Typpihappo- (HNO3) rakenne, ominaisuudet, synteesi ja käyttö

typpihappoa on epäorgaaninen yhdiste, joka koostuu typen oksohaposta. Sitä pidetään vahvana hapona, vaikka sen pKa (-1,4) on samanlainen kuin hydroniumionin pKa (-1,74). Tästä lähtien se on ehkä monien tunnettujen vahvojen happojen "heikoin".

Sen fyysinen ulkonäkö koostuu värittömästä nesteestä, joka varastoinnin myötä muuttuu kellertäväksi typpikaasujen muodostumisen vuoksi. Sen kemiallinen kaava on HNO₃. 

Se on jonkin verran epävakaa, ja sen auringonvalo altistuu hieman. Lisäksi se voi hajota kokonaan lämmittämällä ja aiheuttaa typpidioksidia, vettä ja happea.

Ylemmässä kuvassa on mittapullossa oleva vähän typpihappoa. Sen keltainen väri, osittain hajoava, voidaan todeta.

Sitä käytetään epäorgaanisten ja orgaanisten nitraattien sekä typpiyhdisteiden valmistuksessa, joita käytetään lannoitteiden, räjähteiden, väriaineiden välituotteiden ja erilaisten orgaanisten kemiallisten yhdisteiden valmistuksessa..

Tämä happo oli jo tiedossa kahdeksannen vuosisadan alkeemit, joita he kutsuivat "vesivaraksi". Saksalainen kemisti Johan Rudolf Glauber (1648) suunnitteli sen valmistusmenetelmän, joka koostui kaliumnitraatin lämmittämisestä rikkihapolla.

Se valmistetaan teollisesti Wilhelm Oswaldin (1901) suunnitteleman menetelmän mukaisesti. Menetelmä koostuu yleensä ammoniumin katalyyttisestä hapetuksesta, jolloin typpioksidin ja typpidioksidin muodostaminen peräkkäin muodostuu typpihapoksi.

Ilmakehässä NO₂ ihmisen toiminnan tuloksena syntyvä reagoi pilviveden kanssa muodostaen HNO: n₃. Sitten happosateiden aikana se saostuu samoin kuin vesipisarat, esimerkiksi syömien julkisten neliöiden patsaat.

Typpihappo on erittäin myrkyllinen yhdiste, ja jatkuva altistuminen sen höyryille voi johtaa krooniseen keuhkoputkentulehdukseen ja kemialliseen keuhkokuumeeseen..

indeksi

• 1 Typpihapon rakenne
  • 1.1 Resonanssirakenteet
• 2 Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet
  • 2.1 Kemialliset nimet
  • 2.2 Molekyylipaino
  • 2.3 Fyysinen ulkonäkö
  • 2.4 Haju
  • 2.5 Kiehumispiste
  • 2.6 Sulamispiste
  • 2.7 Liukoisuus veteen
  • 2.8 Tiheys
  • 2.9 Suhteellinen tiheys
  • 2.10 Suhteellinen höyryntiheys
  • 2.11 Höyrynpaine
  • 2.12 Hajoaminen
  • 2.13 Viskositeetti
  • 2.14 Korroosio
  • 2,15 Molaarisen höyrystymisen entalpia
  • 2.16 Vakio molaarinen entalpia
  • 2.17 Vakio molaarinen entropia
  • 2.18 Pintajännitys
  • 2.19 Hajukynnys
  • 2.20 Jakautuvakio
  • 2.21 Taitekerroin (η / D)
  • 2.22 Kemialliset reaktiot
• 3 Yhteenveto
  • 3.1 Teollisuus
  • 3.2 Laboratoriossa
• 4 Käyttö
  • 4.1 Lannoitteiden tuotanto
  • 4.2 Teollinen
  • 4.3 Metallipuhdistin
  • 4.4 Regian vesi
  • 4.5 Huonekalut
  • 4.6 Puhdistus
  • 4.7 Valokuvaus
  • 4.8 Muu
• 5 Myrkyllisyys
• 6 Viitteet

Typpihapon rakenne

HNO-molekyylin rakenne on esitetty ylemmässä kuvassa₃ jossa on pallojen ja palkkien malli. Typpiatomi, sininen pallo, sijaitsee keskellä, jota ympäröi trigonaalitason geometria; kolmio kuitenkin vääristyy yhdellä sen pisimmistä huippuista.

Typpihapon molekyylit ovat sitten tasaisia. Sidokset N = O, N-O ja N-OH muodostavat tasaisen kolmion huiput. Jos havaitaan yksityiskohtaisesti, N-OH-sidos on pitempi kuin muut kaksi (jossa valkoinen pallo on H-atomia edustava).

Resonanssirakenteet

On kaksi linkkiä, joilla on sama pituus: N = O ja N-O. Tämä tosiasia on ristiriidassa valenssisideteorian kanssa, jossa kaksoissidosten ennustetaan olevan lyhyempiä kuin yksinkertaiset sidokset. Tässä selitys on resonanssin ilmiössä, kuten alla olevassa kuvassa näkyy.

Molemmat sidokset, N = O ja N-O, ovat siten ekvivalentteja resonanssin suhteen. Tämä esitetään graafisesti rakenteen mallissa käyttämällä katkoviivaa kahden O-atomin välillä (katso rakenne).

Kun HNO on deprotonoitu₃, muodostuu stabiili anioninitraatti₃^-. Siinä resonanssi liittyy nyt O: n kolmeen atomiin. Tämä on syy siihen, miksi HNO₃ Bronsted-Lowryn happamuus on suuri (ionien H-lajin luovuttaja)⁺).

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Kemialliset nimet

-Typpihappo

-Azoottinen happo

-Vetynitraatti

-Vesi fortis.

Molekyylipaino

63,012 g / mol.

Fyysinen ulkonäkö

Väritön tai vaaleankeltainen neste, joka voi muuttua punertavan ruskeaksi.

haju

Acrid, tyypillinen tukehtuva.

Kiehumispiste

181 ºF - 760 mmHg (83 ºC).

Sulamispiste

-41,6 ºC.

Liukoisuus veteen

Erittäin liukoinen ja sekoittuva veteen.

tiheys

1,513 g / cm³ 20 ° C: ssa.

Suhteellinen tiheys

1,50 (suhteessa veteen = 1).

Höyryn suhteellinen tiheys

2 tai 3 kertaa arvioitu (suhteessa ilmaan = 1).

Höyrynpaine

63,1 mmHg 25 ° C: ssa.

hajoaminen

Ilman kosteuden tai lämmön vaikutuksesta se voi hajota muodostaen typpiperoksidia. Kun tämä hajoaminen lämpenee, se päästää hyvin myrkyllistä savua typen oksidista ja vetynitraatista.

Typpihappo ei ole stabiili, sillä se pystyy hajottamaan kosketuksissa lämmön kanssa ja altistumalla auringonvalolle ja säteilemällä typpidioksidia, happea ja vettä..

viskositeetti

1,092 mPa 0 ° C: ssa ja 0,617 mPa 40 ° C: ssa.

korroosio

Se pystyy hyökkäämään kaikkia perusmetalleja lukuun ottamatta alumiinia ja kromiterästä. Hyökkää joitakin muovimateriaalien, kumien ja päällysteiden lajikkeista. Se on syövyttävä ja syövyttävä aine, joten sitä on käsiteltävä erittäin varovaisesti.

Höyrystymisen molaarinen entalpia

39,1 kJ / mol 25 ° C: ssa.

Vakio molaarinen entalpia

-207 kJ / mol (298 ° F).

Vakio molaarinen entropia

146 kJ / mol (298 ° F).

Pintajännitys

-0,04356 N / m 0 ° C: ssa

-0,04115 N / m 20 ° C: ssa

-0,0376 N / m 40 ºC: ssa

Haju kynnys

-Matala haju: 0,75 mg / m³

-Korkea haju: 250 mg / m³

-Ärsyttävä pitoisuus: 155 mg / m³.

Jakautuvakio

pKa = -1,38.

Taitekerroin (η / D)

1,393 (16,5 ºC).

Kemialliset reaktiot

nesteytys

-Se voi muodostaa kiinteitä hydraatteja, kuten HNO: ta₃∙ H₂O ja HNO₃∙ 3H₂Tai: "Nitric ice".

Jakautuminen vedessä

Typpihappo on vahva happo, joka ionisoituu nopeasti vedessä seuraavalla tavalla:

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

Suolojen muodostuminen

Reagoi emäksisten oksidien kanssa muodostaen nitraattisuolaa ja vettä.

CaO (t) + 2 HNO₃ (l) => Ca (NO₃)₂ (ac) + H₂O (l)

Samoin se reagoi emästen (hydroksidien) kanssa, muodostaen nitraattisuolaa ja vettä.

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

Ja myös karbonaatit ja happokarbonaatit (bikarbonaatit), jotka myös muodostavat hiilidioksidia.

na₂CO₃ (ac) + HNO₃ (l) => NaNO₃ (ac) + H₂O (l) + CO₂ (G)

protonaatio

Typpihappo voi myös käyttäytyä kuin emäs. Tästä syystä se voi reagoida rikkihapon kanssa.

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

autoprotolysis

Typpihappo tapahtuu autoprotoisissa.

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

Metallihapetus

Reaktiossa metallien kanssa typpihappo ei toimi kuten vahvat hapot, jotka reagoivat vastaavan suolan muodostavien metallien kanssa ja vapauttavat vetyä kaasumaisessa muodossa.

Magnesium ja mangaani reagoivat kuitenkin kuumasti typpihapon kanssa samoin kuin muut vahvat hapot.

Mg (s) + 2 HNO₃ (l) => Mg (NO₃)₂ (ac) + H₂ (G)

muut

Typpihappo reagoi metalli- sulfiittien kanssa, jotka aiheuttavat nitraattisuolaa, rikkidioksidia ja vettä.

na₂SW₃ (s) + 2 HNO₃ (l) => 2 NaNO₃ (ac) + SO₂ (g) + H₂O (l)

Ja myös reagoi orgaanisten yhdisteiden kanssa, korvaamalla vety typpiryhmälle; siten muodostaa perustan räjähtävien yhdisteiden, kuten nitroglyseriinin ja trinitrotolueenin (TNT) synteesille.

synteesi

teollinen

Se tuotetaan teollisella tasolla ammoniumin katalyyttisellä hapetuksella Oswaldin vuonna 1901 kuvaaman menetelmän mukaisesti. Menettely koostuu kolmesta vaiheesta tai vaiheesta.

Vaihe 1: Ammoniumin hapetus typpioksidiksi

Ilmassa oleva happi hapettaa ammoniumia. Reaktio suoritetaan 800 ° C: ssa ja paineessa 6-7 atm käyttäen platinaa katalysaattorina. Ammonium sekoitetaan ilman kanssa seuraavassa suhteessa: 1 tilavuus ammoniumia 8 tilavuusosaa ilmaa kohti.

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

Reaktiossa syntyy typpioksidia, joka viedään hapetuskammioon seuraavaan vaiheeseen.

Vaihe 2. Typpioksidin hapetus typpidioksidissa

Hapetus tapahtuu ilmassa olevalla hapella alle 100 ºC: n lämpötilassa.

2NO (g) + O₂ (g) => 2NO₂ (G)

Vaihe 3. Typpidioksidin liuottaminen veteen

Tässä vaiheessa esiintyy typpihapon muodostumista.

4NO₂     +      2H₂O + O₂         => 4HNO₃

Typpidioksidin absorptiolle on useita menetelmiä (NO₂) vedessä.

Muita menetelmiä: NO₂ dimerisoidaan N: ksi₂O₄ alhaisissa lämpötiloissa ja korkeassa paineessa sen liukoisuuden lisäämiseksi veteen ja typpihapon tuottamiseksi.

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

Ammoniumin hapetuksella tuotetun typpihapon pitoisuus on 50 - 70%, joka voidaan nostaa 98%: iin käyttämällä tiivistettyä rikkihappoa dehydratoivana, mikä sallii typpihapon konsentraation lisäämisen..

Laboratoriossa

Kupari (II) -nitraatin terminen hajoaminen, joka tuottaa typpidioksidi- ja happikaasuja, jotka johdetaan veden läpi typpihapon muodostamiseksi; kuten se tapahtuu aikaisemmin kuvatulla Oswaldin menetelmällä.

2Cu (NO₃)₂    => 2CuO + 4NO₂    +     O₂

Nitraattisuolan reaktio H: n kanssa₂SW₄ keskittynyt. Muodostunut typpihappo erotetaan H: sta₂SW₄ tislaamalla 83 ° C: ssa (typpihapon kiehumispiste).

KNO₃   +    H₂SW₄     => HNO₃    +     KHSO₄

sovellukset

Lannoitteiden tuotanto

60% typpihapon tuotannosta käytetään lannoitteiden, erityisesti ammoniumnitraatin, valmistukseen.

Tämä on ominaista sen korkealle typpipitoisuudelle, joka on yksi kasvien kolmesta tärkeimmästä ravintoaineesta ja jossa kasvit käyttävät nitraattia välittömästi. Samalla ammoniumi hapetetaan maaperässä olevilla mikro-organismeilla ja sitä käytetään pitkäaikaisena lannoitteena.

teollinen

-15% typpihapon tuotannosta käytetään synteettisten kuitujen valmistukseen.

-Sitä käytetään typpihappoesterien ja -nitraattien kehittämisessä; kuten nitroselluloosa, akryylimaalit, nitrobentseeni, nitrotolueeni, akrylonitriilit jne..

-Se voi lisätä nitro-ryhmiä orgaanisiin yhdisteisiin, tätä ominaisuutta voidaan käyttää räjähteiden, kuten nitroglyseriinin ja trinitrotolueenin (TNT) valmistukseen.

-Adipiinihappo, nailonin esiaste, tuotetaan suuressa mittakaavassa hapettamalla sykloheksanonia ja sykloheksanolia typpihapolla.

Metallipuhdistin

Typpihappo on hapettavuuden vuoksi erittäin hyödyllinen mineraalien sisältämien metallien puhdistuksessa. Sitä käytetään myös sellaisten elementtien, kuten uraanin, mangaanin, niobiumin, zirkoniumin ja fosforihiilen happamoitumisen saamiseksi fosforihapon saamiseksi..

Vesi regia

Se sekoitetaan väkevään suolahappoon, jolloin muodostuu "agua regia". Tämä ratkaisu kykenee liuottamaan kultaa ja platinaa, mikä mahdollistaa sen käytön näiden metallien puhdistuksessa.

huonekalut

Typpihappoa käytetään antiikin vaikutuksen saamiseen mäntymetsän kalusteissa. Käsittely typpihapon liuoksella 10%: iin tuottaa huonekalun värin harmaasävyisenä.

puhdistus

-Typpihapon 5-30% vesiliuosten ja 15 - 40% fosforihapon seosta käytetään lypsyn työssä käytettävien laitteiden puhdistukseen, jotta voidaan poistaa magnesium- ja kalsiumyhdisteiden saostumien jäännökset.

-Se on hyödyllinen laboratoriossa käytetyn lasimateriaalin puhdistuksessa.

valokuvaus

-Typpihappoa on käytetty valokuvauksessa, erityisesti ferrosulfaatin kehittäjien lisäaineena märkälevyprosessissa, jonka tarkoituksena on edistää valkoisempaa väriä ambrotyypeissä ja ferrotyypeissä.

-Sitä käytettiin kollodionilevyjen hopeahauteen pH: n pienentämiseen, mikä sallii kuvan pienenemisen aiheuttaman sumun vähenemisen..

toiset

-Liuotinkapasiteettinsa vuoksi sitä käytetään erilaisten metallien analysoimiseksi liekin atomiabsorptiospektrofotometrillä ja induktiivisella kytkentäplasman massaspektrofotometrialla.

-Typpihapon ja rikkihapon yhdistelmää käytettiin yhteisen puuvillan muuntamiseksi selluloosanitraatiksi (typpipuuvilla).

-Salcoderm-valmistetta ulkoiseen käyttöön käytetään ihon hyvänlaatuisten kasvainten hoitoon (syylät, vehnät, kondylomat ja papilloomat). Sillä on ominaisuuksia, jotka aiheuttavat särmäystä, kivunlievitystä, ärsytystä ja kutinaa. Typpihappo on lääkkeen kaavan pääkomponentti.

-Nestemäisten rakettipolttoaineiden hapettimina käytetään etenkin BOMARC-ohjuksessa höyryttävää punaista typpihappoa ja valkoista höyryttävää typpihappoa..

myrkyllisyys

-Ihokosketus voi aiheuttaa ihon palovammoja, voimakasta kipua ja ihotulehdusta.

-Roiskeet silmiin voivat aiheuttaa voimakasta kipua, repimistä ja vakavissa tapauksissa sarveiskalvon vaurioita ja sokeutta.

-Höyryjen hengittäminen voi aiheuttaa yskää, hengenahdistusta, aiheuttaa vakavia tai kroonisia nenäverenvuotoja, kurkunpään tulehdus, krooninen keuhkoputkentulehdus, keuhkokuume ja keuhkopöhö..

-Nielemisen vuoksi se aiheuttaa suussa lievityksiä, syljeneritystä, voimakasta janoa, kipua nielemään, voimakasta kipua koko ruoansulatuskanavassa ja saman seinän rei'ityksen riskiä..

viittaukset

1. Wikipedia. (2018). Typpihappo. Haettu osoitteesta: en.wikipedia.org
2. Pubchem. (2018). Typpihappo. Haettu osoitteesta pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Encyclopaedia Britannican toimittajat. (23. marraskuuta 2018). Typpihappo. Encyclopædia Britannica. Haettu osoitteesta: britannica.com
4. Shrestha B. (s.f.). Typpihapon ominaisuudet ja käyttö. Chem Guide: kemian oppimisen opetusohjelmat. Haettu osoitteesta: chem-guide.blogspot.com
5. Kemiallinen kirja. (2017). Typpihappo. Haettu osoitteesta chemicalbook.com
6. Imanol. (10. syyskuuta 2013). Typpihapon tuotanto. Haettu osoitteesta: ingenieriaquimica.net