Axit nitric

hợp chất vô cơ
Axit nitric
Nitric acid Nitric acid
Thông tin chung
Danh pháp IUPAC Axit nitric
Tên khác Aqua fortis
Spirit of nitre
Salpetre acid
Công thức phân tử HNO3
SMILES O[N+](=O)[O-]
pH -2 (1 N)
Khối lượng mol 63,01214 g/mol (khan)
81,02742 g/mol (1 nước)
117,05798 g/mol (3 nước)
Bề ngoài Chất lỏng trong, không màu
Số CAS 7697-37-2
Đặc tính
Tỷ trọngpha 1,51 g/cm³
Độ hòa tan trong nước vô hạn
Điểm nóng chảy −42 °C (−44 °F; 231 K)
Điểm sôi 83 °C (181 °F; 356 K)
Độ axit (pKa) -2
Độ nhớt ? cP (? ℃)
Cấu trúc
Hình dạng phân tử
Dipole ? D
Nguy hiểm
MSDS MSDS ngoài
Phân loại của EU Nguồn oxy hóa (O)
Ăn mòn (C)
Các pha R R8, R35
Các pha S (S1/2), S23, S26,
S36, S45
Điểm bắt lửa không cháy
RTECS QU5775000
Trang dữ liệu bổ sung
Cấu trúc và
thuộc tính
n, εr, etc.
Dữ liệu
nhiệt động học
Các trạng thái
rắn, lỏng, khí
Dữ liệu quang phổ UV, IR, NMR, MS
Các hợp chất liên quan
Các hợp chất liên quan Axit nitrơ
Đinitơ pentoxit
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho
các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở
25 °C [77 °F], 100 kPa).

Axit nitric là một hợp chất vô cơcông thức hóa học HNO3. Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu, bốc khói mạnh trong không khí ẩm. Trong tự nhiên, axit nitric hình thành trong những cơn mưa giông kèm sấm chớp và hiện nay chúng là một trong những tác nhân gây ra mưa axit.

Nó là một chất axit độcăn mòn và dễ gây cháy. Axit nitric tinh khiết không màu còn nếu để lâu sẽ có màu hơi vàng do sự tích tụ của các nitơ oxit. 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 trắngaxit nitric bốc khói đỏ, tùy thuộc vào số lượng nitơ đioxit hiện diện.

Lịch sửSửa đổi

Sự tổng hợp axit nitric đã được ghi nhận lần đầu vào khoảng năm 800 AD bởi một nhà giả kim người Ả Rập tên là Jabir ibn Hayyan.[1]

Tính chất vật lýSửa đổi

Axit nitric khan tinh khiết (100%) là một chất lỏng với tỷ trọng khoảng 1522 kg/m³, đông đặc ở nhiệt độ -42 ℃ tạo thành các tinh thể trắng, sôi ở nhiệt độ 83 ℃. Khi sôi trong ánh sáng, kể cả tại nhiệt độ phòng, sẽ xảy ra một sự phân hủy một phần với sự tạo ra nitơ đioxit theo phản ứng sau:

4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2 (72 ℃)

Điều này có nghĩa axit nitric khan nên được cất chứa ở nhiệt độ dưới 0 ℃ để tránh bị phân hủy. Chất nitơ đioxit (NO2) vẫn hòa tan trong axit nitric tạo cho nó có màu vàng, hoặc đỏ ở nhiệt độ cao hơn. Trong khi axit tinh khiết có xu hướng bốc khói trắng khi để ra không khí, axit với NO2 bốc khói hơi có màu nâu hơi đỏ cho nên mới có tên axit bốc khói trắng và axit bốc khói đỏ như nêu trên. [cần dẫn nguồn]

Axit nitric có thể pha trộn với nước với bất kỳ tỷ lệ nào và khi chưng cất tạo ra một azeotrope một nồng độ 68% HNO3 và có nhiệt độ sôi ở 120,5 ℃ tại áp suất 1 atm. Có hai hydrat được biết đến; monohydrat (HNO3·H2O) và trihydrat (HNO3·3H2O).

Nitơ oxit (NOx) tan được trong axit nitric và đặc điểm này ảnh hưởng ít nhiều đến tất cả các đặc trưng lý tính phụ thuộc vào nồng độ của các oxit này, chủ yếu bao gồm áp suất hơi trên chất lỏng và nhiệt độ sôi cũng như màu sắc được đề cập ở trên. Axit nitric bị phân hủy khi có nhiệt độ cao hoặc ánh sáng với nồng độ tăng lên mà điều này có thể làm tăng lên sự biến đổi tương đối áp suất hơi trên bề mặt chất lỏng do các oxit nitơ tạo ra một phần hoặc toàn bộ trong axit.

Hóa tínhSửa đổi

Axit nitric là một monoaxit mạnh, một chất oxy hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ và là một axit một nấc vì chỉ có một sự phân ly.

Các tính chất axitSửa đổi

Là một axit điển hình, axit nitric có mọi tính chất của axit như phản ứng với bazơ, oxit bazơmuối để tạo thành các muối mới, trong số đó quan trọng nhất là muối amoni nitrat. Do tính chất oxy hóa mạnh của nó, axit nitric (ngoại trừ một số ngoại lệ) không giải phóng hydro khi phản ứng với kim loại và tạo ra các muối thường có trạng thái oxy hóa cao hơn. Vì lý do này, tình trạng ăn mòn nặng có thể xảy ra và cần phải bảo vệ thích hợp bằng cách sử dụng các kim loại hoặc hợp kim chống ăn mòn khi chứa axit này.

Axit nitric là một axit mạnh với một hắng số cân bằng axit (pKa) = -2: trong dung dịch nước, nó hoàn toàn điện ly thành các ion nitrat NO3 và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hydroni, H3O+:

HNO3 + H2O → H3O+ + NO3

Các đặc tính oxy hóaSửa đổi

Phản ứng với kim loạiSửa đổi

Là một chất oxy hóa mạnh, axit nitric phản ứng mãnh liệt với nhiều kim loại và phản ứng có thể gây nổ. Tùy thuộc vào nồng độ axit, nhiệt độ và tác nhân gây liên quan, sản phẩm tạo ra cuối cùng có thể gồm nhiều loại và nhiều sản phẩm khử đa dạng như N2, NO, NO2, N2O, NH4NO3. Phản ứng xảy ra với hầu hết các kim loại, ngoại trừ các kim loại quý (Au, Pt) và một số hợp kim. Trong phần lớn các trường hợp, các phản ứng oxy hóa chủ yếu với axit đặc thường tạo ra nitơ đioxit (NO2).

Cu + 4HNO3 (đặc) → Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

Tính chất axit thể hiện rõ đối với axit loãng, thường tạo ra nitơ oxit (NO):

3Cu + 8HNO3 (loãng) → 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

Do axit nitric là một chất oxy hóa mạnh, H+ thường hiếm khi được tạo ra. Cho nên khi kim loại phản ứng với axit nitric rất loãng (1–2% hay 0,2–0,3 M) và lạnh (gần 0 ℃) thì mới giải phóng hydro:

Mg(rắn) + 2HNO3 (dd)Mg(NO3)2 (dd) + H2 (khí)

Sự thụ động hóaSửa đổi

crom (Cr), sắt (Fe), coban (Co), niken (Ni), mangan (Mn) và nhôm (Al) dễ hòa tan trong dung dịch axit nitric loãng, nhưng đối với axit đặc nguội lại tạo một lớp oxit kim loại Al2O3, Fe2O3,… bảo vệ chúng khỏi bị oxy hóa thêm, hiện tượng này gọi là sự thụ động hóa.

Phản ứng với phi kimSửa đổi

Khi phản ứng với các nguyên tố phi kim, ngoại trừ silic và các nguyên tố nhóm halogen, các nguyên tố phi kim này thường bị oxy hóa đến trạng thái oxy hóa cao nhất và tạo ra nitơ đioxit đối với axit đặc và nitơ oxit đối với axit loãng:

C + 4HNO3CO2↑ + 4NO2↑ + 2H2O hoặc 3C + 4HNO3 → 3CO2↑ + 4NO↑ + 2H2O
P + 5HNO3H3PO4 + 5NO2↑ + H2O

Phản ứng với hợp chấtSửa đổi

3H2S + 2HNO3 (> 5%) → 3S↓ + 2NO↑ + 4H2O
PbS + 8HNO3 (đặc) → PbSO4↓ + 8NO2↑ + 4H2O

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

Phản ứng với hợp chất hữu cơSửa đổi

Nhiều hợp chất hữu cơ bị phá hủy khi tiếp xúc với axit nitric, nên axit này rất nguy hiểm nếu rơi vào cơ thể người.

Tổng hợp và sản xuất axit nitricSửa đổi

Axit nitric được tạo ra bằng cách pha trộn nitơ đioxit (NO2) và nước với sự có mặt của oxy hoặc sử dụng không khí để oxy hóa axit nitrơ cũng tạo ra axit nitric:

4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3

Axit nitric loãng có thể cô đặc đến 68% với một hỗn hợp azeotropic 32% nước. Việc cô đặc hơn được thực hiện bằng cách chưng cất với axit sunfuric với vai trò là chất khử nước. Trong quy mô phòng thí nghiệm, cách chưng cất như thế phải được tiến hành bằng dụng cụ thủy tinh với áp suất thấp để tránh phân hủy axit này. Các mối nối bằng thủy tinh và nút bần cũng nên tránh dùng do axit nitric tấn công các chất này. Dung dịch axit nitric cấp thương mại thường có nồng độ giữa 52% và 68%. Việc sản xuất axit nitric được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald phát minh.

Trong phòng thí nghiệm, axit nitric có thể điều chế bằng cách cho đồng(II) nitrat hoặc cho phản ứng những khối lượng bằng nhau kali nitrat (KNO3) với axit sunfuric (H2SO4) 96%, và chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83 ℃ cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng, kali bisunfat (KHSO4), còn lưu lại trong bình. Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Cần lưu ý khi thí nghiệm thì phải dùng các trang thiết bị bằng thủy tinh, hay nhất là bình cổ cong nguyên khối do axit nitric khan tấn công cả nút bần, cao su và da nên sự rò rỉ có thể cực kỳ nguy hiểm:

H2SO4 + KNO3 → KHSO4 + HNO3

Chất NOx hòa tan được loại bỏ bằng cách sử dụng áp suất giảm tại nhiệt độ phòng (10–30 phút với áp suất 200 mmHg hay 27 kPa). Axit nitric bốc khói trắng thu được có tỷ trọng 1,51 g/cm³. Quy trình này cũng được thực hiện dưới áp suất và nhiệt độ giảm trong một bước để tạo ra ít khí nitơ đioxit hơn.

Axit này cũng có thể được tổng hợp bằng cách oxy hóa amoniac, nhưng sản phẩm bị pha loãng bởi nước do phản ứng tạo ra. Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp này quan trọng trong việc sản xuất amoni nitrat từ amôniăc theo công nghệ Haber, do sản phẩm cuối cùng có thể sản xuất từ nitơ, hyđrô và oxy là nguyên liệu đầu vào chính.

Axit nitric bốc khói trắng, cũng gọi là axit nitric 100% hay WFNA, rất gần giống với sản phẩm axit nitric khan. Một đặc tính kỹ thuật của axit nitric bốc khói trắng là nó có tối đa 2% nước và tối đa 0,5% NO2 hòa tan. Axit nitric bốc khói đỏ hay RFNA, chứa một lượng nitơ đioxit (NO2) đáng kể thoát khỏi dung dịch với màu nâu đỏ. Một công thức của RFNA thể hiện ít nhất 17% NO2, nhóm khác là 13% NO2. Trong trường hợp, axit nitric bị ức chế bốc khói (hoặc IWFNA, hoặc IRFNA) có thể làm tăng khi cho thêm thêm khoảng 0,6 đến 0,7% hydro florua, HF. Chất florit này được bổ sung vào để chống ăn mòn trong các bồn chứa kim loại (HF tạo ra một lớp florua kim loại bảo vệ kim loại đó).

Sử dụngSửa đổi

 
Axit nitric trong phòng thí nghiệm.

Thường được dùng làm thuốc thử trong phòng thí nghiệm, axit nitric được sử dụng để sản xuất thuốc nổ bao gồm nitroglycerin, trinitrotoluen (TNT) và cyclotrimethylenetrinitramin (RDX), cũng như phân bón (như phân đạm một lá nitrat amoni).

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

Trong kỹ thuật ICP-MSICP-AES, axit nitric (với nồng độ từ 0,5% đến 2,0%) được sử dụng như một hợp chất nền để xác định dấu vết kim loại trong các dung dịch. Trong kỹ thuật này cần phải dùng axit nitric cực tinh khiết vì một số lượng ion kim loại nhỏ có thể gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích.

Axit này còn được sử dụng trong ngành luyện kimtinh lọc vì nó phản ứng với phần lớn kim loại và trong các tổng hợp chất hữu cơ. Khi kết hợp với axit clohydric, nó tạo thành nước cường toan, một trong những chất có thể hòa tan vàng và bạch kim (platin).

Một trong những ứng dụng cho IWFNA là một chất oxy hóa trong nhiên liệu lỏng tên lửa.

Ngoài ra, axit nitric còn được dùng làm chất thử màu (colorometric test) để phân biệt heroinmorphine.

Nguy hiểmSửa đổi

NFPA 704
"Biểu đồ cháy"
Flammability (red): no hazard codeHealth code 3: Short exposure could cause serious temporary or residual injury. E.g., chlorine gasReactivity (yellow): no hazard codeSpecial hazards (white): no code 
3
≤ 40%
NFPA 704
"Biểu đồ cháy"
Flammability (red): no hazard codeHealth code 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g., VX gasReactivity (yellow): no hazard codeSpecial hazards (white): no code 
4
> 40%
NFPA 704
"Biểu đồ cháy"
Flammability (red): no hazard codeHealth code 4: Very short exposure could cause death or major residual injury. E.g., VX gasReactivity code 1: Normally stable, but can become unstable at elevated temperatures and pressures. E.g., calciumSpecial hazards (white): no code 
4
1
bóc khói

Axit nitric là một chất oxy hóa mạnh, và các phản ứng của axit nitric với các hợp chất như cyanua, cacbua, và bột kim loại có thể gây nổ. Các phản ứng của axit nitric với nhiều hợp chất vô cơ như turpentine, rất mãnh liệt và tự bốc cháy.

Axit đặc làm cho màu da người chuyển qua màu vàng do phản ứng với protein keratin. Vết màu vàng này sẽ chuyển thành màu cam khi được trung hòa.

Tham khảoSửa đổi

  1. Hóa học vô cơ, tập hai, Hoàng Nhâm, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.
  2. Sách giáo khoa Hóa học 11, Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam.
  1. ^ [1]

Liên kết ngoàiSửa đổi