Axit Nitric Và Những Ứng Dụng Quan Trọng

Axit nitric, (HNO₃) là chất lỏng không màu, bốc khói và có tính ăn mòn cao. Nó là hóa chất thông dụng trong phòng thí nghiệm và công nghiệp. Trong công nghiệp, HNO₃ là thành phần quan trọng để sản xuất phân bón và chất nổ. Cùng tôi tìm hiểu kỹ hơn về nó qua bài viết này nhé !

Axit nitric là gì?

Axit nitric là một axit vô cơ có công thức hóa học là HNO₃. Axit nitric tinh khiết là chất lỏng không màu. Trong tự nhiên, nó hình thành trong những cơn mưa giông kèm sấm chớp và hiện nay chúng là một trong những tác nhân gây ra mưa axit.

Năm 1648, một nhà hóa học người đức, Johann Rudolf Glauber đã điều chế thành công axit nitric trong PTN bằng phản ứng đun nóng kali nitrat với axit sulfuric đậm đặc.

Năm 1776 Antoine-Laurent Lavoisier cho thấy trong thành phần của nó có chứa oxy, và năm 1816 Joseph-Louis Gay-Lussac và Claude-Louis Berthollet đã xác lập thành phần hóa học của nó.

Tính chất vật lý

– Axit nitric là chất lỏng không màu, tan tốt trong nước. HNO₃ đậm đặc có nồng độ ~ 68 %. Trong môi trường tự nhiên, axit nitric có màu vàng nhạt do sự tích tụ của nitơ đioxit (NO₂).

– Axit nitric tinh khiết có tỷ trọng khoảng 1522kg/m³, có 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 một phần tạo thành nitơ đioxit NO₂ ( nhiệt độ thường).

                 4HNO₃ →  4NO₂ + O₂ + 2H₂O

– Do vậy 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 để tránh phân hủy.

– Ở nhiệt độ cao, nitơ đioxit 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.

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

Tính chất hóa học của HNO₃

Axit nitric là một axit mạnh, có thể phản ứng với nhiều hợp chất.

Tính axit

HNO₃ là axit điển hình nên có đầy đủ các tính chất hóa học của một axit. Nó có hằng số cân bằng pK_a = -2, trong dung dịch nó phân ly hoàn toàn theo phương trình sau:

HNO₃ + H₂O →  H₃O ⁺ + NO₃^–

Tính oxy hóa

Phản ứng với kim loại

Axit nitric phản ứng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt và một số hợp kim). Tùy thuộc vào nồng độ axit và các điều kiện phản ứng, sản phẩm phản ứng sẽ tọa thành muối nitrat của kim loại và nhiều sản phẩm khử đa dạng: NH₄NO₃, N₂, N₂O, NO, NO₂.

Trong phần lớn các trường hợp, các phản ứng oxy hóa chủ yếu với acid đặc thường tạo ra nitơ dioxide (NO₂).

Cu + 4HNO_3 (đặc) → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂↑ + 2 H₂O

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

3Cu + 8HNO_3 (loãng) → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

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

Mg _(rắn) + 2HNO_{3 (dd)} → Mg(NO₃)_2 (dd) + H_{2 (khí)}

Tính thụ động

Crom (Cr), sắt (Fe), coban(Co), niken (Ni), mangan (Mn) và nhôm (Al) dễ hòa tan trong dung dịch acid nitric loãng, nhưng đối với acid đặc nguội lại tạo một lớp oxide 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 kim

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 + 4HNO_{3 đặc} → 4NO₂ + 2H₂O + CO₂

                  P + 5HNO_{3 đặc} → 5NO₂ + H₂O + H₃PO₄

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

Phản ứng với một số 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.

Axit nitric còn tham nitrat hóa glyxerol và toluen, tạo thành chất nổ nitroglycerin và trinitrotoluen (TNT), điều chế nitrocellulose,…

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.

Điều chế axit nitric – HNO₃

Trong tự nhiên, axit nitric được tạo ra từ các cơn mưa lớn có sét, gây nên những trận mưa axit.

Điều chế axit nitric – HNO3 trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm người ta tạo ra một lượng nhỏ axit nitric bằng phản ứng giữ natri nitrat và axit sunfuric đặc, chứng cất hỗn hợp này ở 83 oC (nhiệt độ sôi của axit nitric) cho đến khi còn lại chất rắn màu trắng.

H₂SO_{4 đặc} + NaNO₃ (tinh thể) → HNO₃ + NaHSO₄

Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Chất NO_x hòa tan được loại bỏ bằng cách sử dụng áp suất giảm tại nhiệt độ phòng (10–30 phút với áp suất 200 mm Hg 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.

 Điều chế axit nitric – HNO3 trong công nghiệp

Phương pháp chính để sản xuất axit nitric là xúc tác quá trình oxy hóa amoniac. Trong phương pháp do nhà hóa học người Đức Wilhelm Ostwald phát triển vào năm 1901, khí amoniac được oxy hóa liên tiếp thành oxit nitric và nitơ đioxit bằng không khí hoặc oxy với sự có mặt của chất xúc tác là gạc bạch kim. Nitơ đioxit được hấp thụ trong nước để tạo thành axit nitric. Dung dịch axit trong nước tạo thành thường có nồng độ 52% và 68. Có thể được khử nước bằng cách chưng cất với axit sulfuric.

               4NH₃ + 5O₂  → 4NO + 6H₂O (Pt, 850^oC)

               2NO + O₂ → NO₂

               4NO₂  + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

Ứng dụng quan trọng của axit nitric

Trong phòng thí nghiệm

Axit nitric được sử dụng làm thuốc thử liên quan tới clorit. Cho axit nitric tác dụng với mẫu thử, sau đó cho dung dịch bạc nitrat vào để tìm kết tủa trắng của bạc clorua. Ngoài ra, nó cũng dùng để điều chế muối nitrat.

Trong công nghiệp

– Axit nitric 68% được sử dụng để chế tạo thuốc nổ bao gồm nitroglycerin, trinitrotoluen (TNT) và cyclotrimethylenetrinitramin (RDX), và các loại phân bón chứa nito như phân đạm một lá nitrat amoni NH₄NO₃, các muối nitrat như KNO₃ , Ca(NO₃)₂ ,…

– 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. Cần sử dụng axit nitric tinh khiết hoàn toàn vì có một số lượng những ion kim loại nhỏ có thể gây ảnh hưởng tới kết quả phân tích.

– Axit nitric phản ứng với hầu hết các kim loại trong các hợp chất hữu cơ nên nó được dụng trong ngành luyện kim, xi mạ và tinh lọc. Khi cho axit này kết hợp với axit clorua, ta được dung dịch nước cường toan có khả năng hòa tan bạch kim và vàng.

– Sử dụng axit nitric để sản xuất các chất hữu cơ, bột màu, sơn, thuốc nhuộm vải.

– 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.

– Axit nitric cũng là hợp chất trung gian dùng trong sản xuất bọt xốp polyuretan mềm và các sản phẩm polyuretan khác, ví dụ các chất kết dính, các chất bịt kín, các chất bọc phủ và các chất đàn hồi, đi từ nguyên liệu toluen diisoxyanat.

– Dùng làm chất tẩy rửa các đường ống, bề mặt kim loại trong các nhà máy sữa. Axit nitric được dùng để loại bỏ các tạp chất, cân bằng lại độ tiêu chuẩn của nước. Một trong những ứng dụng khác cho IWFNA là một chất oxy hóa trong nhiên liệu lỏng tên lửa.

Địa chỉ mua axit nitric uy tín

Công ty TNHH Công nghệ và Phát triển ATH Việt Nam là đơn vị với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực hóa chất. Tự hào mang đến khách hàng những sản phẩm hóa chất chất lượng với giá thành cạnh tranh.