Kwas azotowy

Kwas azotowy
Czysty 70% HNO; 3	Stężony HNO; 3 zabarwiony na żółto tlenkami azotu
	; Struktury rezonansowe kwasu azotowego
Nazewnictwo
	Nomenklatura systematyczna (IUPAC)
podst.	hydroksyazanodion
addyt.	hydroksydodioksydoazot
wodor.	wodoro(trioksydoazotan)
	Inne nazwy i oznaczenia
półsyst.	kwas azotowy
Stocka	kwas azotowy(V)
farm.	łac. acidum nitricum
	Ogólne informacje
Wzór sumaryczny	HNO3
Inne wzory	HONO2
Masa molowa	63,01 g/mol
Wygląd	przezroczysta, bezbarwna ciecz
	Identyfikacja
Numer CAS	7697-37-2
PubChem	944
DrugBank	DB15995
SMILES
	O[N+](=O)[O-]
InChI
	InChI=1S/HNO3/c2-1(3)4/h(H,2,3,4)
	InChIKey
	GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N
Właściwości
	Gęstość
	1,5129 g/cm³ (20 °C); ciecz
	Rozpuszczalność w wodzie
	bez ograniczeń
Temperatura topnienia	−41,6 °C
Temperatura wrzenia	83 °C
Kwasowość (pKa)	−1,4
Współczynnik załamania	1,393 (589 nm, 25 °C)
Budowa
Moment dipolowy	2,17 ± 0,02 D
Niebezpieczeństwa
	Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich [dostęp 2018-11-06]
	Globalnie zharmonizowany system; klasyfikacji i oznakowania chemikaliów
	Na podstawie Rozporządzenia CLP, zał. VI
Zwroty H	H272, H314, EUH071
Zwroty P	P210, P221, P303+P361+P353, P305+P351+P338, P405, P501
	NFPA 704
Na podstawie; podanego źródła	0 3 2 OX
Numer RTECS	QU5775000
	Podobne związki
Inne aniony	kwas metafosforowy; kwas fosforowy; kwas arsenowy
Podobne związki	kwas azotawy
Pochodne	azotany:; • sole, np. KNO3, NaNO3, NH4NO3; • estry, np. azotan metylu, nitrogliceryna
	Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą; stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)
	Multimedia w Wikimedia Commons
	Książki w Wikibooks

Kwas azotowy (nazwa Stocka: kwas azotowy(V)), HNO
3 – nieorganiczny związek chemiczny, jeden z najsilniejszych kwasów tlenowych. Resztą kwasową jest w nim grupa azotanowa zawierająca azot na V stopniu utlenienia.

Otrzymywanie

Pierwszą metodą otrzymywania kwasu azotowego było ogrzewanie saletry potasowej z kwasem siarkowym:

KNO₃ + H₂SO₄ ^_Δ_͕ HNO₃ + KHSO₄

W ten sposób związek ten otrzymał Johann Rudolf Glauber w roku 1650, choć prawdopodobnie kwas azotowy znany był już wcześniej^[8]. Metoda ta może być stosowana nadal w laboratoriach do otrzymywania 100% kwasu azotowego. Destylację produktu należy prowadzić w możliwie najniższej temperaturze, aby uniknąć jego rozkładu^[9].

Henry Cavendish przedstawił metodę otrzymywania kwasu azotowego z powietrza. Podczas jego przepuszczania przez łuk elektryczny powstaje ok. 2% NO (N₂ + O₂ → 2NO), który po dalszym spontanicznym utlenieniu i rozpuszczeniu w wodzie daje pożądany kwas. Metoda ta jest mało ekonomiczna^[9]. Jej wariant przemysłowy opracował polski wynalazca Ignacy Mościcki w latach 1903–1905; zastosował on wirujący płomień w polu magnetycznym. Pierwsza duża fabryka wytwarzająca kwas azotowy metodą Mościckiego powstała w 1910 roku w Chippis w Szwajcarii^[10].

Współcześnie kwas azotowy na skalę przemysłową otrzymuje się wyłącznie metodą Ostwalda w reakcji katalitycznego utleniania amoniaku na siatce platynowej lub platynowo-rodowej^[9]:

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O

Amoniak do procesu uzyskuje się na dużą skalę metodą Habera i Boscha. Reakcja jest silnie egzotermiczna i podczas jej przebiegu katalizator rozgrzewa się do czerwoności^[11].

Tak uzyskany tlenek azotu(II) utlenia się w obecności powietrza do tlenku azotu(IV)^[9]^[11]^[12]:

2NO + O₂ → 2NO₂

Następnie powstały tlenek ulega dysproporcjowaniu w wodzie według równania^[9]^[11]^[12]:

2NO₂ + H₂O → HNO₃ + HNO₂

W reakcji powstaje kwas azotowy i kwas azotawy. Ten drugi jest nietrwały i ulega dalszemu dysproporcjowaniu^[9]^[11]^[12]:

3HNO₂ → HNO₃ + 2NO + H₂O

Powstały tlenek azotu(II) jest ponownie utleniany i wykorzystywany w procesie.

Właściwości

Czysty kwas azotowy jest bezbarwną cieczą. Podczas dłuższego przechowywania ulega częściowemu rozkładowi i zabarwia się na żółto lub brązowo; rozkład ten przyspiesza podwyższona temperatura i światło^[13]. Na powietrzu dymi, można zaobserwować wydzielanie brunatnego tlenku azotu(IV)^[2]:

4HNO₃ → 4NO₂ + O₂ + 2H₂O

Stężony roztwór kwasu azotowego ma silne działanie korodujące, jest on bardzo aktywny chemicznie, a reakcje mogą być gwałtowne, nawet wybuchowe. Może spowodować zapłon materiałów palnych. Rozcieńczanie stężonego kwasu azotowego jest procesem egzoenergetycznym^[13].

Gęstość stężonego 65% kwasu azotowego wynosi 1,40 g/cm³, temperatura wrzenia ok. 120 °C, a temperatura topnienia ok. –32 °C. Jest mocnym kwasem – ulega całkowitej dysocjacji po dodaniu minimalnej ilości wody. Kwas azotowy i jego sole są bardzo silnymi utleniaczami – dlatego gwałtownie reaguje nawet z metalami nie wypierającymi wodoru (np. miedź lub srebro). Utlenia także pewne niemetale:

S + 2HNO₃ → H₂SO₄ + 2NO

3C + 4HNO₃ → 3CO₂ + 4NO + 2H₂O

P₄ + 20HNO₃ → 4H₃PO₄ + 20NO₂ + 4H₂O

Metale takie, jak np. glin, chrom i żelazo w zetknięciu ze stężonym kwasem azotowym ulegają pasywacji.

Przebieg reakcji miedzi z kwasem azotowym przedstawiają równania:

Cu + 4HNO₃_(stężony) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

3Cu + 8HNO₃_{(rozcieńczony)} → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Powstający w reakcji ze stężonym kwasem tlenek azotu(IV) jest silnie trującym gazem, o bardzo intensywnym, nieprzyjemnym zapachu i brunatnym zabarwieniu.

W mieszaninie z kwasem solnym (w stosunku 1:3) tworzy wodę królewską, roztwarzającą większość metali, także szlachetnych.

Zastosowanie

W handlu najczęściej spotyka się 65% roztwór kwasu azotowego (azeotrop).

Z kwasu azotowego otrzymuje się ważne, łatwo rozpuszczalne sole azotany, estry (np. nitrogliceryna), a także związki nitrowe (np. trinitrotoluen). Wszystkie te związki są utleniaczami i mają tendencję do gwałtownego, mniej lub bardziej wybuchowego rozkładu.
W chemii analitycznej do wykrywania białek w reakcji ksantoproteinowej.
W przemyśle farmaceutycznym.
Do oczyszczania powierzchni metali, np. mycie urządzeń przemysłu spożywczego w procesie CIP.
W warunkach amatorskich nadaje się do wytrawiania obwodów drukowanych (nie pozostawia uciążliwych zanieczyszczeń, jakie powstają przy wytrawianiu chlorkiem żelazowym, poza tym trawienie kwasem azotowym jest dużo szybsze).
Do otrzymywania barwników, lakierów, nawozów sztucznych, tworzyw sztucznych.
Jako utleniacz paliw, również hipergolowych. Zwykle w postaci czerwonego dymiącego kwasu azotowego (otrzymanego po dodaniu 13–15% czterotlenku azotu do białego dymiącego kwasu azotowego) z dodatkiem, np. 0,6% fluorowodoru, w celu zmniejszenia działania korozyjnego; używany m.in. w rakietach radzieckich systemów przeciwlotniczych S-75 i S-200.

Niebezpieczeństwa

Opary kwasu azotowego mogą wywołać stany zapalne dróg oddechowych, które mogą prowadzić do obrzęku płuc i odoskrzelowego zapalenia płuc. Spożycie może spowodować śmiertelną perforację ścian żołądka lub jelit. W kontakcie ze skórą wywołuje martwicę lub zwęglenie. Większe poparzenia mogą prowadzić do zapaści lub wstrząsu. Poparzenie ponad 15% ciała stanowi zagrożenie dla życia^[13].

Kwas azotowy należy przechowywać w pojemnikach kwasoodpornych bez dostępu światła, z dala od metali i materiałów palnych. Pomieszczenie powinno mieć zapewnioną wentylację^[13].

Przypisy

↑ ^a ^b ^c Farmakopea Polska IX, Polskie Towarzystwo Farmaceutyczne, Warszawa: Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych, 2011, s. 4574, ISBN 978-83-88157-77-6 .
↑ ^a ^b Podręczny słownik chemiczny, RomualdR. Hassa (red.), JanuszJ. Mrzigod (red.), JanuszJ. Nowakowski (red.), Katowice: Videograf II, 2004, s. 208, ISBN 83-7183-240-0 .
↑ ^a ^b ^c ^d CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-76, 4-132, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).
↑ CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 9-64, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).
↑ Kwas azotowy, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2018-11-06] (ang.).
↑ Nitric acid, fuming, karta charakterystyki wydana na obszar Polski, Alfa Aesar (Thermo Fisher Scientific), numer katalogowy 45479 [dostęp 2018-11-06] .
↑ Kwas azotowy (nr 438073) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2012-02-01]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
↑ JamesJ. House JamesJ. (red.), Inorganic Chemistry, wyd. 2, Elsevier, 2013, s. 469–470, ISBN 978-0-12-385110-9 (ang.).
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Nitric acid, [w:] PradyotP. Patnaik PradyotP., Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill, 2002, s. 635–641, ISBN 0-07-049-439-8 (ang.).
↑ BolesławB. Orłowski BolesławB., Nie tylko szablą i piórem, Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1985, s. 218, ISBN 83-206-0509-1 .
↑ ^a ^b ^c ^d GeoffG. Rayner-Canham GeoffG., TinaT. Overton TinaT., Descriptive Inorganic Chemistry, W.H. Freeman and Company, 2010, s. 386–387, ISBN 978-1-4292-2434-5 (ang.).
↑ ^a ^b ^c AdamA. Bielański AdamA., Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 5, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2002, s. 667–668, ISBN 83-01-13654-5 .
↑ ^a ^b ^c ^d Kwas azotowy. Karta charakterystyki [online], Azoty Tarnów [dostęp 2009-12-13] .^{[martwy link]}

[FP9-1] Farmakopea Polska IX, Polskie Towarzystwo Farmaceutyczne, Warszawa: Urząd Rejestracji Produktów Leczniczych, Wyrobów Medycznych i Produktów Biobójczych, 2011, s. 4574, ISBN 978-83-88157-77-6 .

[psc-2] Podręczny słownik chemiczny, RomualdR. Hassa (red.), JanuszJ. Mrzigod (red.), JanuszJ. Nowakowski (red.), Katowice: Videograf II, 2004, s. 208, ISBN 83-7183-240-0 .

[CRC97-3] CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 4-76, 4-132, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).

[4] CRC Handbook of Chemistry and Physics, William M.W.M. Haynes (red.), wyd. 97, Boca Raton: CRC Press, 2016, s. 9-64, ISBN 978-1-4987-5429-3 (ang.).

[CLI-5] Kwas azotowy, [w:] Classification and Labelling Inventory, Europejska Agencja Chemikaliów [dostęp 2018-11-06] (ang.).

[6] Nitric acid, fuming, karta charakterystyki wydana na obszar Polski, Alfa Aesar (Thermo Fisher Scientific), numer katalogowy 45479 [dostęp 2018-11-06] .

[Sial-US-7] Kwas azotowy (nr 438073) (ang.) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck) na obszar Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2012-02-01]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)

[House-8] JamesJ. House JamesJ. (red.), Inorganic Chemistry, wyd. 2, Elsevier, 2013, s. 469–470, ISBN 978-0-12-385110-9 (ang.).

[Patnaik-9] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f Nitric acid, [w:] PradyotP. Patnaik PradyotP., Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill, 2002, s. 635–641, ISBN 0-07-049-439-8 (ang.).

[Orlowski-10] BolesławB. Orłowski BolesławB., Nie tylko szablą i piórem, Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1985, s. 218, ISBN 83-206-0509-1 .

[Canham-11] GeoffG. Rayner-Canham GeoffG., TinaT. Overton TinaT., Descriptive Inorganic Chemistry, W.H. Freeman and Company, 2010, s. 386–387, ISBN 978-1-4292-2434-5 (ang.).

[Bielanski_2002-12] AdamA. Bielański AdamA., Podstawy chemii nieorganicznej, wyd. 5, Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2002, s. 667–668, ISBN 83-01-13654-5 .

[tarnow-13] Kwas azotowy. Karta charakterystyki [online], Azoty Tarnów [dostęp 2009-12-13] .^{[martwy link]}

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]