اسید نیتریک چیست

اسید نیتریک به فارسی جوهر شوره و به انگلیسی Nitric acid نام دارد و یک اسید معدنی بسیار خورنده با رنگ زرد و فرمول شیمیایی HNO3 است. نوع صنعتی این ماده در بازار به صورت اسید نیتریک ۶۵ درصد تا ۶۸ درصد عرضه می گردد زیرا خلوص بالای آن معمولا بخار می شود و گاز های سمی آزاد می نماید. هر چه غلظت ماده فعال آن ، یعنی اکسید نیتروژن بیشتر باشد ، رنگ نیتریک به سمت قرمز تمایل پیدا می کند و در غلظت بیش از ۸۶ درصد ، دود سفید رنگی رها می نماید.

در زمان کار با نیتریک اسید باید بسیار احتیاط نمود زیرا دارای بوی خفه کننده ، بسیار سمی و دارای خورندگی زیاد بر روی بافت های بدن است. این اسید در حالت خالص ، بی رنگ و آب مانند بوده و در تولید انواع ترکیبات ارگانیک و شیمیایی نیترات و نیترو مانند کود شیمیایی ، تولید رنگ ، مواد منفجره و بسیاری محصولات دیگر مصرف می شود.

ویژگی های فیزیکی و شیمیایی اسید نیتریک
فرمول شیمیایی HNO3
وزن مخصوص ۶۳٫۰۱۲ گرم بر مول
چگالی ۱٫۵۱ گرم بر سانتیمتر مکعب
دمای جوش ۸۳ درجه سانتیگراد
دمای انجماد کمتر از -۴۲ درجه سانتیگراد
دمای اشتعال غیر قابل اشتعال
انحلال پذیری کاملا محلول در آب

 

اسيد نيتريك غلیظ تجاری ، خلوصی در حدود ۵۲ تا ۶۸ درصد دارد. به دلیل اینکه نیتریک در اثر حرارت یا نور تجزیه می شود بنابراین آن را معمولا در ظروف شیشه ای تیره رنگ بسته بندی می کنند. فرمول تجزیه این اسید در اثر نور یا حرارت به شرح زیر است:

۴HNO3 → ۲H2O + 4NO2 + O2

در اثر تجزیه Nitric acid ، بخشی از محتویات آن به صورت بخارات سمی در محیط رها می شود و دی اکسید نیتروژن نامحلول به صورت توده ای زرد یا قرمز رنگ در ته ظرف باقی می ماند. اسید نیتریک ۹۸ درصد چندان فرار و خورنده مانند نوع تجاری آن نیست و معمولا برای تولید محصولات انفجاری کاربرد دارد. معمولا برای کاهش دود کنندگی آن می توان حدود ۰٫۶ تا ۰٫۷ درصد هیدروژن فلوراید به آن افزود که در نتیجه تاثیر خورندگی این اسید بر مخازن فلزی کاهش می یابد.

روش تولید

برای تولید اسید نیتریک به روش صنعتی ، دی اکسید نیتروژن را با آب مخلوط می کنند:

۳NO2 + H2O → ۲HNO3 + NO

اکسید نیتریک تولید شده در این فرایند معمولا دوباره با اکسیژن موجود در هوا اکسیده شده و مقادیر بیشتری دی اکسید نیتروژن تولید می نماید. برای افزایش غلظت و کارایی نیتریک ، می توان آن را در محلول پروکسید هیدروژن به صورت رها سازی گاز نیتروژن هم تولید نمود که واکنش آن به صورت زیر است:

۲NO2 + H2O2 → ۲HNO3

تولید نیتریک اسید صنعتی با استفاده از فرایند اوستوالد انجام می شود که طی آن ، آمونیاک خشک را در حضور پلاتین یا رادیوم به عنوان کاتالیزور ، در دمای بالا و فشار خاصی اکسیده می کنند تا به اکسید نیتریک تبدیل گردد:

۴NH3 + 5O2 → ۴NO + 6H2O

سپس اکسید نیتریک را با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و دی اکسید نیتروژن تولید می شود:

۲NO + O2 → ۲NO2

این ترکیب در ادامه ، جذب آب شده و به نیتریک اسید و اکسید نیتریک تبدیل می گردد:

۳NO2 + H2O → ۲HNO3 + NO

خلوص نیتریک تولید شده به این روش پایین است. به همین خاطر با استفاده از روش تقطیر می توان خلوص آن را تا ۶۵ افزایش داد. همچنین با استفاده از اسید سولفوریک می توان خلوص آن را به ۹۸ درصد هم رسانید.

روش تولید آزمایشگاهی

در لابراتوار ها از تجزیه حرارتی نیترات مس سه ظرفیتی برای تولید دی اکسید نیتروژن و سپس واکنش دادن آن با آب ، می توان نیتریک اسید تولید نمود:

۲Cu(NO3)2 → ۲CuO + 4NO2 + O2

فرایند اوستوالد آن به شرح زیر است:

۲NO2 + H2O → HNO2 + HNO3

کاربرد اسید نیتریک و موارد مصرف آن

کاربرد اسيد نيتريك بیشتر در تولید کود کشاورزی است. برای تولید کود نیترات آمونیوم که یکی از پر مصرف ترین کود های شیمیایی بوده و سالیانه بیش از ۲۶ میلیون تن از آن مصرف می شود، نیتریک را با آمونیاک خنثی می کنند. دیگر موارد مصرف آن در تولید مواد منفجره ، نایلون و ترکیبات آلی خاص است.

تولید ترکیبات نیتروژنی ارگانیک

در شیمی آلی ، ترکیبی از نیتریک و سولفوریک برای تولید محصولات آروماتیک استفاده می شود. از طریق این واکنش ها می توان مواد منفجره مانند TNT را تولید نمود:

C6H5CH3 + 3HNO3 → C6H2(NO2)3CH3 + 3H2O

استفاده به عنوان اکسید کننده

در فرایند تولید نایلن ، از نیتریک اسید برای تولید اسید آدیپیک به روش اکسید کردن مخلوطی از سیکلوهگزانون و سیکلوهگزانول استفاده می شود.

سوخت موشک

نیتریک به صورت های مختلفی ، بعنوان اکسید کننده پیشران مایع موشک کاربرد دارد. برای این منظور هم می توان از انواع اسید نیرتیک قرمز دود کننده ، سفید ، ترکیب شده با اسید سولفوریک و … استفاده نمود. Nitric Acid با خلوص ۶۵ درصد یکی از سه ترکیب در تولید سوخت مایع موشک بومارک (موشک زمین به هوا با کلاهک هسته اى) است.

معرف شیمیایی

در آنالیز عنصری ، از محلول رقیق شده‌ اسید نیتریک با خلوص ۰٫۵ تا ۵ درصد در ترکیب ماتریکس برای تشخیص عناصر فلزی در محلول ها استفاده می شود. در الکتروشیمی هم این ماده به عنوان یک تقویت کننده شیمیایی برای نیمه هادی های ارگانیک و نیز خالص سازی نانوتیوب های کربن بکار می رود.

صنایع چوبی

اسید نیتریک رقیق با خلوص ده درصد برای تولید صنایع دستی از چوب کاج و افرا بکار می رود. این روش برای تولید محصولاتی که ظاهر قدیمی دارند مهم است.

اسید نیتریک و طلا و فلزات

خاصیت خورندگی نیتریک در برخی کاربرد ها مانند کاغذ سازی ، فولاد سازی و تولید قطعات سیلیکونی استفاده می شود. ترکیب نیتریک با آب و الکل برای لایه برداری از ریزساختار ها ماثر هستند. همچنین از ترکیب نیتریک اسید با هیدروکلریک اسید جهت تولید تیزات سلطانی استفاده می شود که کاربرد مهمی در خالص سازی طلا و پلاتین و تولید آینه دارد.

صنایع غذائی

مخلوطی از ترکیب خلوص ۵ تا ۳۰ درصد نیتریک و ۱۵ تا ۴۰ درصد فسفریک اسید به صورت تجاری برای تمیز کردن تجهیزات تولید محصولات لبنی بکار می رود. این ترکیب اصولا برای حذف ترکیبات کلسیمی و منیزیمی ته نشین شده که به دلیل تجهیزات بخار و یا آب سخت ایجاد می شود استفاده می گردد. فسفریک اسید به دلیل دارا بودن آلیاژ های غیر آهنی ، مانع از خورندگی نیتریک خواهد شد.

ایمنی 

همان طور که گفته شد اسید نیتریک ماده ای خورنده و به شدت اکسید کننده است. این اسید با انجام هیدرولیز پروتئین ها و چربی ها سبب سوختگی شیمیایی بر روی پوست و دیگر بافت های بدن می گردد. نیتریک با غلظت زیاد بر روی پوست بدن ، لکه های زرد رنگی را ایجاد می کند که به دلیل واکنش آن با کراتین پوست است. این لکه به مرور به رنگ نارنجی تغییر می کنند و از نظر سیستمی می توانند سرطان زا باشند.

مهم ترین و ابتدایی ترین درمان سوختگی پوست با اسید نیتریک ، مانند سوختگی با دیگر اسید  ها ، شستشو با مقادیر زیاد آب است. این شستشو باید با آب سرد و به مدت ۱۰ تا ۱۵ دقیقه برای بافت های اطراف سوختگی با اسید باشد تا از صدمات ثانویه جلوگیری گردد. لباس های آلوده را هم باید سریعا دراورد. نیتریک به عنوان یک اکسید کننده قوی با ترکیباتی مانند سیانید ها ، کربید ها یا پودر های فلزی ، حالت انفجاری ایجاد می کند. بنابراین باید آن را در زمان انبار کردن از این مواد و همچنین برخی مواد آلی نظیر ترپتین دور نگه داشت.