Stickstoffsäure (HNO), auch bekannt als Wasser fortis und Geist des Salpeters, ist eine hoch zerfressende und toxische starke Mineralsäure, die normalerweise farblos ist, aber dazu neigt, einen gelben Wurf wegen der Anhäufung von Oxyden des Stickstoffs, wenn lange versorgt, zu erwerben. Gewöhnliche Stickstoffsäure hat eine Konzentration von 68 %. Wenn die Lösung mehr als 86 % HNO enthält, wird sie rauchende Stickstoffsäure genannt. Abhängig vom Betrag der Stickstoff-Dioxyd-Gegenwart wird rauchende Stickstoffsäure weiter als weiße rauchende Stickstoffsäure oder rote rauchende Stickstoffsäure bei Konzentrationen über 95 % charakterisiert. Stickstoffsäure wird auch als ein starker Oxidieren-Agent allgemein verwendet.

Physische und chemische Eigenschaften

Reine wasserfreie Stickstoffsäure (100 %) ist eine farblose bewegliche Flüssigkeit mit einer Dichte von 1.512 g/cm, die an 42 °C fest wird, um weiße Kristalle und Eitergeschwüre an 83 °C zu bilden. Wasserfreie Stickstoffsäure sollte unter 0 °C versorgt werden, um Zergliederung zu vermeiden.

Das Stickstoff-Dioxyd bleibt (NICHT) aufgelöst in der Stickstoffsäure, die es gelb, oder rot bei höheren Temperaturen färbt. Während die reine Säure dazu neigt, weiße Ausströmungen, wenn ausgestellt, abzugeben, zu lüften, gibt die Säure mit dem aufgelösten Stickstoff-Dioxyd rötlich braune Dämpfe ab, zur gemeinsamen Bezeichnung "rote rauchende saure" oder "rauchende Stickstoffsäure" führend. Rauchende Stickstoffsäure wird auch 16 Mahlzahn Stickstoffsäure genannt. Es ist die konzentrierteste Form von Stickstoffsäure bei der Standardtemperatur und dem Druck (STP).

Stickstoffsäure bildet einen azeotrope mit Wasser bei einer Konzentration von 68-%-HNO, der die gewöhnliche konzentrierte Stickstoffsäure des Handels ist. Diese Lösung hat eine kochende Temperatur von 120.5 °C an 1 atm. Zwei festes Hydrat ist bekannt; das Monohydrat (HNO · HO) und der trihydrate (HNO · 3HO).

Stickstoff-Oxyde (NO) sind in Stickstoffsäure und diesem Eigentum Einflüsse mehr oder weniger alle physischen Eigenschaften abhängig von der Konzentration der Oxyde auflösbar. Diese schließen hauptsächlich den Dampf-Druck über der Flüssigkeit und der kochenden Temperatur, sowie der Farbe ein, die oben erwähnt ist.

Stickstoffsäure ist der thermischen oder leichten Zergliederung unterworfen: 4 HNO  2 HO + 4 NICHT + O. Diese Reaktion kann einige nichtunwesentliche Schwankungen im Dampf-Druck über der Flüssigkeit verursachen, weil sich die erzeugten Stickstoff-Oxyde teilweise oder völlig in der Säure auflösen.

Sauer-Grundeigenschaften

Wie man

normalerweise betrachtet, ist Stickstoffsäure eine starke Säure an Umgebungstemperaturen. Es gibt etwas Unstimmigkeit über den Wert der sauren unveränderlichen Trennung, obwohl der PK-Wert gewöhnlich als weniger als-1 berichtet wird. Das bedeutet, dass die Stickstoffsäure in der Lösung außer in äußerst acidic Lösungen völlig abgesondert wird. Der PK-Wert erhebt sich zu 1 bei einer Temperatur von 250 °C.

Stickstoffsäure kann als eine Basis in Bezug auf eine Säure wie Schwefelsäure handeln.

:HNO + 2HSO NICHT + HO + 2HSO; K ~ 22

Das nitronium Ion ist Nein, das aktive Reagens in aromatischen nitration Reaktionen. Da Stickstoffsäure sowohl acidic als auch grundlegende Eigenschaften hat, kann es eine autoprotolysis Reaktion erleben, die der Selbstionisation von Wasser ähnlich

ist

:2HNO NICHT + NICHT + HO

Reaktionen mit Metallen und starken Oxidieren-Eigenschaften

Stickstoffsäure reagiert mit den meisten Metallen. Diese Eigenschaft hat es einen allgemeinen Agenten gemacht, um in strengen Prüfungen verwendet zu werden.

Sehr verdünnte Stickstoffsäure handelt als eine typische Säure, um mit aktiven Metallen zu reagieren. Zum Beispiel, stark electropositive Metalle, wie Magnesium reagieren mit Stickstoffsäure als mit anderen Säuren, Wasserstoff reduzierend.

:Mg + 2 H  Mg + H

Bemerken Sie, dass nur Magnesium, Mangan und Zink H Benzin von sehr verdünnter Stickstoffsäure befreien können. Andere geben die Stickstoff-Oxyde.

Jedoch ist beide verdünnte und konzentrierte Stickstoffsäure ein starkes Oxidieren-Reagenz, wie gezeigt, durch sein großes positives Verminderungspotenzial (E) und reagiert mit Metallen ebenso als die meisten anderen Säuren nicht. Stickstoff-Monoxyd wird von der verdünnten Säure reduziert, die mit Metallen reagiert, während Stickstoff-Dioxyd vom konzentrierten reduziert wird. Wasserstoff wird nicht entwickelt.

: NICHT + 4 H + 3 e  NICHT + 2 HO, E = 0.96 V

: NICHT + 2 H + e  NICHT + HO, E = 0.79 V

Stickstoffsäure kann nichtaktive Metalle wie Kupfer und Silber oxidieren. Mit diesen nichtaktiven oder weniger electropositive Metallen hängen die Produkte von Temperatur und der sauren Konzentration ab. Zum Beispiel reagiert Kupfer mit verdünnter Stickstoffsäure an Umgebungstemperaturen mit 3:8 Stöchiometrie.

:3 Cu + 8 HNO  3 Cu + 2 NICHT + 4 HO + 6 KEINE

Das erzeugte Stickstoffoxyd kann mit atmosphärischem Sauerstoff reagieren, um Stickstoff-Dioxyd zu geben. Mit konzentrierterer Stickstoffsäure wird Stickstoff-Dioxyd direkt in einer Reaktion mit 1:4 Stöchiometrie erzeugt.

:Cu + 4 H + 2 KEINE  Cu + 2 NICHT + 2 HO

Die meisten Metalle reagieren mit Stickstoffsäure, um die entsprechenden Nitrate zu geben. Ein anderer metalloids und Metalle geben die Oxyde, zum Beispiel, Sn, Weil, Sb, Ti in SnO, AsO, SbO und TiO beziehungsweise oxidiert werden.

Einige Edelmetalle, wie reine Gold- und Platin-Gruppenmetalle reagieren mit Stickstoffsäure nicht, obwohl reines Gold wirklich mit Wasser regia, einer Mischung von konzentrierter saurer Stickstoff- und Salzsäure reagiert. Jedoch können einige weniger edle Metalle (Ag, Cu...) Gegenwart in einer Goldlegierung, die in Gold solcher als relativ schwach ist, gefärbt Gold leicht oxidiert und durch Stickstoffsäure aufgelöst werden, zu Farbenänderungen der Goldlegierungsoberfläche führend. Stickstoffsäure wird als ein preiswertes Mittel in Schmucksachen-Geschäften verwendet, um Legierung des niedrigen Goldes schnell zu entdecken. Jedoch, die starken Oxidieren-Eigenschaften von Stickstoffsäure ist in der Natur thermodynamisch, aber manchmal werden seine Oxydationsreaktionen eher kinetisch nichtbevorzugt. Die Anwesenheit kleiner Beträge von salpetriger Säure (HNO) erhöht außerordentlich die Rate der Reaktion.

Reaktionen mit Nichtmetallen

Wenn sie

eine starke Oxidieren-Säure ist, reagiert Stickstoffsäure gewaltsam mit vielen organischen Materialien, und die Reaktionen können explosiv sein.

Die Reaktion mit nichtmetallischen Elementen, mit den Ausnahmen von Stickstoff, Sauerstoff, edlem Benzin, Silikon und Halogenen, oxidiert sie gewöhnlich zu ihren höchsten Oxydationsstaaten als Säuren mit der Bildung des Stickstoff-Dioxyds für konzentriertes saures und Stickstoffoxyd für verdünnte Säure.

:C + 4 HNO  CO + 4 NICHT + 2 HO

oder

:3 C + 4 HNO  3 CO + 4 NICHT + 2 HO

Konzentrierte Stickstoffsäure oxidiert mich, P und S in HIO, HPO und HSO beziehungsweise.

Passivierung

Obwohl sich Chrom (Cr), Eisen (Fe) und Aluminium (Al) sogleich in verdünnter Stickstoffsäure auflösen, bildet die konzentrierte Säure eine Metalloxydschicht, die das Metall vor der weiteren Oxydation schützt, die Passivierung genannt wird. Typische Passivierungskonzentrationen erstrecken sich von 20-50 % durch das Volumen. (Sieh ASTM A967-05)

Die Metalle, die passivated durch konzentrierte Stickstoffsäure sind, sind Eisen, Kobalt, Chrom, Nickel und Aluminium.

Test von Xanthoproteic

Stickstoffsäure reagiert mit Proteinen, um gelbe nitrated Produkte zu bilden. Diese Reaktion ist als die xanthoproteic Reaktion bekannt. Dieser Test wird durch das Hinzufügen ausgeführt hat Stickstoffsäure zur Substanz konzentriert, die wird prüft, und dann die Mischung heizt. Wenn Proteine, die Aminosäuren mit aromatischen Ringen enthalten, da sind, wird die Mischung gelb. Nach dem Hinzufügen einer starken Basis wie flüssiges Ammoniak wird die Farbe orange. Diese Farbwechsel werden durch nitrated aromatische Ringe im Protein verursacht. Säure von Xanthoproteic wird gebildet, wenn sich die Säure mit epithelischen Zellen in Verbindung setzt und für unzulängliche Sicherheitsvorsichtsmaßnahmen bezeichnend ist, wenn sie Stickstoffsäure behandelt.

Ränge

Die Stickstoffsäure vom kommerziellen Interesse besteht gewöhnlich aus dem Maximum, das azeotrope von Stickstoffsäure und Wasser kocht, das etwa 68 % HNO, (etwa 15 Mahlzahn) ist. Das wird als konzentrierter oder technischer Rang betrachtet, während Reagens-Ränge an 70-%-HNO angegeben werden. Die Dichte von konzentrierter Stickstoffsäure ist 1.42 g/mL. Eine ältere Dichte-Skala wird gelegentlich mit konzentrierter als 42 ° Baumé angegebener Stickstoffsäure gesehen.

Weiße rauchende Stickstoffsäure, auch genannt 100-%-Stickstoffsäure oder WFNA, ist sehr wasserfreier Stickstoffsäure nah. Eine Spezifizierung für weiße rauchende Stickstoffsäure ist, dass sie ein Maximum von 2-%-Wasser hat und sich ein Maximum von 0.5 % NEIN aufgelöst hat. Wasserfreie Stickstoffsäure hat eine Dichte von 1.513 g/mL und hat die ungefähre Konzentration von 24 Mahlzahn.

Eine Handelssorte von rauchender Stickstoffsäure, die auf im Handel als "starke Stickstoffsäure" verwiesen ist, enthält 90-%-HNO und hat eine Dichte von 1.50 g/mL. Dieser Rang wird sehr in der Explosivstoff-Industrie verwendet. Es ist nicht so flüchtig noch so zerfressend wie die wasserfreie Säure und hat die ungefähre Konzentration von 21.4 Mahlzahn.

Rote rauchende Stickstoffsäure oder RFNA, enthält wesentliche Mengen des aufgelösten Stickstoff-Dioxyds (KEIN) Verlassen der Lösung mit einer rötlich braunen Farbe. Eine Formulierung von RFNA gibt ein Minimum von 17 % an Nein, ein anderer gibt 13 % NEIN an. Wegen des aufgelösten Stickstoff-Dioxyds ist die Dichte von roter rauchender Stickstoffsäure an 1.490 g/mL niedriger.

Eine gehemmte rauchende Stickstoffsäure (entweder IWFNA oder IRFNA) kann durch die Hinzufügung von 0.6 zu Wasserstoff0.7-%-Fluorid (HF) gemacht werden. Dieses Fluorid wird für den Korrosionswiderstand in Metallzisternen hinzugefügt. Das Fluorid schafft eine Metallfluorid-Schicht, die das Metall schützt.

Industrieproduktion

Stickstoffsäure wird durch die Reaktion des Stickstoff-Dioxyds (NICHT) mit Wasser gemacht.

:3 NICHT + HO  2 HNO + KEIN

Normalerweise wird das durch die Reaktion erzeugte Stickstoffoxyd durch den Sauerstoff in Luft wiederoxidiert, um zusätzliches Stickstoff-Dioxyd zu erzeugen.

Das sprudelnde Stickstoff-Dioxyd durch Wasserstoffperoxid kann helfen, sauren Ertrag zu verbessern.

:2 NICHT + HO  2 HNO

Fast reine Stickstoffsäure kann durch das Hinzufügen von Schwefelsäure zu einem Nitrat-Salz und die Heizung von der Mischung mit einem Ölbad gemacht werden. Ein Kondensator wird verwendet, um die sauren Stickstoffausströmungen dass Luftblase aus der Lösung zu kondensieren.

:2 NaNO + HSO  2 HNO + NaSO

Verdünnte Stickstoffsäure kann durch Destillationssäure von bis zu 68 % konzentriert werden, die ein Maximum ist, das azeotrope kocht, 32-%-Wasser enthaltend. Im Laboratorium ist weitere Konzentration mit Destillation entweder mit Schwefelsäure oder mit Magnesium-Nitrat verbunden, die als wasserentziehende Agenten handeln. Solche Destillationen müssen mit dem Vollglasapparat am reduzierten Druck getan werden, um Zergliederung der Säure zu verhindern. Industriell wird starke Stickstoffsäure durch das Auflösen des zusätzlichen Stickstoff-Dioxyds in 68-%-Stickstoffsäure in einem Absorptionsturm erzeugt. Aufgelöste Stickstoff-Oxyde werden entweder im Fall von weißer rauchender Stickstoffsäure abgezogen, oder bleiben in der Lösung, rote rauchende Stickstoffsäure zu bilden. Mehr kürzlich sind elektrochemische Mittel entwickelt worden, um wasserfreie Säure von konzentrierter Stickstoffsäure feedstock zu erzeugen.

Handelssorte saure Stickstofflösungen ist gewöhnlich zwischen 52-%- und 68-%-Stickstoffsäure. Die Produktion von Stickstoffsäure ist über den Prozess von Ostwald, genannt nach dem deutschen Chemiker Wilhelm Ostwald. In diesem Prozess wird wasserfreies Ammoniak zu Stickstoffoxyd, in Gegenwart von Platin oder Rhodium-Maß-Katalysator bei einer hohen Temperatur ungefähr 500K und ein Druck von 9 Bar oxidiert.

:4 NH (g) + 5 O (g)  4 KEIN (g) + 6 HO (g) (ΔH = 905.2 kJ)

Stickstoffoxyd wird dann mit Sauerstoff in Luft reagiert, um Stickstoff-Dioxyd zu bilden.

:2 KEIN (g) + O (g)  2 KEIN (g) (ΔH = −114 kJ/mol)

Das ist nachher in Wasser vertieft, um saures Stickstoff- und Stickstoffoxyd zu bilden.

:3 KEIN (g) + HO (l)  2 HNO (aq) + KEIN (g) (ΔH = 117 kJ/mol)

Das Stickstoffoxyd wird zurück für die Wiederoxydation periodisch wiederholt. Wechselweise, wenn der letzte Schritt in Luft ausgeführt wird:

:4 KEIN (g) + O (g) + 2 HO (l)  4 HNO (aq)

Der wässrige erhaltene HNO kann durch die Destillation bis zu ungefähr 68 % durch die Masse konzentriert werden. Die weitere Konzentration zu 98 % kann durch Wasserentzug mit konzentriertem HSO erreicht werden. Durch das Verwenden von Ammoniak ist auf den Prozess von Haber zurückzuführen gewesen, das Endprodukt kann vom Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt werden, die aus Luft und Erdgas als der alleinige feedstocks abgeleitet werden.

Vor der Einführung des Prozesses von Haber für die Produktion von Ammoniak 1913 wurde Stickstoffsäure mit dem Birkeland-Eyde-Prozess, auch bekannt als dem Kreisbogen-Prozess erzeugt. Dieser Prozess basiert auf die Oxydation des atmosphärischen Stickstoffs durch atmosphärischen Sauerstoff zu Stickstoffoxyd bei sehr hohen Temperaturen. Ein elektrischer Kreisbogen wurde verwendet, um die hohen Temperaturen zur Verfügung zu stellen, und Erträge von bis zu 4 % Stickstoffoxyd wurden erhalten. Das Stickstoffoxyd wurde abgekühlt und durch den restlichen atmosphärischen Sauerstoff zum Stickstoff-Dioxyd oxidiert, und das war nachher in verdünnte Stickstoffsäure vertieft. Der Prozess war sehr Energie intensiv und wurde durch den Prozess von Ostwald schnell versetzt, sobald preiswertes Ammoniak verfügbar geworden ist.

Laborsynthese

Im Laboratorium kann Stickstoffsäure von Kupfer (II) Nitrat oder durch die Reaktion von ungefähr gleichen Massen eines Nitrat-Salzes mit 96-%-Schwefelsäure (HSO) gemacht werden, und diese Mischung am Siedepunkt von Stickstoffsäure von 83 °C destillierend, bis nur eine weiße kristallene Masse, ein Metallsulfat, im Reaktionsbehälter bleibt. Die rote rauchende erhaltene Stickstoffsäure kann zur weißen Stickstoffsäure umgewandelt werden.

: +  (s) + (g)

Die aufgelösten werden NICHT mit dem reduzierten Druck bei der Raumtemperatur (10-30 Minuten an 200 mmHg oder 27 kPa) sogleich entfernt, um weiße rauchende Stickstoffsäure zu geben. Dieses Verfahren kann auch unter dem reduzierten Druck und der Temperatur in einem Schritt durchgeführt werden, um weniger Stickstoff-Dioxyd-Benzin zu erzeugen.

Gebrauch

Der Hauptgebrauch von Stickstoffsäure ist für die Produktion von Düngern; anderer wichtiger Gebrauch schließt die Produktion von Explosivstoffen, das Ätzen und die Auflösung von Metallen, besonders wenn ein Bestandteil von Wasser regia für die Reinigung und Förderung von Gold, und in der chemischen Synthese ein.

Rakete-Brennstoff

Stickstoffsäure ist in verschiedenen Formen als das Oxydationsmittel in Flüssigkeitsangetriebenen Raketen verwendet worden. Diese Formen schließen rote rauchende Stickstoffsäure, weiße rauchende Stickstoffsäure, Mischungen mit Schwefelsäure und diese Formen mit dem HF Hemmstoff ein. IRFNA (hat rote rauchende Stickstoffsäure gehemmt), war einer von 3 flüssigen Kraftstoffbestandteilen für die BOMARC Rakete.

Chemisches Reagens

In der elementaren Analyse durch ICP-FRAU, ICP-AES, GFAA, und Flamme AA, verdünnte Stickstoffsäure (0.5 zu 5.0 %) wird als eine Matrixzusammensetzung verwendet, um Metallspuren in Lösungen zu bestimmen. Ultrareine Spur-Metallrang-Säure ist für solchen Entschluss erforderlich, weil kleine Beträge von Metallionen das Ergebnis der Analyse betreffen konnten.

Es wird auch normalerweise im Verzehren-Prozess von trüben Wasserproben, Matsch-Proben, festen Proben sowie anderen Typen von einzigartigen Proben verwendet, die elementare Analyse über ICP-FRAU, ICP-OES, ICP-AES, GFAA und Flamme Atomabsorptionsspektroskopie verlangen. Normalerweise verwendet dieses Verzehren eine 50-%-Lösung des gekauften, das mit dem Typ 1 DI WATER gemischt ist.

In der organischen Synthese kann Stickstoffsäure verwendet werden, um die nitro Gruppe vorzustellen. Wenn verwendet, mit Schwefelsäure erzeugt es das nitronium Ion, das electrophilically mit aromatischen Zusammensetzungen wie Benzol reagiert.

In der Elektrochemie wird Stickstoffsäure als ein chemischer Doping-Agent für organische Halbleiter, und in Reinigungsprozessen für rohen Kohlenstoff nanotubes verwendet.

Holzbearbeitend

In einer niedrigen Konzentration (etwa 10 %) ist Stickstoffsäure häufig an künstlich die Alterskiefer und den Ahorn gewöhnt. Die erzeugte Farbe ist ein graues Gold sehr viel wie sehr altes Wachs, oder Öl hat Holz (das Holzvollenden) beendet.

Anderer Gebrauch

Eine Lösung von Stickstoffsäure, Wasser und Alkohol, Nital, wird verwendet, um von Metallen zu ätzen, um die Mikrostruktur zu offenbaren. ISO 14104 ist einer der Standards, die über dieses weithin bekannte Verfahren ausführlich berichten.

Gewerblich verfügbare wässrige Mischungen von saurer und phosphoriger 5-30-%-Stickstoff-15-40-%-Säure werden allgemein verwendet, um Essen und Molkereiausrüstung in erster Linie zu reinigen, um hinabgestürzte Kalzium- und Magnesium-Zusammensetzungen (entweder abgelegt vom Prozess-Strom zu entfernen oder sich aus dem Gebrauch von hartem Wasser während der Produktion ergebend und reinigend). Der phosphorige saure Inhalt hilft zur passivate Eisenlegierung gegen die Korrosion durch die verdünnte Stickstoffsäure.

Stickstoffsäure kann als ein Punkt-Test auf Alkaloide wie LSD verwendet werden, eine Vielfalt von Farben abhängig vom Alkaloid gebend.

Sicherheit

Stickstoffsäure ist eine starke Säure und ein starkes Oxidieren-Reagenz. Die dadurch aufgestellte Hauptgefahr ist chemische Brandwunde, weil es saure Hydrolyse mit Proteinen (amide) und Fetten (ester) ausführt und die Muskeln von Tieren zersetzt. Konzentrierte Stickstoffsäure greift Gewebe sogleich an und beschmutzt menschliche Haut gelb wegen seiner Reaktion mit dem keratin. Diese gelben Flecke werden orange, wenn für neutral erklärt. Körpereffekten sind jedoch unwahrscheinlich, und die Substanz wird als kein Karzinogen oder mutagen betrachtet.

Die normale erste Hilfe für saure Stürze auf der Haut, ist bezüglich anderer zerfressender Agenten, Bewässerung mit großen Mengen von Wasser. Wäsche wird seit mindestens zehn bis fünfzehn Minuten fortgesetzt, um das Gewebe abzukühlen, das die saure Brandwunde umgibt und sekundären Schaden zu verhindern. Verseuchte Kleidung wird sofort und die zu Grunde liegende Haut gewaschen gründlich entfernt.

Ein starker Oxidieren-Agent, Reaktionen von Stickstoffsäure mit Zusammensetzungen wie Zyanid, Karbide seiend, können metallische Puder explosiv sein, und diejenigen mit vielen organischen Zusammensetzungen, wie Terpentinöl, sind gewaltsam und hypergolic (d. h. sich selbstentzündend). Folglich sollte es weg von Basen und organics versorgt werden.

Geschichte

Die erste Erwähnung von Stickstoffsäure ist in De Inventione Veritatis von Pseudo-Geber, worin es durch das Kalzinieren einer Mischung des Salpeters, des Alauns und der blauen Schwefelsäure erhalten wird. Es wurde wieder von Albert das Große im 13. Jahrhundert und von Ramon Lull beschrieben, der es vorbereitet hat, indem er Salpeter und Ton geheizt hat, und es "Wasser-Stärke" (Wasser fortis) genannt hat.

Glauber hat den Prozess ausgedacht noch hat heute gepflegt, es, nämlich durch die Heizung des Salpeters mit starker Schwefelsäure zu erhalten. 1776 hat Lavoisier gezeigt, dass es Sauerstoff enthalten hat, und 1785 Henry Cavendish seine genaue Zusammensetzung bestimmt hat und gezeigt hat, dass es durch den Übergang eines Stroms von elektrischen Funken durch feuchte Luft synthetisiert werden konnte.

Links

• NIOSH Taschenhandbuch zu chemischen Gefahren
• Nationaler Schadstoff-Warenbestand - saure tatsächliche Stickstoffangaben