MājasĶīmijaSLĀPEKĻSKĀBE (HNO3): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, SINTĒZE UN PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025
SLĀPEKĻSKĀBE (HNO3): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, SINTĒZE UN PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025
Ķīmija

SLĀPEKĻSKĀBE (HNO3): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, SINTĒZE UN PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Anonim

Slāpekļskābe ir neorganisks savienojums, kas sastāv no oxoacid slāpekļa. To uzskata par stipru skābi, lai gan tās pKa (-1,4) ir līdzīga hidronija jonu pKa (-1,74). No šī brīža tas, iespējams, ir "vājākais" no daudzām zināmajām spēcīgajām skābēm.

Tās fiziskais izskats sastāv no bezkrāsaina šķidruma, kas uzglabāšanas laikā mainās uz dzeltenīgu krāsu slāpekļa gāzu veidošanās dēļ. Tās ķīmiskā formula ir HNO 3 .

Avots: Aleksandrs Soboļevskis, izmantojot Wikimedia Commons

Tas ir nedaudz nestabils, nedaudz sadaloties saules gaismas iedarbībā. Turklāt karsējot to var pilnībā sadalīt, veidojot slāpekļa dioksīdu, ūdeni un skābekli.

Augšējā attēlā parādīta kāda slāpekļskābe, kas atrodas mērkolbā. Var pamanīt tā dzelteno krāsu, kas norāda uz daļēju sadalīšanos.

To izmanto neorganisko un organisko nitrātu ražošanā, kā arī nitrozo savienojumos, kurus izmanto mēslošanas līdzekļu, sprāgstvielu, krāsvielu starpproduktu un dažādu organisko ķīmisko savienojumu ražošanā.

Šī skābe bija zināma jau 8. gadsimta alķīmiķiem, kurus viņi sauca par “agua fortis”. Vācu ķīmiķis Johans Rūdolfs Guberers (1648) izstrādāja tā pagatavošanas metodi, kas sastāvēja no kālija nitrāta sildīšanas ar sērskābi.

Tas ir rūpnieciski sagatavots, izmantojot Vilhelma Osvalda (1901) izstrādāto metodi. Metode parasti sastāv no amonija katalītiskas oksidēšanas, secīgi veidojot slāpekļa oksīdu un slāpekļa dioksīdu, veidojot slāpekļskābi.

Atmosfērā cilvēka darbības radītais NO 2 reaģē ar ūdeni mākoņos, veidojot HNO 3 . Tad skābu lietus laikā tas nokrīt kopā ar ūdens pilieniem, apēdot, piemēram, statujas publiskajos laukumos.

Slāpekļskābe ir ļoti toksisks savienojums, un pastāvīga tās tvaiku iedarbība var izraisīt hronisku bronhītu un ķīmisku pneimoniju.

Slāpekļskābes struktūra

Avots: Ben Mills, no Wikimedia Commons

Augšējā attēlā parādīta HNO 3 molekulas struktūra ar sfērisko un joslu modeli. Slāpekļa atoms, zilā sfēra, atrodas centrā, to ieskauj trigonālās plaknes ģeometrija; tomēr trīsstūri izkropļo viena no tā garākajām virsotnēm.

Pēc tam slāpekļskābes molekulas ir plakanas. N = O, NO un N-OH saites veido plakanā trīsstūra virsotnes. Ja jūs skatāties uzmanīgi, N-OH saite ir garāka nekā pārējās divas (kur tiek atrasta baltā lode, kas apzīmē H atomu).

Rezonanses struktūras

Ir divas saites, kuru garums ir vienāds: N = 0 un NO. Šis fakts ir pretrunā ar valences saišu teoriju, kur paredzams, ka divkāršās saites būs īsākas nekā vienas saites. Tas izskaidrojams ar rezonanses fenomenu, kā redzams attēlā zemāk.

Avots: Ben Mills, no Wikimedia Commons

Tāpēc abas saites, N = O un NO, ir līdzvērtīgas rezonanses ziņā. Tas ir attēlots grafiski struktūras modelī, izmantojot pārtrauktu līniju starp diviem O atomiem (sk. Struktūru).

Kad HNO 3 ir deprotonēts , veidojas stabils nitrātu anjons NO 3 . Tajā rezonanse tagad ietver visus trīs O atomus.Tas ir iemesls, kāpēc HNO 3 ir augsts Bronsted-Lowry skābums (H + jonu donoru sugas ).

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Ķīmiskie nosaukumi

-Slāpekļskābe

-Azotiskā skābe

-Ūdeņraža nitrāts

-Agua fortis.

Molekulārais svars

63,012 g / mol.

Ārējais izskats

Bezkrāsains vai gaiši dzeltens šķidrums, kas var kļūt sarkanbrūns.

Smarža

Spēcīga, smacējoša īpašība.

Vārīšanās punkts

181 ° F līdz 760 mmHg (83 ° C).

Kušanas punkts

-41,6 ° C.

Šķīdība ūdenī

Ļoti labi šķīst un viegli sajaucas ar ūdeni.

Blīvums

1,513 g / cm 3 20 ° C temperatūrā.

Relatīvais blīvums

1,50 (attiecībā pret ūdeni = 1).

Relatīvais tvaika blīvums

Aprēķināts 2 vai 3 reizes (attiecībā pret gaisu = 1).

Tvaika spiediens

63,1 mmHg 25 ° C temperatūrā.

Sadalīšanās

Atkarībā no atmosfēras mitruma vai karstuma tas var sadalīties, veidojot slāpekļa peroksīdu. Sildot līdz sadalīšanai, tas izdala ļoti toksiskus slāpekļa oksīda un ūdeņraža nitrāta izgarojumus.

Slāpekļskābe nav stabila, spēja sadalīties saskarē ar karstumu un saules staru iedarbību, izdalot slāpekļa dioksīdu, skābekli un ūdeni.

Viskozitāte

1092 mPa 0 ° C temperatūrā un 0,617 mPa 40 ° C temperatūrā.

Korozija

Tas spēj uzbrukt visiem parastajiem metāliem, izņemot alumīniju un hroma tēraudu. Uzbrukums dažām plastmasas, gumijas un pārklājumu šķirnēm. Tā ir kodīga un kodīga viela, tāpēc ar to jārīkojas ļoti piesardzīgi.

Iztvaikošanas molārā entalpija

39,1 kJ / mol 25 ° C temperatūrā.

Standarta molārā entalpija

-207 kJ / mol (298 ° F).

Standarta molārā entropija

146 kJ / mol (298 ° F).

Virsmas spraigums

-0,04356 N / m pie 0 ºC

-0,04115 N / m pie 20 ºC

-0,0376 N / m pie 40 ºC

Smaržas slieksnis

-Zema smaka: 0,75 mg / m 3

-Augsta smaka: 250 mg / m 3

-Kairinošā koncentrācija: 155 mg / m 3 .

Disociācijas konstante

pKa = -1,38.

Refrakcijas indekss (η / D)

1,393 (16,5 ° C).

Ķīmiskās reakcijas

Hidratācija

- Tas var veidot cietus hidrātus, piemēram, HNO 3 ∙ H 2 O un HNO 3 ∙ 3H 2 O: “slāpekļa ledus”.

Disociācija ūdenī

Slāpekļskābe ir spēcīga skābe, kas ūdenī ātri jonizējas šādos veidos:

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

Sāls veidošanās

Reaģē ar bāzes oksīdiem, veidojot nitrātu sāli un ūdeni.

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

Tāpat tas reaģē ar bāzēm (hidroksīdiem), veidojot nitrāta un ūdens sāli.

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

Un arī ar karbonātiem un skābiem karbonātiem (bikarbonātiem), veidojot arī oglekļa dioksīdu.

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

Protonēšana

Slāpekļskābe var izturēties arī kā bāze. Šī iemesla dēļ tas var reaģēt ar sērskābi.

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

Autoprotolīze

Slāpekļskābe tiek pakļauta autoprotolīzei.

2HNO 3 <=> NO 2 + + NO 3 - + H 2 O

Metālu oksidēšana

Reaģējot ar metāliem, slāpekļskābe neuzvedas kā spēcīgas skābes, kas reaģē ar metāliem, veidojot atbilstošo sāli un izdalot ūdeņradi gāzveida formā.

Tomēr magnijs un mangāns karstā veidā reaģē ar slāpekļskābi tāpat kā citas spēcīgās skābes.

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

Cits

Slāpekļskābe reaģē ar metālu sulfītiem, veidojot nitrāta sāli, sēra dioksīdu un ūdeni.

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

Un tas arī reaģē ar organiskiem savienojumiem, aizstājot nitrogrupu ar ūdeņradi; tādējādi veidojot pamatu tādu sprādzienbīstamu savienojumu kā nitroglicerīns un trinitrotoluols (TNT) sintēzei.

Sintēze

Rūpnieciskā

To ražo rūpnieciskā līmenī ar amonija katalītisku oksidēšanu saskaņā ar metodi, kuru 1901. gadā aprakstīja Osvalds. Process sastāv no trim posmiem vai posmiem.

1. posms: Amonija oksidēšana uz slāpekļa oksīdu

Amoniju gaisā oksidē skābeklis. Reakciju veic 800 ° C temperatūrā un ar spiedienu 6-7 atm, kā katalizatoru izmantojot platīnu. Amonjaku sajauc ar gaisu šādā proporcijā: 1 tilpums amonjaka un 8 tilpumi gaisa.

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

Reakcijā rodas slāpekļa oksīds, kurš tiek nogādāts oksidācijas kamerā nākamajam posmam.

Slāpekļa oksīda oksidēšana līdz slāpekļa dioksīdam

Oksidāciju veic ar skābekli, kas atrodas gaisā, temperatūrā zem 100ºC.

2NO (g) + O 2 (g) => 2NO 2 (g)

3. posms. Slāpekļa dioksīda izšķīšana ūdenī

Šajā posmā notiek slāpekļskābes veidošanās.

4NO 2 + 2H 2 O + O 2 => 4HNO 3

Ir vairākas metodes slāpekļa dioksīda (NO 2 ) absorbcijai ūdenī.

Starp citām metodēm: lai paaugstinātu tā šķīdību ūdenī un iegūtu slāpekļskābi, NO 2 zemā temperatūrā un augstā spiedienā tiek dimmerizēts līdz N 2 O 4 .

3N 2 O 4 + 2H 2 O => 4HNO 3 + 2NO

Slāpekļskābes, kas rodas, amonija oksidējot, koncentrācija ir no 50 līdz 70%, ko var sasniegt līdz 98%, izmantojot kā dehidrējošu līdzekli koncentrētu sērskābi, kas ļauj palielināt slāpekļskābes koncentrāciju.

Laboratorijā

Vara (II) nitrāta termiskā sadalīšanās, veidojot slāpekļa dioksīdu un skābekļa gāzes, kuras caur ūdeni tiek izvadītas, veidojot slāpekļskābi; tāpat kā iepriekš aprakstītajā Osvalda metodē.

2Cu (NO 3 ) 2 => 2CuO + 4NO 2 + O 2

Reakcija no nitrātu sāls ar koncentrētu H 2 PI 4 . Slāpekļskābes veidojas ir atdalīta no H 2 SO 4 , destilējot pie 83 ° C (viršanas temperatūra no slāpekļskābes).

KNO 3 + H 2 SO 4 => HNO 3 + KHSO 4

Lietojumprogrammas

Mēslošanas līdzekļu ražošana

60% no slāpekļskābes ražošanas tiek izmantoti mēslošanas līdzekļu, īpaši amonija nitrāta, ražošanā.

Tam raksturīga augsta slāpekļa koncentrācija, kas ir viena no trim galvenajām augu barības vielām, un augi nitrātu nekavējoties izmanto. Tikmēr amonjaku oksidē augsnē esošie mikroorganismi, un to izmanto kā ilgtermiņa mēslojumu.

Rūpnieciskā

Sintētisko šķiedru ražošanā izmanto -15% slāpekļskābes.

-To izmanto slāpekļskābes esteru un nitro atvasinājumu ražošanā; piemēram, nitroceluloze, akrila krāsas, nitrobenzols, nitrotoluols, akrilonitriļi utt.

-Jūs varat pievienot nitro grupas organiskiem savienojumiem, un šo īpašību var izmantot tādu sprāgstvielu ražošanai kā nitroglicerīns un trinitrotoluols (TNT).

-Adipīnskābi, kas ir neilona prekursors, lielā mērā ražo, oksidējot cikloheksanonu un cikloheksanolu ar slāpekļskābi.

Metāla attīrītājs

Slāpekļskābe, pateicoties tā oksidēšanas spējai, ir ļoti noderīga metālu attīrīšanā, kas atrodas minerālos. Tāpat to izmanto tādu elementu iegūšanai kā urāns, mangāns, niobijs un cirkonijs, kā arī fosfora iežu paskābināšanai, lai iegūtu fosforskābi.

Karaliskais ūdens

To sajauc ar koncentrētu sālsskābi, veidojot "aqua regia". Šis risinājums spēj izšķīdināt zeltu un platīnu, kas ļauj to izmantot šo metālu attīrīšanā.

Mēbeles

Slāpekļskābe tiek izmantota, lai iegūtu antīku efektu mēbelēs, kas izgatavotas no priedes koksnes. Apstrāde ar 10% slāpekļskābes šķīdumu mēbeļu koksnē iegūst pelēkā zelta krāsu.

Tīrīšana

- Slaukšanas darbos izmantotā aprīkojuma tīrīšanai izmanto slāpekļskābes 5-30% un fosforskābes 15–40% ūdens šķīdumu, lai atbrīvotos no magnija savienojumu nogulsnēm un kalcijs.

-Tas ir noderīgs laboratorijas stikla trauku tīrīšanai.

Fotogrāfija

-Slāpekļskābe ir izmantota fotogrāfijā, īpaši kā piedeva melno sulfātu izstrādātājiem mitras plāksnes veidošanas procesā, lai veicinātu baltāku krāsu ambrotipos un smalkās tipās.

- To izmantoja, lai pazeminātu kolodiju plākšņu sudraba vannas pH, kas ļāva samazināt miglu, kas traucē attēliem.

Citi

-Sakarā ar šķīdinātāja ietilpību to izmanto dažādu metālu analīzē ar liesmas atomu absorbcijas spektrofotometrijas metodēm un induktīvi savienotas plazmas masas spektrofotometriju.

- Parastās kokvilnas pārvēršanai celulozes nitrātā (slāpekļa kokvilna) tika izmantota slāpekļskābes un sērskābes kombinācija.

-Zāles Salcoderm ārējai lietošanai lieto ādas labdabīgu jaunveidojumu (kārpas, varžacis, kondilomas un papilomas) ārstēšanai. Tam piemīt cauterization, sāpju, kairinājuma un niezes mazināšanas īpašības. Slāpekļskābe ir galvenā zāļu formu sastāvdaļa.

-Sarkanā kūpošā slāpekļskābe un baltā kūpošā slāpekļskābe tiek izmantotas kā oksidētāji šķidrajai raķešu degvielai, īpaši BOMARC raķetē.

Toksicitāte

-Kontakts ar ādu, tas var izraisīt ādas apdegumus, stipras sāpes un dermatītu.

-Kontakts ar acīm var izraisīt intensīvas sāpes, asarošanu un smagos gadījumos radzenes bojājumus un aklumu.

-Tvaiku ieelpošana var izraisīt klepu, elpošanas traucējumus, intensīvas vai hroniskas iedarbības laikā izraisīt deguna asiņošanu, laringītu, hronisku bronhītu, pneimoniju un plaušu edēmu.

-Tāpēc, ka to norij, ir bojājumi mutē, siekalošanās, intensīvas slāpes, sāpes norīt, intensīvas sāpes visā gremošanas traktā un tās pašas sienas perforācijas risks.

Atsauces

  1. Wikipedia. (2018). Slāpekļskābe. Atgūts no: en.wikipedia.org
  2. PubChem. (2018). Slāpekļskābe. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
  3. Enciklopēdijas Britannica redaktori. (2018. gada 23. novembris). Slāpekļskābe. Encyclopædia Britannica. Atgūts no: britannica.com
  4. Šrestha B. (nd). Slāpekļskābes īpašības un lietojums. Chem Guide: konsultācijas ķīmijas apguvei. Atgūts no: chem-guide.blogspot.com
  5. Ķīmiskā grāmata. (2017). Slāpekļskābe. Atgūts no: chemicalbook.com
  6. Imanols. (2013. gada 10. septembris). Slāpekļskābes ražošana. Atgūts no: ingenieriaquimica.net
Ķīmija

Izvēle redaktors

Treica leņķis: anatomija un funkcijas

Gremošanas sistēma: daļas, funkcijas, slimības

Kas ir juxtaglomerulārais aparāts?

Golgi aparāts: raksturojums, funkcijas un struktūras

Coracoid process: raksturojums, funkcija, traucējumi

Mastoidālais process: muskuļi, funkcijas un slimības