhelm Oswald (1901). De methode bestaat in het algemeen uit de katalytische oxidatie van ammonium, met de opeenvolgende vorming van stikstofmonoxide en stikstofdioxide om salpeterzuur te vormen.
In de atmosfeer reageert NO 2 geproduceerd door menselijke activiteit met water in wolken en vormt HNO 3 . Dan, tijdens zure regens, slaat het neer samen met druppels water, waardoor bijvoorbeeld de beelden op openbare pleinen worden weggevreten.
Salpeterzuur is een zeer giftige verbinding en continue blootstelling aan de dampen kan chronische bronchitis en chemische longontsteking veroorzaken.
Salpeterzuur structuur
Bron: Ben Mills, van Wikimedia Commons
De bovenste afbeelding toont de structuur van een HNO 3- molecuul met een bolletjes- en staafmodel. Het stikstofatoom, de blauwe bol, bevindt zich in het midden, omgeven door een driehoekige vlakke geometrie; de driehoek wordt echter vervormd door een van de langste hoekpunten.
Salpeterzuurmoleculen zijn dan plat. De N = O-, NO- en N-OH-bindingen vormen de hoekpunten van de platte driehoek. Als je goed kijkt, is de N-OH-binding langgerekt dan de andere twee (waar de witte bol die het H-atoom vertegenwoordigt, wordt gevonden).
Resonantiestructuren
Er zijn twee links met dezelfde lengte: N = 0 en NO. Dit feit druist in tegen de valentiebindingstheorie, waarbij wordt voorspeld dat dubbele bindingen korter zijn dan enkele bindingen. De verklaring hiervoor ligt in het fenomeen resonantie, zoals te zien in onderstaande afbeelding.
Bron: Ben Mills, van Wikimedia Commons
Beide bindingen, N = O en NO, zijn daarom equivalent in termen van resonantie. Dit wordt grafisch weergegeven in het structuurmodel door middel van een stippellijn tussen twee O-atomen (zie structuur).
Wanneer HNO 3 wordt gedeprotoneerd , wordt het stabiele nitraatanion NO 3 - gevormd . Daarin omvat de resonantie nu alle drie de O-atomen. Dit is de reden waarom HNO 3 een hoge Bronsted-Lowry-zuurgraad heeft (H + ionendonorsoort ).
Fysische en chemische eigenschappen
Chemische namen
-Salpeterzuur
-Azotic zuur
-Waterstofnitraat
-Agua fortis.
Molecuulgewicht
63.012 g / mol.
Fysiek uiterlijk
Kleurloze of lichtgele vloeistof, die roodbruin kan worden.
Geur
Prikkelende, verstikkende eigenschap.
Kookpunt
181 ° F tot 760 mmHg (83 ° C).
Smeltpunt
-41,6 ° C.
Oplosbaarheid in water
Zeer oplosbaar en mengbaar met water.
Dichtheid
1.513 g / cm 3 bij 20 ° C.
Relatieve dichtheid
1,50 (in verhouding tot water = 1).
Relatieve dampdichtheid
2 of 3 keer geschat (in relatie tot lucht = 1).
Dampdruk
63,1 mmHg bij 25 ° C.
Ontleding
Bij blootstelling aan luchtvochtigheid of hitte kan het ontleden onder vorming van stikstofperoxide. Bij verhitting tot ontbinding, geeft het een zeer giftige rook van stikstofoxide en waterstofnitraat af.
Salpeterzuur is niet stabiel, kan in contact met hitte en blootstelling aan zonlicht ontleden en stikstofdioxide, zuurstof en water uitstoten.
Viscositeit
1092 mPa bij 0 ° C en 0,617 mPa bij 40 ° C.
Corrosie
Het kan alle basismetalen aantasten, behalve aluminium en chroomstaal. Tast sommige soorten kunststoffen, rubbers en coatings aan. Het is een bijtende en bijtende stof, dus u moet er uiterst voorzichtig mee omgaan.
Molaire Enthalpie van Verdamping
39,1 kJ / mol bij 25 ° C
Standaard molaire enthalpie
-207 kJ / mol (298 ° F).
Standaard molaire entropie
146 kJ / mol (298 ° F).
Oppervlaktespanning
-0,04356 N / m bij 0 ºC
-0,04115 N / m bij 20 ºC
-0,0376 N / m bij 40 ºC
Geurdrempel
-Lage geur: 0,75 mg / m 3
- Sterke geur: 250 mg / m 3
-Irriterende concentratie: 155 mg / m 3 .
Dissociatieconstante
pKa = -1,38.
Brekingsindex (η / D)
1,393 (16,5 ° C).
Chemische reacties
Hydratatie
-Het kan vaste hydraten vormen, zoals HNO 3 ∙ H 2 O en HNO 3 ∙ 3H 2 O: "salpeterijs".
Dissociatie in water
Salpeterzuur is een sterk zuur dat op de volgende manieren snel ioniseert in water:
HNO 3 (l) + H 2 O (l) => H 3 O + (aq) + NO 3 -
Zoutvorming
Reageert met basische oxiden om een nitraatzout en water te vormen.
CaO (s) + 2 HNO 3 (l) => Ca (NO 3 ) 2 (aq) + H 2 O (l)
Evenzo reageert het met basen (hydroxiden) en vormt het een zout van nitraat en water.
NaOH (aq) + HNO 3 (l) => NaNO 3 (aq) + H 2 O (l)
En ook met carbonaten en zuurcarbonaten (bicarbonaten), die ook kooldioxide vormen.
Na 2 CO 3 (aq) + HNO 3 (l) => NaNO 3 (aq) + H 2 O (l) + CO 2 (g)
Protonering
Salpeterzuur kan zich ook als basis gedragen. Om deze reden kan het reageren met zwavelzuur.
HNO 3 + 2H 2 SO 4 <=> NO 2 + + H 3 O + + 2HSO 4 -
Autoprotolyse
Salpeterzuur ondergaat autoprotolyse.
2HNO 3 <=> NO 2 + + NO 3 - + H 2 O
Metaaloxidatie
In de reactie met metalen gedraagt salpeterzuur zich niet als sterke zuren, die reageren met metalen, het overeenkomstige zout vormen en waterstof in gasvorm vrijgeven.
Magnesium en mangaan reageren echter heet met salpeterzuur, net als de andere sterke zuren.
Mg (s) + 2 HNO 3 (l) => Mg (NO 3 ) 2 (aq) + H 2 (g)
Andere
Salpeterzuur reageert met metaalsulfieten om een nitraatzout, zwaveldioxide en water te vormen.
Na 2 SO 3 (s) + 2 HNO 3 (l) => 2 NaNO 3 (aq) + SO 2 (g) + H 2 O (l)
En het reageert ook met organische verbindingen, waarbij een waterstof wordt vervangen door een nitrogroep; en vormt zo de basis voor de synthese van explosieve verbindingen zoals nitroglycerine en trinitrotolueen (TNT).
Synthese
Industrieel
Het wordt op industrieel niveau geproduceerd door katalytische oxidatie van ammonium, volgens de methode beschreven door Oswald in 1901. Het proces bestaat uit drie fasen of stappen.
Stap 1: oxidatie van ammonium tot stikstofmonoxide
Ammonium wordt geoxideerd door zuurstof in de lucht. De reactie wordt uitgevoerd bij 800 ° C en onder een druk van 6-7 atm, met gebruik van platina als katalysator. Ammoniak wordt gemengd met lucht in de volgende verhouding: 1 volume ammoniak op 8 volumes lucht.
4NH 3 (g) + 5O 2 (g) => 4NO (g) + 6H 2 O (l)
Bij de reactie wordt stikstofmonoxide geproduceerd, dat voor de volgende stap naar de oxidatiekamer wordt gevoerd.
Stap 2. Oxidatie van stikstofmonoxide tot stikstofdioxide
De oxidatie wordt uitgevoerd door de in de lucht aanwezige zuurstof bij een temperatuur lager dan 100ºC.
2NO (g) + O 2 (g) => 2NO 2 (g)
Stap 3. Oplossen van stikstofdioxide in water
In deze fase vindt de vorming van salpeterzuur plaats.
4NO 2 + 2H 2 O + O 2 => 4HNO 3
Er zijn verschillende methoden voor de opname van stikstofdioxide (NO 2 ) in water.
Onder andere: NO 2 wordt gedimeriseerd tot N 2 O 4 bij lage temperaturen en hoge druk, om de oplosbaarheid in water te vergroten en salpeterzuur te produceren.
3N 2 O 4 + 2H 2 O => 4HNO 3 + 2NO
Het salpeterzuur dat wordt geproduceerd door de oxidatie van ammonium heeft een concentratie tussen 50-70%, die op 98% kan worden gebracht door geconcentreerd zwavelzuur als dehydratatiemiddel te gebruiken, waardoor de concentratie van salpeterzuur kan worden verhoogd.
Op het laboratorium
Thermische ontleding van koper (II) nitraat, waarbij stikstofdioxide en zuurstofgassen worden geproduceerd, die door water worden geleid om salpeterzuur te vormen; zoals in de Oswald-methode, eerder beschreven.
2Cu (NO 3 ) 2 => 2CuO + 4NO 2 + O 2
Reactie van een nitraatzout met geconcentreerd H 2 SO 4 . Het salpeterzuur gevormd wordt van H 2 SO 4 door destillatie bij 83 ° C (kookpunt salpeterzuur).
KNO 3 + H 2 SO 4 => HNO 3 + KHSO 4
Toepassingen
Meststofproductie
60% van de salpeterzuurproductie wordt gebruikt bij de vervaardiging van meststoffen, vooral ammoniumnitraat.
Dit kenmerkt zich door de hoge concentratie stikstof, een van de drie belangrijkste voedingsstoffen voor planten, waarbij het nitraat direct door de planten wordt gebruikt. Ondertussen wordt ammoniak geoxideerd door micro-organismen die in de bodem aanwezig zijn en wordt het gebruikt als meststof voor de lange termijn.
Industrieel
-15% van de salpeterzuurproductie wordt gebruikt bij de vervaardiging van synthetische vezels.
-Het wordt gebruikt bij de productie van salpeterzuuresters en nitro-derivaten; zoals nitrocellulose, acrylverf, nitrobenzeen, nitrotolueen, acrylonitrilen, etc.
-U kunt nitrogroepen toevoegen aan organische verbindingen, en deze eigenschap kan worden gebruikt om explosieven te maken zoals nitroglycerine en trinitrotolueen (TNT).
-Adipinezuur, een voorloper van nylon, wordt op grote schaal geproduceerd door oxidatie van cyclohexanon en cyclohexanol door salpeterzuur.
Metalen Purifier
Salpeterzuur is vanwege zijn oxiderende vermogen erg nuttig bij de zuivering van metalen die in mineralen aanwezig zijn. Evenzo wordt het gebruikt om elementen zoals uranium, mangaan, niobium en zirkonium te verkrijgen, en bij het aanzuren van fosforgesteenten om fosforzuur te verkrijgen.
Koninklijk water
Het wordt gemengd met geconcentreerd zoutzuur om "aqua regia" te vormen. Deze oplossing kan goud en platina oplossen, waardoor het kan worden gebruikt bij de zuivering van deze metalen.
Meubilair
Salpeterzuur wordt gebruikt om een antiek effect te verkrijgen in meubels gemaakt van grenenhout. Behandeling met een 10% salpeterzuuroplossing geeft een grijs-gouden kleur in het hout van de meubelen.
Schoonmaak
-Het mengsel van waterige oplossingen van salpeterzuur 5-30% en fosforzuur 15-40% wordt gebruikt bij het reinigen van de apparatuur die wordt gebruikt bij het melken, om de residuen van de neerslagen van de magnesiumverbindingen te verwijderen en calcium.
-Het is handig bij het reinigen van glaswerk dat in het laboratorium wordt gebruikt.
Fotografie
-Nitroenzuur is in de fotografie gebruikt, met name als additief voor ferrosulfaatontwikkelaars in het natte plaatproces, met als doel een wittere kleur in ambrotypen en tinttypen te bevorderen.
-Het werd gebruikt om de pH van het zilverbad van de collodiumplaten te verlagen, waardoor het uiterlijk van een mist die de beelden verstoorde, verminderde.
Anderen
-Vanwege zijn oplosmiddelcapaciteit wordt het gebruikt bij de analyse van verschillende metalen door middel van vlamatoomabsorptiespectrofotometrie-technieken en inductief gekoppelde plasmamassaspectrofotometrie.
-De combinatie van salpeterzuur en zwavelzuur werd gebruikt voor de omzetting van gewone katoen in cellulosenitraat (salpeter katoen).
-Het medicijn Salcoderm voor uitwendig gebruik wordt gebruikt bij de behandeling van goedaardige neoplasmata van de huid (wratten, eelt, condylomen en papillomen). Het bezit eigenschappen van cauterisatie, verlichting van pijn, irritatie en jeuk. Salpeterzuur is het hoofdbestanddeel van de medicijnformule.
-Rood rokend salpeterzuur en wit rokend salpeterzuur worden gebruikt als oxidatiemiddelen voor vloeibare raketbrandstoffen, vooral in de BOMARC-raket.
Toxiciteit
-In contact met de huid kan het brandwonden, ernstige pijn en dermatitis veroorzaken.
-In contact met de ogen kan intense pijn, tranen en in ernstige gevallen beschadiging van het hoornvlies en blindheid veroorzaken.
- Inademing van de dampen kan hoesten, ademnood, neusbloedingen, laryngitis, chronische bronchitis, longontsteking en longoedeem veroorzaken bij intense of chronische blootstelling.
-Vanwege de inname zijn er laesies in de mond, speekselvloed, intense dorst, pijn bij het slikken, intense pijn door het spijsverteringskanaal en het risico op perforatie van de wand ervan.
Referenties
- Wikipedia. (2018). Salpeterzuur. Hersteld van: en.wikipedia.org
- PubChem. (2018). Salpeterzuur. Hersteld van: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
- De redactie van Encyclopaedia Britannica. (23 november 2018). Salpeterzuur. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: britannica.com
- Shrestha B. (zd). Eigenschappen van salpeterzuur en toepassingen. Chem Guide: tutorials voor het leren van scheikunde. Hersteld van: chem-guide.blogspot.com
- Chemisch boek. (2017). Salpeterzuur. Hersteld van: chemicalbook.com
- Imanol. (10 september 2013). Salpeterzuurproductie. Hersteld van: ingenieriaquimica.net