Axit Nitric – HNO3

Axit nitric là một axit mạnh có đặc tính oxy hóa và ăn mòn mạnh. Nó cũng là một nguyên liệu hóa học quan trọng. Nó có thể được sử dụng trong công nghiệp cho phân bón hóa học, thuốc trừ sâu, thuốc nổ, thuốc nhuộm, muối…

Trong hóa học hữu cơ, hỗn hợp axit nitric đậm đặc và axit sunfuric đậm đặc là một tác nhân nitrat quan trọng, và dung dịch nước của nó thường được gọi là nước nitrat hoặc nước nitơ amoniac.

Tính chất vật lý của Axit nitric

Axit nitric tinh khiết là một chất lỏng trong suốt không màu và HNO3 đậm đặc là một chất lỏng màu vàng nhạt. Trong trường hợp bình thường, nó là một chất lỏng trong suốt không màu với mùi ngột ngạt.

• Điểm nóng chảy:  -42 °C.
• Điểm sôi: 120,5 °C.

Tùy tỉ lệ HNO3 là bao nhiêu phần trăm mà điểm sôi và điểm nóng chảy có thể có giá trị khác nhau.

Tính chất hóa học HNO3

Axit nitric đậm đặc không ổn định, nó sẽ bị phân hủy khi tiếp xúc với ánh sáng hoặc nhiệt để giải phóng nitơ dioxide, và nitơ dioxide. Tuy nhiên, axit nitric loãng tương đối ổn định. Vì có tính axit nên HNO3 mang đầy đủ tính chất hóa học của axit.

Phản ứng với ánh sáng mặt trời

Phản ứng này chỉ sảy ra với HNO3 đậm đặt

• Phương trình phản ứng: 4HNO₃ → 4NO₂ + O₂ + 2H₂O

Phản ứng este hóa của HNO3

HNO3 có thể được ester hóa với rượu để tạo thành nitrat tương ứng. Quá trình este hóa tức là “khử hydro của axit dehydroxy” giống như cơ chế este hóa của axit cacboxylic.

Axit nitric có thể bị ion hóa hoàn toàn trong dung dịch nước, tạo ra một lượng lớn các ion hydro:

• PTTƯ: HNO₃ → H⁺ + NO3^–

Quá trình ester hóa HNO3 được sử dụng để sản xuất nitrocellulose, như thể hiện trong phương trình:

• 3nHNO₃ + [C₆H₇O2(OH)₃]n → [C₆H₇O₂(O-NO₂)₃ ]n + 3nH₂O

Để sản xuất nitroglycerin, phương trình như sau:

• HNO₃ + C₃H₈OH → C₃H₅N₃O₉ + H₂O

Phản ứng nitrat hóa HNO3

Phản ứng nitrat hóa phổ biến nhất là nitrat hóa benzen:

• PTTƯ: C₆H₆ + HNO₃ → C6H₅NO₂ + H₂O

Phản ứng oxi hóa khử

Nguyên tố nitơ trong phân tử axit nitric có hóa trị cao nhất (+5). Do đó, axit nitric có tính oxi hóa mạnh và chất khử của nó thay đổi theo nồng độ axit nitric. Nói chung, nồng độ axit nitric càng cao thì số electron trên mỗi phân tử của axit nitric càng cao. HNO3 đậm đặc ít chủ yếu là nitơ dioxide, axit nitric loãng chủ yếu là oxit nitric và axit nitric loãng hơn có thể được khử thành oxit nitơ, nitơ, amoni nitrat, v.v …

Cần lưu ý rằng trên đây chỉ là những sản phẩm đơn giản nhất. Trong thực tế, khi phản ứng xảy ra, nồng độ HNO3 giảm dần và tất cả các chất sinh ra có thể xuất hiện.

Với HNO3 đậm đặc

• HNO₃ + Zn  →  Zn(NO₃)₂ + 2NO₂ + H₂O
• 5HNO₃ + P → H₃PO₄ + 5NO₂ + H₂O

Với HNO3 loãng

• 8HNO₃ + 3Zn  →  3Zn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
• 5HNO₃ + 3P + 2H₂O → H₃PO₄ + 5NO

Với HNO3 rất loãng

• 10HNO₃ + 4Zn  →  4Zn(NO₃)₂ + 2N₂O + 5H₂O
• 5H₂S + 2HNO₃  →  5S + N₂ + 6H₂O
• 10Fe +36 HNO₃  → 10Fe(NO₃)₃ + 3N₂ + 18H₂O

Với HNO3 cực loãng

• 10HNO₃ + 4Zn  →  Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

Điều chế HNO3

Có thể điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm và phương pháp công nghiệp.

Điều chế HNO3 trong công nghiệp

Điều chế axit nitric liên quan chặt chẽ với công nghiệp amoniac tổng hợp. Phương pháp oxy hóa là cách chính để sản xuất axit nitric trong sản xuất công nghiệp. Quá trình chính là đưa hỗn hợp amoniac và không khí của bạch kim rodi lưới hợp kim, hợp kim lưới dưới sự xúc tác của quá trình oxy hóa amoniac để nitric oxide (NO).

Oxit nitric được tạo ra tiếp tục bị oxy hóa thành nitơ dioxide bởi oxy dư sau phản ứng, và sau đó nitơ dioxide được đưa vào nước để thu được HNO3.

Chu trình phản ứng tạo HNO3

• 4NH₃ + 5O₂ → 4NO +6H₂O
• 2NO + O₂ = 2NO₂
• 3NO₂ + H₂O = 2HNO₃  + NO
• 4NO + 3O₂ + 2H₂O = 4HNO₃
• 4NO₂ + O₂ + 2H₂O = 4HNO₃

Sử dụng axit sunfuric và nitrat đậm đặc để sản xuất axit nitric, nhưng phương pháp này tiêu thụ một lượng lớn axit, gây ăn mòn thiết bị, hiện nay về cơ bản đã ngừng sử dụng.

• NaNO₃  + H₂SO₄  → NaHSO₄  + HNO₃

Điều chế HNO3 trong phòng thí nghiệm

Vì điều chế trong phòng thí nghiệm không cần số lượng lớn nên ta có thể sử dụng các loại muối nitrat và H2SO4 để tạo thành HNO3

• H2SO₄  + NaNO₃ → Na₂SO₄  + HNO₃

Ứng dụng của HNO3

HNO3 là loại axit quan trọng trong công nghiệp để điều chế nhiều loại hóa chất và sản phẩm như:

• Là nguyên liệu thô cần thiết cho nitrat và nitrat, HNO3 được sử dụng để điều chế một loạt phân bón nitơ nitrat, như amoni nitrat, kali nitrat, v.v … nó cũng được sử dụng để điều chế thuốc nổ chứa nitrat hoặc nitro.
• Vì axit nitric vừa có tính oxy hóa vừa có tính axit, axit nitric cũng được sử dụng để tinh chế kim loại: kim loại không tinh khiết trước tiên được oxy hóa thành nitrat, và các tạp chất được loại bỏ và sau đó giảm đi.
• Cho glycerin vào axit nitric đậm đặc và axit sunfuric đậm đặc để tạo ra nitroglycerin. Đây là một chất lỏng nhờn trong suốt không màu hoặc màu vàng. Nó là một chất rất không ổn định, bị phân hủy bởi tác động, tạo ra nhiệt độ cao và tạo ra một lượng lớn khí.
• Điều chế chất nổ nitrat hóa là 2,4,6- trinitrotoluene (TNT). Nó được tạo ra từ phản ứng của toluene với HNO3 đậm đặc và axit sunfuric đậm đặc.

Với những kiến thức trên, mình mong rằng sẽ giúp các bạn nắm vững hơn về tính chất vật lý và hóa học của axit nitrit.