اسیدنیتریک

اسیدنیتریک

نیتریک اسید خالص بی رنگ است اما به دلیل تجزیه به اکسیدهای ازت و آب از نظر شکل ظاهری زرد رنگ می شود. چگالی و فشار بخار چنین محلول هایی با درصد دی اکسید نیتروژن موجود افزایش می یابد. این اسید به راحتی در محلول یونیزه می شود (طبق فرمول زیر) و یک هادی خوب برق را تشکیل می دهد.

در اینجا معادله یونش نیتریک اسید را ملاحظه می فرمایید:

HNO₃ → H⁺ (H₃O⁺) + NO₃^-

(معادله یونش نیتریک اسید)

همانطور که طبق معادله یونش نیتریک اسید مشاهده کردید، این اسید یک اسید قوی است که بطور کامل به یون های هیدرونیوم (⁺H₃O) و نیترات (^-NO₃) در محلول آبی یونیزه می شود.

اثر نیتریک اسید بر فلزات، اکسیدها و هیدروکسیدها به گونه ای است که با آن ها واکنش می دهد و نمک های نیترات را تشکیل می دهد. لازم است بدانید که آب باران به طور طبیعی اسیدی است به این معنی که غلظت کمی از نیتریک اسید در آن وجود دارد.

نام دیگر اسید نیتریک چیست؟

چند نام دیگر اسید نیتریک عبارتند از ازوتیک اسید، نیترات هیدروژن یا هیدروژن نیترات، اسید ازوتیک، جوهر شوره، اسید ازته و نیتروکسید آنیل.

فرمول اسید نیتریک HNO₃ است، بنابراین دارای یک اتم هیدروژن (H)، یک اتم نیتروژن (N) و سه اتم اکسیژن (O) است. هر سه اتم اکسیژن (O) به اتم نیتروژن (N) متصل می شوند. اسید نیتریک باز مزدوج نیترات می باشد.

ساختار اسید نیتریک مسطح است به این معنی که ساختار شیمیایی صاف است. دو فرم رزونانس اصلی نیتریک اسید وجود دارد. نیتریک اسید ذوب شده، نیتریک اسید غلیظی است که حاوی دی اکسید نیتروژن محلول می باشد.

این ترکیب اسیدی دارای بوی تند و زننده بوده و در آب به طور کامل حل می شود. از نیتریک اسید هم برای تنظیم محیط اسیدی و هم به عنوان اکسنده استفاده می شود. آمونیاک، ماده اولیه تولید این اسید صنعتی است.

تعیین درصد خلوص اسید نیتریک

با استفاده از روش های آزمایشگاهی و تست های تشخیصی متفاوت، ناخالصی های مختلفی از جمله مواد غیر فرار، سولفوریک اسید، اسید های هالوژنی و هیدروژنی، یدیک اسید و یدین و همچنین حضور فلزات سنگین در ترکیب نیتریک اسید را تشخیص داده و به این ترتیب درصد خلوص اسید نیتریک تعیین می شود. همانطور که گفته شد، درصد خلوص اسید نیتریک گرید تجاری 52 تا 68 درصد می باشد.

تجزیه اسید نیتریک

آیا می دانید علت نگهداری اسید نیتریک در ظروف تیره رنگ چیست؟ نیتریک اسید در معرض تجزیه حرارتی قرار دارد و به همین دلیل اغلب در بطری های شیشه ای قهوه ای و تیره رنگ ذخیره می شود.

4HNO₃ → 2H₂O + 4NO₂ + O₂

این واکنش ممکن است باعث ایجاد برخی تغییرات غیر قابل اغماض در فشار بخار بالای مایع شود، زیرا اکسیدهای نیتروژن تولید شده تقریبا در اسید حل می شوند. هنگامی که دی اکسید نیتروژن (NO₂) در اسید نیتریک حل می شود، رنگ آن در دمای بالاتر به زرد یا حتی قرمز تغییر می کند. اسید با دی اکسید نیتروژن محلول بخارهای قهوه ای مایل به قرمز را نشان می دهد و منجر به تشکیل ترکیبی به نام نیتریک اسید بخور قرمز و نیتریک اسید بخور سفید می گردد. اکسیدهای نیتروژن (NO_X) در اسید نیتریک محلول هستند.

اسید نیتریک بی آب باید در زیر صفر درجه سانتیگراد نگهداری شود تا از تجزیه آن جلوگیری شود.

تولید اسید نیتریک

نیتریک اسید با استفاده از واکنش دی اکسید نیتروژن با آب تولید می شود:

4NO₂ + 2H₂O → 2HNO₃ + NO + NO₂ + H₂O

به طور معمول، اکسید نیتریک حاصل از واکنش توسط اکسیژن موجود در هوا دوباره اکسید می شود تا دی اکسید نیتروژن اضافی تولید کند.

از نظر صنعتی، اسید نیتریک قوی با حل کردن دی اکسید نیتروژن اضافی در 68 درصد نیتریک اسید در یک برج جذب تولید می شود. یا به عبارتی دیگر:

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

افزودن اسیدسولفوریک به نمک نیترات و گرم کردن مخلوط با یک حمام روغن می تواند تقریبا نیتریک اسید خالص ایجاد کند. تولید محلول اسید نیتریک با استفاده از روش تقطیر می تواند غلظتی حدود 68 درصد را دارا باشد، در غلظت های بیشتر تا 98 درصد با خشک کردن یا حذف آب با استفاده از غلظت H₂SO₄، می توان نیتریک اسید را تولید کرد.

با استفاده از آمونیاک حاصل از فرآیند هابر، محصول نهایی را می توان از نیتروژن، هیدروژن و اکسیژن تولید کرد که از هوا و گاز طبیعی به عنوان تنها خوراک تولید می شوند. به این ترتیب که در ابتدا فرآیند با استفاده از روش استوالد، نیتریک اسید را از آمونیاک تهیه می کنند. دلیل نام گذاری این فرآیند کشف آن توسط یک دانشمند آلمانی، ویلیام استوالد (برنده جایزه نوبل شیمی) بوده است. در طی فرآیند استوالد، از واکنش آمونیاک و اکسیژن تحت شرایط دمایی 500 درجه کلوین، فشار 5 اتمسفری و در حضور کاتالیزور های پلاتین و رودیوم، گاز NO تولید شده و در ادامه اکسید شده و به NO₂ تبدیل می شود. در نهایت همانطور که در بالا گفته شد، از ترکیب دی اکسید نیتروژن و آب، نیتریک اسید حاصل می گردد. واکنش های این فرآیند به قرار زیر است:

4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O

NO + ½O₂ → 4NO₂

3NO₂ + H₂O → 2HNO₃ + NO

شایان ذکر است در روشی دیگر، نیتریک اسید را می توان از اکسید نیتریک مطابق واکنش زیر و با عنوان فرآیند برکلند (Birkeland–Eyde) بدست آورد:

N₂ + O₂ → 2NO + (گرما (43 کیلوکالری

در طی این فرآیند بوسیله اکسیداسیون و هیدراتاسیون، اکسید نیتروژن به اسید نیتریک تبدیل می شود. البته در این روش به دلیل غلظت پایین اکسید نیتروژن و همچنین هزینه های ناشی از مصرف انرژی الکتریکی، مقداری گاز در جریان نیز لازم است. توجه به این نکته هم ضرورت دارد که افزایش دما به مقدار زیاد، منجر به واکنش برگشتی و تجزیه دی اکسید نیتروژن می شود.

روش قدیمی تولید نیتریک اسید

در قرن شانزدهم برای جداسازی طلا از نقره از نیتریک اسید استفاده می‌ شد. اسید نیتریک از شوره به دست می‌ آید؛ به گونه ای که سولفات آهن را در حالت گرم روی شوره اثر می ‌دادند. این روش تولید نشان می‌ داد که شوره مصرفی، خالص بوده‌ است، مقداری ماسه، آهک یا سفال شکسته به ترکیب این دو ماده اضافه می کردند؛ ماده حاصل را در یک شیشه درب دار می‌ ریختند و این شیشه‌ ها را در کوره آهک پزی قرار می دادند. سپس این شیشه‌ ها را در خاک یا خاکستر قرار داده، که سبب پخش گرما و جلوگیری از ترک برداشتن شیشه می‌ شد. از درپوش شیشه‌ ها لوله ‌هایی خارج می‌ شد که به همین تعداد شیشه‌ های مایع کننده، روی سکویی خارج از کوره متصل بودند. این اتصالات به ‌دقت آب‌ بندی می‌ شدند. حرارت در ابتدا کمی معتدل بود تا ماده خام درون شیشه‌ ها خشک شود، بعد حرارت را زیاد می‌ کردند، گازهای نیترو به وسیله آب تبلور نمک ها، به خارج کشیده می ‌شد. زمانی که رنگ محصول تقطیر نشان می‌ داد که تجزیه به پایان رسیده ‌است، حرارت را کاهش می دادند تا ماده مورد نظر حاصل شود.

کاربرد اسید نیتریک چیست؟

• 
  

  کاربرد اسید نیتریک در خالص سازی فلزات

  
  

در بازیافت پلاتین از اسید نیتریک استفاده می شود و باتوجه به این که تمامی نیترات‌ های فلزات محلول هستند از این طریق می ‌توان، اورانیوم خالص را تهیه کرد که در نیروگاه های اتمی مصرف می شود. در استخراج طلا و در بازیافت ضایعات الکترونیک نیز از اسید نیتریک استفاده می شود.

• 
  

  کاربرد اسید نیتریک در کشاورزی

  
  

بیشترین مصرف نیتریک اسید در تهیه کودهای شیمیایی (کشاورزی) از قبیل کودهای نیترات (نیترات کلسیم، نیترات آمونیوم و غیره) است. ساخت کودهای شیمیایی نیتروژن دار مانند: اوره، آمونیوم نیترات، نیتروفسفات، کودهای مخلوط و غیره می باشد.

• 
  

  کاربرد نیتریک اسید در مواد منفجره و مهمات

  
  

به دلیل قدرت اکسید کنندگی زیاد، نیتریک اسید در حین تماس با ترکیباتی مانند سیانیدها و کاربیدها سبب انفجار می شود. از دیگر مصارف نیتریک اسید تولید موادی مانند سایکلو تری متیلن تری نیترامین، ماده منفجره مانند نیتروگلیسیرین و تری نیتروتولوئن می باشد. در تولید نیترات ‌های معدنی (نیترات آمونیوم انفجاری) و آلی از نیتریک اسید به وفور استفاده می‌ شود.

• 
  

  کاربرد نیتریک اسید در سوخت مایع شاتل ها

  
  

از دیگر مصارف اسید نیتریک ۱۰۰ درصد استفاده از آن به عنوان اکسید کننده در سوخت مایع شاتل‌ های فضایی موشک، سوخت مایع در رشته مهندسی هوافضا و همچنین در راکت‌ ها است و از اسید نیتریک بالای ۸۵ درصد (اسید نیتریک قرمز) به همراه اسید سولفوریک به عنوان اکسید کننده استفاده می‌ شود.

• 
  

  کاربرد اسید نیتریک در تهیه تیزاب

  
  

در تهیه‌ تیزاب سلطانی و یا نیترو هیدروکلریک‌ اسید (ترکیب اسید نیتریک غلیظ با هیدروکلریدریک اسید غلیظ با نسبت 1 به 3) از اسید نیتریک استفاده می ‌شود. این ماده خاصیت دود کننده و خورنده زرد یا قرمز دارد. همچنین قدرت بالای این دو اسید ترکیبی، موجب شده است تا از آن در موارد مختلفی از جمله حل کردن فلزات نجیب، اسید شویی فلزات و تشخیص عیار طلا از فلز مشکوک به آن بهره برد. لازم به ذکر است که اسید تیزاب بسیار خطرناک و خورنده می باشد، پس هنگام کار با این ترکیب اسیدی قوی نکات ایمنی را رعایت کنید.

• 
  

  کاربرد اسید نیتریک در تصفیه نانو لوله ها

  
  

برای تولید گروه های عاملی روی سطح نانو لوله های کربنی، آن ها را در محیط آبی به صورت کاملا هموژن دیسپرس می کنند. به همین خاطر ابتدا نانو لوله های کربنی در محیط های اسیدی مختلف از قبیل اسید نیتریک، اسید سولفوریک و اسید کلریدریک دیسپرس می شوند.

• کاربرد نیتریک اسید در تمیزکاری و اسید شویی

همچنین (۵ تا ۳۰) درصد اسید نیتریک به همراه (۳۰ تا ۴۰) درصد اسید فسفریک برای تمیز کردن رسوبات، ترکیبات کلسیمی و منیزیمی روی ظروف خوراکی و لبنیات استفاده می‌ شود. از دیگر ویژگی های اسید نیتریک خورندگی بالا و حلالیت بالا (فلزات را براحتی در خود حل می کند) می باشد و این اسید در شست و شو نیز کاربرد فراوانی دارد.

• کاربرد نیتریک اسید در صنایع غذایی

برای جلوگیری از رشد باکتری ها و مسمومیت های غذایی کشنده در این فراورده ها از یون نیتریت (^-NO₂) استفاده می شود. این ماده به عنوان افزودنی به گوشت تازه و برای ثابت ماندن رنگ گوشت قرمزمصرف می شود. به همین دلیل گوشت های قرمز تازه ای که خریداری می کنید لزوما کشتار روز نیستند و ممکن است مقداری نیتریت به آن افزوده باشند.

به عنوان نگهدارنده در فرآیند پردازش گوشت هایی مانند سوسیس، کالباس، انواع بیف ها، بیکن ها، همبرگر و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

از دیگر کاربردهای نیتریک اسید می توان به موارد زیر اشاره می کرد:

• صنایع پلاستیک ‌سازی و پیش سازهای نایلونی و صنایع شیرسازی


• تولید دارو


• تولید ترکیبات آلی خاص


• عکس برداری


• در تست رنگ سنجی برای تشخیص هروئین و مورفین


• مقاوم سازی در برابر خوردگی و از بین بردن مواد ته نشین شده در کارخانجات لبنی


• آبکاری


• مسن کردن مصنوعی چوب درختانی مثل کاج و افرا


• جهت تمیز کردن سطوح شیشه ای مختلف از جمله لام های میکروسکوپ به صورت جدا یا همراه با اسید کلریدریک


• به منظور تمیز کردن شیشه پیش از ساختن آینه های نقره اندود


• تهیه پلیمرهایی مانند: پلی آمید و پلی اورتان


• متالوژی: در ترکیب با الکل برای حک کردن طرح روی فلزاتی مانند برنج، مس و برنز


• استفاده به عنوان واکنشگر آزمایشگاهی


• استفاده برای ساخت نمک های نیترات آمونیوم، نیترات نقره و نیترات کلسیم


• استفاده از نوع پایدار تر در صنایع رنگ سازی و جوهرها به عنوان رنگدانه


• بعنوان ماده اولیه جهت تولید آدیپیک اسید


• قابل استفاده در تست تشخیصی آلکانوئید هایی همچون LSD (ماده توهم زای لایزرژیک اسید دی اتیل آمید)

خطرات و نکات ایمنی در رابطه با اسیدنیتریک (MSDS نیتریک اسید)

1. اثر کوتاه مدت: اسید نیتریک برای پوست، چشم و دستگاه تنفسی مضر است. استنشاق آن می تواند باعث آسم و سبب تورم در گلو شود و بلعیدن آن آثار مخربی دارد. در اینصورت سریعا با اورژانس تماس بگیرید.


2. از آن جایی که تماس با پوست می تواند منجر به سوختگی های شدید شود، سریعا لباس های آلوده شده را در آورده و پوست را با مقادیر فراوان آب حداقل به مدت 15 دقیقه شستشو دهید.


3. اثر بلند مدت: استنشاق طولانی مدت موجب آسیب به دندان و پوسیدگی آن ها می شود. این ماده روی شش ها، ریه و دستگاه تنفسی آثار فراوانی دارد و همچنین باعث کاهش عملکرد ریه می شود. نیتریک اسید معدنی در غلظت های بالا سبب بروز سرطان می شود.


4. بصورت کلی هنگام کار با اسید های قوی همچون نیتریک اسید، از تجهیزات ایمنی شامل عینک، دستکش لاتکس و روپوش استفاده کنید. همچنین هنگام کار با اسید نیتریک غلیظ به منظور به حداقل رساندن پخش بخارات سمی این اسید و تحریک سیستم تنفس، از هود آزمایشگاهی استفاده کنید.


5. اسید نیتریک را به دور از باز ها و مواد آلی که شامل ترکیباتی همچون کاربید، سیانور یا پودر های فلزی هستند، نگهداری کنید. زیرا خطر واکنش شدید و انفجاری را به همراه خواهد داشت.