Kwas azotowy
Kwas azotowy, znany również pod nazwą Stocka jako kwas azotowy(V), jest nieorganicznym związkiem chemicznym o wzorze HNO3. Należy do grupy najsilniejszych kwasów tlenowych i jest szeroko stosowany w różnych dziedzinach przemysłu oraz nauki. Jego właściwości chemiczne i fizyczne czynią go substancją niezwykle wszechstronną, ale także niebezpieczną, dlatego jego użycie wymaga odpowiednich środków ostrożności.
Otrzymywanie kwasu azotowego
Początki otrzymywania kwasu azotowego sięgają XVII wieku, kiedy to Johann Rudolf Glauber w roku 1650 zastosował metodę polegającą na ogrzewaniu saletry potasowej z kwasem siarkowym. Reakcja ta przebiega zgodnie z równaniem:
KNO3 + H2SO4 _Δ_͕ HNO3 + KHSO4
Chociaż metoda ta jest stosunkowo prosta, obecnie wykorzystywana jest głównie w laboratoriach do uzyskiwania czystego kwasu azotowego.
Henry Cavendish opracował inną metodę, która polegała na przepuszczaniu powietrza przez łuk elektryczny. W wyniku tego procesu powstawał tlenek azotu(II), który po dalszym utlenieniu i rozpuszczeniu w wodzie tworzył kwas azotowy. Ta metoda okazała się jednak mało ekonomiczna. Polski wynalazca Ignacy Mościcki w latach 1903–1905 udoskonalił ten proces, stosując wirujący płomień w polu magnetycznym. W 1910 roku powstała pierwsza duża fabryka produkująca kwas azotowy metodą Mościckiego w Szwajcarii.
Obecnie na skalę przemysłową kwas azotowy otrzymuje się głównie metodą Ostwalda, która polega na katalitycznym utlenianiu amoniaku. Reakcja ta przebiega zgodnie z równaniem:
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
Amoniak do tego procesu uzyskuje się metodą Habera i Boscha. Reakcja jest silnie egzotermiczna, a temperatura katalizatora podczas jej przebiegu osiąga czerwoność. Powstały tlenek azotu(II) następnie utlenia się do tlenku azotu(IV), aby w końcu ulegać dysproporcjonowaniu w wodzie i tworzyć zarówno kwas azotowy, jak i kwas azotawy.
Właściwości chemiczne i fizyczne
Czysty kwas azotowy jest bezbarwną cieczą, jednak podczas dłuższego przechowywania ulega częściowemu rozkładowi, co prowadzi do zmiany koloru na żółty lub brązowy. Rozkład ten przyspieszają podwyższone temperatury oraz światło. Kwas azotowy dymi na powietrzu, co związane jest z wydzielaniem brunatnego tlenku azotu(IV). Jego stężony roztwór wykazuje silne działanie korodujące oraz wysoką aktywność chemiczną, co sprawia, że reakcje z nim mogą być gwałtowne a nawet wybuchowe.
Rozcieńczanie stężonego kwasu azotowego jest procesem egzoenergetycznym, a gęstość 65% roztworu wynosi 1,40 g/cm³. Temperatura wrzenia kwasu wynosi około 120 °C, a temperatura topnienia to -32 °C. Kwas azotowy jest mocnym kwasem, który ulega całkowitej dysocjacji po dodaniu minimalnej ilości wody.
Jako silny utleniacz reaguje on gwałtownie nawet z metalami niewypierającymi wodoru oraz niektórymi niemetalami. Przykładowe reakcje obejmują:
- S + 2HNO3 → H2SO4 + 2NO
- 3C + 4HNO3 → 3CO2 + 4NO + 2H2O
- P4 + 20HNO3 → 4H3PO4 + 20NO2 + 4H2O
Niektóre metale ulegają pasywacji w kontakcie ze stężonym kwasem azotowym, co może wpływać na ich dalsze reakcje chemiczne.
Zastosowania kwasu azotowego
Kwas azotowy znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu oraz chemii analitycznej. W handlu najczęściej spotykany jest jako 65% roztwór (azeotrop). Z tego związku uzyskuje się wiele ważnych soli azotanowych oraz estry, takie jak nitrogliceryna czy trinitrotoluen. Te substancje są często wykorzystywane jako utleniacze i mogą mieć tendencję do gwałtownego rozkładu.
Kwas azotowy ma również zastosowanie w przemyśle farmaceutycznym oraz do oczyszczania powierzchni metali. Używany jest między innymi do mycia urządzeń przemysłu spożywczego w procesie CIP (Clean In Place). Ponadto znajduje zastosowanie w warunkach amatorskich do wytrawiania obwodów drukowanych, gdzie działa szybciej niż tradycyjne metody oparte na chlorku żelazowym.
Dodatkowo wykorzystuje się go do produkcji barwników, lakierów oraz nawozów sztucznych. Kwas azotowy pełni także rolę utleniacza paliw hipergolowych w rakietach, gdzie często stosuje się czerwony dymiący kwas azotowy.
Niebezpieczeństwa związane z kwasem azotowym
Kwas azotowy to substancja o wysokim stopniu toksyczności i niebezpieczeństwa. Opary tego związku mogą powodować stany zapalne dróg oddechowych, które mogą prowadzić do poważnych problemów zdrowotnych takich jak obrzęk płuc czy odoskrzelowe zapalenie płuc. Spożycie kwasu może prowadzić do perforacji ścian żołądka lub jelit, a kontakt ze skórą wywołuje martwicę lub zwęglenie tkanek.
Osoby narażone na działanie kwasu powinny zachować szczególne środki ostrożności – przechowywać go w odpowied
Artykuł sporządzony na podstawie: Wikipedia (PL).