Axit Nitric (HNO3) là gì? Tính chất vật lí, tính chất hóa học – Ứng dụng

Axit Nitric – HNO₃ là gì? HNO₃ là một chất hóa học cực độc, HNO₃ sẽ có những tính chất vật lí, hóa học nào, có tác dung gì? Hiện tại vẫn còn rất nhiều ẩn số về HNO₃ vẫn chưa được giải đáp.

Xem thêm:

• Axit sunfuric (H₂SO₄)
• Lipit là gì?

Axit Nitric – HNO₃ là gì?

– Axit nitric là hợp chất vô cơ có công thức hóa học HNO₃ – được xem làm một dung dịch nitrat hidro hay còn được gọi là axit nitric khan.

– Loại axit này được hình thành trong tự nhiên, do trong những cơn mưa do sấm và sét tạo thành. Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm và là một chất axit độc và ăn mòn và dễ gây cháy.

– Nếu một dung dịch có hơn 86% axit nitric, nó được gọi là axit nitric bốc khói. Axit nitric bốc khói có đặc trưng axit nitric bốc khói trắng và axit nitric bốc khói đỏ, tùy thuộc vào số lượng nitơ đioxit hiện diện.

Cấu tạo phân tử

• Công thức hóa học: HNO₃
• Khối lượng phân tử chính: 63.012 g · mol⁻¹
• Ngoại quan: Chất lỏng bốc khói không màu, vàng hoặc đỏ
• Mùi: vị chát, ngột ngạt
• Tỉ trọng: 1,51 g cm³ , 1,41 g cm³ [68% w / w]
• Độ nóng chảy: −42 ° C (−44 ° F; 231 K)
• Điểm sôi: 83°C (181°F; 356 K) dung dịch 68% sôi ở 121°C (250°F; 394 K)
• Độ hòa tan trong nước: Hoàn toàn có thể trộn được
• Đăng nhập P: .130,13
• Áp suất hơi: 48 mmHg (20 ° C)
• Độ Axit: −1.4
• Cơ sở liên hợp: Nitrat
• Nhạy cảm từ: 1,99 × 10⁻⁵ cm³ / mol
• Chỉ số khúc xạ: 1.394 (16,5 ° C)
• Khoảnh khắc lưỡng cực: 2,17 ± 0,02 D

Tính chất vật lý

– Axit nitric là chất lỏng không màu, tan tốt trong nước (C<65%). Nó cũng có thể tồn tại ở dạng khí, không màu. Trong môi trường tự nhiên, axit nitric có màu vàng nhạt do sự tích tụ của oxit nito.

– Axit nitric tinh khiết có tỷ trọng khoảng 1522kg/m³, khi để ngoài không khí, nếu axit nitric có nồng độ 86% ta sẽ thấy khói trắng bốc lên. Nhiệt độ đông đặc là -42 °C và nhiệt độ sôi là 83 °C.

– Dưới tác dụng của ánh sáng, axit nitric bị phân hủy tạo thành nito dioxit NO₂ ( nhiệt độ thường).

4HNO₃ → 4NO₂ + 2H₂O + O₂

– Do đó cần bảo quản axit nitric trong các chai, lọ tối màu, tránh ánh sáng và khu vực cất giữ phải đảm bảo nhiệt độ thấp hơn 0 °C.

– Ở nhiệt độ cao, nito dioxit bị hòa tan bởi axit nitric thành dung dịch có màu vàng hoặc đỏ. Điều này gây ảnh hưởng không nhỏ đến các đặc trưng vật lý, phụ thuộc vào nồng độ NO₂ , đặc biệt là áp suất hơi trên chất lỏng, nhiệt độ sôi, màu sắc dung dịch.

– Chưng cất hỗn hợp axit nitric và nước, ta được azeotrope có nồng độ 68% HNO₃ và sôi ở 120.5 °C, 1 atm. Axit nitric là một axit có tính ăn mòn cao, cực độc, dễ bắt lửa.

Tính chất hóa học của HNO₃

– Axit nitric là một dung dịch nitrat hydro có công thức hóa học HNO₃ . Đây là một axit khan, là một monoaxit mạnh, có tính oxy hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ, có hằng số cân bằng axit (pKa) = −2.

– Axit nitric là một monoproton chỉ có một sự phân ly nên trong dung dịch, nó bị điện ly hoàn toàn thành các ion nitrat NO3− và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hiđroni.

H₃O+ HNO₃ + H₂O → H₃O+ + NO3–

• Axit nitric có tính chất của một axit bình thường nên nó làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
• Tác dụng với bazo, oxit bazo, muối cacbonat tạo thành các muối nitrat

2HNO₃ + CuO → Cu(NO₃)₂ + H₂O

2HNO₃ + Mg(OH)₂ → Mg(NO₃)₂ + 2H₂O

2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

• Axit nitric tác dụng với kim loại: Tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrat và nước .

Kim loại + HNO_{3 đặc} → muối nitrat + NO + H₂O ( t^o)

Kim loại + HNO_{3 loãng} → muối nitrat + NO + H₂O

Kim loại + HNO_{3 loãng lạnh} → muối nitrat + H₂

Mg(rắn) + 2HNO_{3 loãng lạnh} → Mg(NO₃)₂ + H₂ (khí)

• Nhôm, sắt, crom thụ động với axit nitric đặc nguội do lớp oxit kim loại được tạo ra bảo vệ chúng không bị oxy hóa tiếp.
• Tác dụng với phi kim (các nguyên tố á kim, ngoại trừ silic và halogen) tạo thành nito dioxit nếu là axit nitric đặc và oxit nito với axit loãng và nước, oxit của phi kim.

C + 4HNO₃ đặc → 4NO₂ + 2H₂O + CO₂

P + 5HNO₃ đặc → 5NO₂ + H₂O + H₃PO₄

3C + 4HNO_{3 loãng} → 3CO₂ + 4NO + 2H₂O

• Tác dụng với oxit bazo, bazo, muối mà kim loại trong hợp chất này chưa lên hóa trị cao nhất:

FeO + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O

FeCO₃ + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O + CO₂

• Tác dụng với hợp chất:

3H₂S + 2HNO₃ (>5%) → 3S_{kết tủa} + 2NO + 4H₂O

PbS + 8HNO_{3 đặc} → PbSO_{4 kết tủa} + 8NO₂ + 4H₂O

Ag₃PO₄ tan trong HNO₃, HgS không tác dụng với HNO₃.

• Tác dụng với nhiều hợp chất hữu cơ: Axit nitric có khả năng phá hủy nhiều hợp chất hữu cơ, nên sẽ rất nguy hiểm nếu để axit này tiếp xúc với cơ thể người.

Ứng dụng của HNO₃

Trong phòng thí nghiệm

– Axit nitric là thuốc thử chính được sử dụng cho quá trình nitrat hóa – việc bổ sung một nhóm nitro. Điển hình là một phân tử hữu cơ. Và nó cũng thường được sử dụng như một tác nhân oxy hóa mạnh.

– Axit nitric cũng được sử dụng trong phòng thí nghiệm trường học để tiến hành các thí nghiệm liên quan đến việc thử clorit. Cho axit nitric (HNO₃) tác dụng với mẫu thử, sau đó cho dung dịch bạc nitrat vào để tìm kết tủa trắng của bạc clorua.

Trong hóa chất công nghiệp

• Axit Nitric nồng độ 68% được mang sử dụng để có thể chế tạo ra các loại thuốc nổ cơ bản như TNT hay như cyclotrimethylenetrinitramin (RDX).
• Axit nitric có nồng độ 0,5-2% được sử dụng làm hợp chất nền nhằm xác định trong dung dịch có tồn tại kim loại không. Người ta gọi đó là kỹ thuật ICP-MS và ICP-AES.
• Người ta còn sử dụng Axit Nitric để sản xuất ra các hợp chất hữu cơ, bột màu, các loại thuốc nhuộm vải và chất tẩy màu.
• Axit nitric được dùng để sản xuất nitrobenzen – tiền chất để sản xuất anilin và các dẫn xuất anilin với những ứng dụng then chốt trong sản xuất bọt xốp polyuretan, sợi aramit và dược phẩm.
• Ở điều kiện nồng độ hóa học thấp (khoảng 10%) axit nitric thường sẽ được dùng để nhân tạo thông và maple. Màu sắc khi được tạo ra nhờ phản ứng sẽ có một màu khá giống màu vàng xám kiểu như màu gỗ cũ hoặc gỗ đã thành phẩm.
• HNO₃ còn được dùng làm các loại chất tẩy rửa đường ống, tẩy rửa bề mặt kim loại có trong các nhà máy sản xuất sữa.
• Axit Nitric được dùng để loại bỏ các tạp chất, có khả năng cân bằng lại mức độ tiêu chuẩn của H₂O.
• Sử dụng để điều chế các loại phân bón hóa học, phân đạm, các loại muối nitrate ngành phân bón như: KNO₃, Ca(NO₃)₂,…

Điều chế axit nitric NHO₃

Điều chế axit nitric trong phòng thí nghiệm

– Người ta cho muối natri nitrat tinh thể tác dụng với axit sunfuric đặc, chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83 °C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng theo phương trình như sau:

H₂SO₄ đặc + NaNO₃ (tinh thể) → HNO₃ + NaHSO₄

– Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Khi thực hiện thí nghiệm , các dụng cụ phải làm từ thủy tinh, đặc biệt là bình cổ cong nguyên khối do axit nitric khan.

Hoặc:

– Axit nitric có thể được tạo ra bằng cách phân hủy nhiệt của đồng (II) nitrat , tạo ra khí nitơ dioxide và khí oxy, sau đó được truyền qua nước để tạo ra axit nitric.

2Cu(NO₃) ₂ → 2CuO + 4NO₂ + O₂

4NO₂ + O₂ →HNO₂ +HNO₃

Điều chế HNO₃ trong công nghiệp

– Axit nitric loãng có thể cô đặc đến 68% axit với một hỗn hợp azeotropic với 32% nước. Để thu được axit có nồng độ cao hơn, tiến hành chưng cất với axit sunfuric H₂SO₄. H₂SO₄ đóng vai trò là chất khử sẽ hấp thụ lại nước.

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O (Pt, 850oC)

2NO + O₂ → NO₂

4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

– Dung dịch axit nitric công nghiệp thường có nồng độ 52% và 68%. Việc sản xuất axit nitric được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald phát minh.

Lưu ý khi sử dụng HNO₃

• Axit Nitric là chất oxy hóa cực kỳ mạnh mẽ. Trong trường hợp nếu cho HNO₃ tác dụng với cyanit hoặc bột kim, HNO₃ có thể gây ra phát nổ và tự khắc sẽ xảy ra hoạt động bốc cháy do phản ứng với Turpentine.
• Ở nồng độ đậm đặc, HNO₃ có thể gây ra các hiện trạng như bỏng da do phản ứng với Protein keratin có trên da. Trường hợp này nếu xảy ra sẽ khiến cho da chuyển sang màu vàng ngay lập tức. Hơn nữa, nếu HNO₃ được trung hòa thì trạng thái sẽ chuyển sang màu cam.
• HNO₃ có thể tạo ra phản ứng mạnh với các kim loại tạo thành khí Hydro rất dễ gây cháy trong môi trường không khí.
• Khi pha loãng, bạn tuyệt đối không được đổ nước vào bên trong dung dịch axit HNO₃. Bạn cần cho HNO₃ vào nước. Tuyệt đối phải nhớ đó là chỉ được cho HNO₃ vào nước.