Salpetersyre | |||||
|
|||||
Struktur av salpetersyre. | |||||
Identifikasjon | |||||
---|---|---|---|---|---|
N o CAS | |||||
N o ECHA | 100.028.832 | ||||
N o EC | 231-714-2 | ||||
N o RTECS | QU5775000 | ||||
PubChem | 944 | ||||
ChEBI | 48107 | ||||
SMIL |
[N +] (= O) (O) [O-] , |
||||
InChI |
Std. InChI: InChI = 1S / HNO3 / c2-1 (3) 4 / t (H, 2,3,4) Std. InChIKey: GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N |
||||
Utseende | Fargeløs til gul væske med en skarp lukt (70%). Transparent eller brun væske. |
||||
Kjemiske egenskaper | |||||
Brute formel |
H N O 3 [Isomerer] |
||||
Molarmasse | 63,0128 ± 0,0012 g / mol H 1,6%, N 22,23%, O 76,17%, |
||||
pKa | −1.37 | ||||
Dipolar øyeblikk | 2,17 ± 0,02 D | ||||
Fysiske egenskaper | |||||
T ° fusjon | −41,6 ° C (70%) | ||||
T ° kokende | 121 ° C (70%) | ||||
Blandbarhet | i vann | ||||
Volumisk masse | 1,4 g cm −3 (70%) | ||||
Mettende damptrykk | ved 20 ° C : 6,4 kPa (70%) | ||||
Dynamisk viskositet | 0,88 mPa s ved 20 ° C | ||||
Termokjemi | |||||
S 0 væske, 1 bar | 266,39 J K −1 mol −1 | ||||
Δ f H 0 væske | −174 kJ mol −1 | ||||
Δ vap H ° | 39,1 kJ mol −1 ( 1 atm , 25 ° C ) | ||||
Elektroniske egenskaper | |||||
1 re ioniseringsenergi | 11,95 ± 0,01 eV (gass) | ||||
Forholdsregler | |||||
SGH | |||||
Fare H272, H290, H314, H331, EUH071, H272 : Kan forsterke brannen; oksidasjonsmiddel H290 : Kan være etsende for metaller H314 : Gir alvorlige etseskader på hud og øyne H331 : Giftig ved innånding EUH071 : Etsende for luftveiene |
|||||
WHMIS | |||||
C, E, C : Oksiderende materiale forårsaker eller fremmer forbrenningen av et annet materiale ved å frigjøre oksygen E : Etsende materiale Transport av farlig gods: klasse 8 Informasjon om 1,0% i henhold til listen over ingredienser |
|||||
NFPA 704 | |||||
røyking:
0
4
1
OKSE
> 40%: 0 4 0 OKSE <40%: 0 3 0 |
|||||
Transportere | |||||
856 : etsende eller utviser en liten grad av korrosivitet og oksiderende (fremmer brann) og giftig UN-nummer : 2032 : RØDT RØYKNING NITRINSYRE Klasse: 8 Etiketter: 8 : Etsende stoffer 5.1 : Oksiderende stoffer 6.1 : Giftige stoffer Emballasje: Emballasje gruppe I : veldig farlig gods ;
885 : veldig etsende og oksiderende materiale (fremmer brann) FN-nummer : 2031 : Salpetersyre, unntatt rødgassende salpetersyre, inneholder ikke mer enn 70 prosent salpetersyre Klasse: 8 Etiketter: 8 : Etsende stoffer 5.1 : Oksiderende stoffer Emballasje: Emballasje gruppe I : meget farlige stoffer; |
|||||
Økotoksikologi | |||||
Luktterskel | lav: 0,27 ppm | ||||
Enheter av SI og STP med mindre annet er oppgitt. | |||||
Den salpetersyre er en kjemisk forbindelse med formel HNO 3. Fargeløs væske når det er rent, dette sterk mineralsyre (med p K en = -1,37 ) er i praksis anvendes i konsentrert vandig oppløsning . Det ble en gang kalt syre salpetersyre ved kjemikere av XIX th århundre , men når ånden av salpeter ved alkymister , eller " etsing " eller Aquae lovlig ved gravører på kobber .
I en konsentrasjon større enn 86% kalles den "røykende salpetersyre", kvalifisert som "hvit" eller "rød" avhengig av om den er fattig eller rik på nitrogendioksid NO 2.. Skjær med en femtedel eller en fjerdedel av nitrogenperoksyd N 2 O 4og mindre enn en prosent av hydrogenfluorid HF, gir det den hemmede røde fuming salpetersyre , bedre kjent av det engelske akronymet IRFNA, som et lagringsbart drivmiddel som spesielt brukes som en oksidant ( oksidasjonsmiddel ) for fremdrift av sovjetiske SS- missiler. Scud i årene 1956 . Ved en konsentrasjon større enn 95% utvikler den raskt en gulaktig farge ved romtemperatur på grunn av nedbrytningen og frigjør nitrogendioksid NO 2.
Salpetersyren ble først oppnådd av de gamle kjemikerne fra forskjellige naturlige nitrater, spesielt på slutten av XIX - tallet fra det chilenske nitratet, også kalt salte av caliche . Det var ikke før gasskjemien utviklet seg en kjemisk syntese fra luft i en elektrisk ovn , for eksempel ved Birkeland og Eyde-prosessen . Men Ostwald-prosessen gjorde det også mulig å bruke ammoniakk NH 3syntetisert av Haber-Bosch-prosessen . Disse moderne kjemiske banene utviklet under Belle Époque har vist seg å være avgjørende for den kjemiske industrien av eksplosive nitrater, som nitroglyserin , nitrofenoler , pikrinsyre , trinitrotoluen (TNT), materialer som industrien krever. Moderne våpen, men også fremstilling av fargestoffer, slik som Martins gule , eller parfymer, som kunstig moskus .
Salpetersyre er en del av sammensetningen av surt regn , der den dannes ved hydrering av nitrogendioksid NO 2, et stort atmosfærisk forurensende stoff fra forskjellige nitrogenoksider NO x avvist av de forskjellige forbrenningene:
3 NO 2+ H 2 O→ 2 HNO 3+ NEI .Salpetersyre ble syntetisert for første gang ved slutten av det VIII th tallet av alkymisten Geber det som oppnås ved oppvarming av salpeter KNO 3i nærvær av koppersulfat CuSO 4 ⋅5H 2 Oog alun KAL (SO 4 ) 2 ⋅12H 2 O . I XIII th århundre,Albert den storebrukes til å skillegullogsølv.
I midten av XVII th århundre, Johann Rudolf Glauber oppnådd salpetersyre ved destillasjon av salpeter i nærvær av svovelsyre , den prosess som brukes i laboratoriet for å XXI th århundre. Under XVIII th århundre, Antoine Lavoisier viser at salpetersyre inneholder både oksygen og nitrogen , den nøyaktige sammensetning bestemmes senere festes ved Henry Cavendish .
Den industrielle produksjonen av salpetersyre tar bare av i løpet av XIX - tallet, saltpeter og svovelsyre er så billig og tilgjengelig i store mengder. I 1838 oppdaget Frédéric Kuhlmann at det var mulig å oppnå det ved oksidasjon av ammoniakk i nærvær av platina . Imidlertid forble den nødvendige ammoniakken til en altfor høy pris til oppfinnelsen av Haber- prosessen av Fritz Haber i 1909 og industrialiseringen av den under tilsyn av Carl Bosch fra 1909 til 1913 ( Haber-Bosch-prosessen ). Wilhelm Ostwald utvikler deretter Ostwald-metoden som muliggjør produksjon av salpetersyre ved oksidasjon av ammoniakk , hvilken prosess er fortsatt det mest brukte XXI - tallet.
Ren salpetersyre er en fargeløs og luktfri væske; forskjellige urenheter fargelegger den ofte gulbrun. Ved romtemperatur frigjør den røde eller gule røyk på grunn av delvis nedbrytning i nitrogendioksid under påvirkning av lys.
Salpetersyre er et sterkt oksidasjonsmiddel. Dens reaksjoner med forbindelser som cyanider , karbider og metallpulver kan være eksplosive .
Reaksjonene av salpetersyre med mange organiske forbindelser eller visse blandinger, som terpentin , er voldsomme, blandingen er hypergolisk , det vil si selvantennelig.
Det er en sterk syre av p K en = -1,37: i vandig oppløsning dissosierer den helt inn i en nitrat anion NO 3 -og et hydratisert proton ( hydronium kation H 3 O +). De salter av salpetersyre som inneholder nitrat-anionet er kalt "nitrater". Nesten alle nitrater er veldig oppløselige i vann.
Salpetersyre og saltene derav skal ikke forveksles med salpetersyre HNO 2og dets salter, nitritter , som inneholder nitrittanionet NO 2 -.
Gew% HNO 3 | 0 | 10 | 20 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 100 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Tetthet (g / cm 3 ) |
1.00 | 1.05 | 1.12 | 1.18 | 1.25 | 1.31 | 1.37 | 1.42 | 1.46 | 1.48 | 1,513 |
Viskositet ( mPa s ) |
1.00 | 1.04 | 1.14 | 1.32 | 1.55 | 1,82 | 2.02 | 2.02 | 1,84 | 1.47 | 0,88 |
T fus (° C) | 0 | –7 | –17 | –36 | -30 | –20 | –22 | –41 | –39 | –60 | –42 |
T eb (° C) | 100,0 | 101.2 | 103.4 | 107,0 | 112.0 | 116.4 | 120.4 | 121.6 | 116,6 | 102,0 | 86,0 |
p (HNO 3 ) (mbar) | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,0 | 0,3 | 1.2 | 3.9 | 14.0 | 36,0 | 60,0 |
p (H 2 O) (mbar) | 23.3 | 22.6 | 20.2 | 17.6 | 14.4 | 10.5 | 6.5 | 3.5 | 1.2 | 0,3 | 0,0 |
Molaritet (mol / l) | 0 | 1.7 | 3.6 | 5.6 | 7.9 | 10.4 | 13.0 | 15.8 | 18.5 | 21 | 24.01 |
Salpetersyre reagerer forskjellig fra andre sterke syrer ( HCl , H- 2 SO 4) på metaller på grunn av oksidasjonsegenskapene til NO 3- radikalen. Dermed HNO 3omsetning med et metall aldri avgir hydrogen H 2i motsetning til de fleste andre syrer. Følgende formel gir den totale reaksjonsligningen for enhver kjemisk reaksjon mellom salpetersyre HNO 3og et metall M med valens n <4 :
8 n HNO 3+ 6 M → 6 M (NO 3 ) n+ 2 n NO + 4 n H 2 O, hvor n er 1, 2 eller 3.Metaller som nikkel , kobolt , kobber , kvikksølv , sølv , bly , selen , vismut , sink og kadmium oppløses i salpetersyre. Andre metaller danner en passiveringsfilm , inkludert aluminium , krom , titan , zirkonium , hafnium , gallium , indium , niob , tantal , thorium og bor . Den alkaliske jord oppløses i fortynnet syre, men passivere i konsentrert syre. Jernbaserte legeringer oppløses bedre i fortynnet syre.
Fortynnet salpetersyre oppnås ved å blande nitrogendioksyd NO 2med vann ; kommersielle løsninger inkluderer generelt mellom 52% og 68% salpetersyre. De mer konsentrerte løsningene oppnås ved destillasjon . Salpetersyre som danner en azeotrop med vann i en andel av 68% salpetersyre og 32% vann, for å oppnå veldig ren salpetersyre krever at den destilleres i nærvær av svovelsyre . Når løsningen inneholder mer enn 86% salpetersyre, sies det å være "røyking" og kommer i to varianter: hvit og rød . Hvitgassende salpetersyre kalles også 100% fordi den er nesten (mindre enn 2%) vannfri.
Den kommersielle produksjonen av salpetersyre utføres ved Ostwald-prosessen og utføres i tre trinn fra ammoniakk :
Først ammoniakk NH 3blir oksydert av oksygenet O toi nærvær av en katalysator slik som 10% rhodium- platina til formen nitrogenmonoksid NO, et sterkt eksoterm trinn som også produserer vanndamp H 2 O :
4 NH 3+ 5 O 2H 6 H 2 O+ 4 NO ; ΔDeretter oksyderes nitrogenoksydet av oksygen O 2og produserer nitrogendioksid NO 2 :
2 NO + O 2NO 2 NO 2 ; ΔTil slutt oppløses nitrogendioksid i vann i henhold til reaksjonen:
3 NO 2+ H 2 O⟶ 2 HNO 3+ NEI .å produsere fortynnet salpetersyre.
Det produserte nitrogenmonoksidet resirkuleres, og salpetersyren konsentreres ved destillasjon opp til maksimalt 68% ( azeotrop av salpetersyre-vann-blandingen). Høyere konsentrasjoner oppnås ved behandling med magnesiumnitrat Mg (NO 3 ) 2. Samlet sett gjør denne prosessen det mulig å oppnå et utbytte på 96%.
Salpetersyre kan også oppnås ved å reagere kaliumnitrat KNO 3og konsentrert svovelsyre H 2 SO 4, deretter ved å destillere blandingen ved 83 ° C til alt som er igjen i mediet er et hvitt krystallinsk fast stoff sammensatt av KHSO 4. Den resulterende salpetersyre er rødgassende salpetersyre . Den salpetersyre røkende hvit kan oppnås ved å fjerne nitrogenoksider oppløst ved å redusere trykket til ca. 1/3 atmosfære i 10-30 min. Den salpetersyre røde osing inneholder en betydelig mengde nitrogenoksider, der rød farge, mens den hvite rykende salpetersyre kan inneholde maksimalt 0,5% NO 2.
Den årlige verdensproduksjonen av salpetersyre er i størrelsesorden seksti millioner tonn.
Vanligvis brukes som et reagens laboratorium, spesielt for reaksjonene nitrering av organiske forbindelser , blir det brukt til å lage ved kjemisk syntese industri av gjødningsstoffer slik som ammoniumnitrat NH 4 NO 3og kalsiumnitrat Ca (NO 3 ) 2. 75% av salpetersyreproduksjonen brukes til produksjon av nitrogengjødsel.
Salpetersyre reagerer med kalkstein eller bedre kalsittmineralet CaCO 3 for å danne kalknitrat ved å bryte ned karbonatanionen.
CaCO 3+ 2 HNO 3vandig → Ca (NO 3 ) 2+ H 2 O+ CO 2gassSyntetiske ammoniakk danner med salpetersyre ammoniumnitrat monohydrat.
NH 4 OHammoniakk + HNO 3vandig → NH 4 NO 3 . H 2 OAndre anvendelser vedrører fremstilling av eksplosiver , nylonforløpere og spesielle organiske forbindelser, slik som visse ligander som imidazoler .
Varm fortynnet salpetersyre oksyderer den primære alkoholfunksjonen av aldoser eller aldonsyrer til karboksylsyrer. Dette gir dikarboksylsyrer kalt aldarsyrer .
Ettersom det reagerer med de fleste metaller (unntatt gull , iridium og platina ), er det mye brukt i metallurgi og mikroelektronikk . Blandet med saltsyre danner den aqua regia , en av de sjeldne reagensene som er i stand til å oppløse gull , platina og iridium .
Det var en av de første driv oksidanter av flytende drivmidler for rakettmotor, i forbindelse med den PR-1 , til den UDMH (asymmetrisk dimetyl- hydrazin H 2 N-N (CH 3 ) 2og MMH (monomethylhydrazine H 2 N-NHCH 3) som drivstoff . I denne bruken har salpetersyrens svært korroderende karakter lenge vært et problem, løst ved tilsetning av 0,5% flussyre som sikrer passivering av metallet i tankene og rørene, der vi kaller rødgassende salpetersyre hemmet . Det har blitt erstattet siden begynnelsen av 1990 - tallet med nitrogenperoksid N 2 O 4. Det brukes også i lave doser med industrielle strippere . Nitroglyserin oppnås ved å blande det med glyserin :
C 3 H 5 (OH) 3+ 3 HNO 3→ C 3 H 5 (NO 3 ) 3+ 3 H 2 O.Den ble brukt i XIX - tallet for å bevare kjøtt .
Salpetersyre er en sterk syre som kan forårsake alvorlige forbrenninger. Innånding av damp kan forårsake lungeødem . Ved kontakt med konsentrert salpetersyre, human hud blir gult på grunn av reaksjoner med keratin . Det er en moderat giftig forbindelse med en dødelig dose på 430 mg kg −1 . Det er også en kraftig oksidant som reagerer sterkt med reduksjonsmidler og brennbare materialer som kan forårsake eksplosjoner. Det anbefales ikke å bruke latex- eller nitrilhansker når du håndterer røykende salpetersyre, da disse kan antennes ved kontakt med syren.
I tegneserien Walking on the Moon , kjører hjelpemotoren til raketten designet av professor Calculus på en anilin / salpetersyre- blanding .
I Anne McCaffreys serie The Ballad of Pern bruker innbyggerne på planeten Pern sprøyter som inneholder Agenothree (HNO 3) for å ødelegge planetfienden, “Sons”.
I Dr. Stone manga av Riichirō Inagaki og tegnet av Boichi, bruker Senku salpetersyre blandet med etanol for å lage Nital for å depetrifisere mennesker forvandlet til stein.