TÍNH CHẤT HÓA HỌC VÀ QUY TRÌNH SẢN XUẤT AXIT NITRIC HNO3 ?

Trong các loại hóa chất nổi bật, mọi người thường biết đến axit nitric là hợp chất hoá học phổ biến trong đời sống hiện nay, có tính axit và oxy hóa mạnh. Vậy axit nitric có những đặc trưng vật lý, hóa học nào, được sử dụng để làm gì? 

Axit Nitric – HNO3 là gì?

Axit nitric có công thức hóa học là HNO3, được gọi là dung dịch nitrat hidro hay còn được gọi là axit nitric khan. Axit này được hình thành ở trong tự nhiên, tạo ra từ những cơn mưa do sấm và sét tạo thành. 

Axit nitric - HNO3 có tính chất như thế nào?

1. Tính chất vật lý của axit nitric

• Axit nitric là chất lỏng không màu, tan tốt trong nước (C<65%). Nó cũng có thể tồn tại ở dạng khí, không màu. Trong môi trường tự nhiên, axit nitric có màu vàng nhạt do sự tích tụ của oxit nito.
• Axit nitric tinh khiết có tỷ trọng khoảng 1522kg/m³, khi để ngoài không khí, nếu axit nitric có nồng độ 86% ta sẽ thấy khói trắng bốc lên. 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 tạo thành nito dioxit NO₂ ( nhiệt độ thường).

                 4HNO₃ →  4NO₂ + 2H₂O + O₂

• Do đó 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.
• Ở nhiệt độ cao, nito dioxit 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.
• Chưng cất hỗn hợp axit nitric và nước, ta được azeotrope có nồng độ 68% HNO₃ và sôi ở 120.5 °C, 1 atm. Axit nitric là một axit có tính ăn mòn cao, cực độc, dễ bắt lửa.

2. Tính chất hóa học của HNO3

Axit nitric là một dung dịch nitrat hydro có công thức hóa học HNO₃ . Đây là một axit khan, là một monoaxit mạnh, có tính oxy hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ, có hằng số cân bằng axit (pKa) = −2.

Axit nitric là một monoproton chỉ có một sự phân ly nên trong dung dịch, nó bị điện ly hoàn toàn thành các ion nitrat NO₃− và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hiđroni.

                 H₃O+ HNO₃ + H₂O → H₃O+ + NO3-

• Axit nitric có tính chất của một axit bình thường nên nó làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ.
• Tác dụng với bazo, oxit bazo, muối cacbonat tạo thành các muối nitrat

                  2HNO₃ + CuO → Cu(NO₃)₂ + H₂O

                  2HNO₃ + Mg(OH)₂ → Mg(NO₃)₂ + 2H₂O

                  2HNO₃ + CaCO₃ → Ca(NO₃)₂ + H₂O + CO₂

• Axit nitric tác dụng với kim loại: Tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrat và nước .

                  Kim loại + HNO_{3 đặc} → muối nitrat + NO + H₂O ( t^o)

                  Kim loại + HNO_{3 loãng} → muối nitrat + NO + H₂O

                  Kim loại + HNO_{3 loãng lạnh} → muối nitrat + H₂

                  Mg(rắn) + 2HNO_{3 loãng lạnh} → Mg(NO₃)₂ + H₂ (khí)

• Nhôm, sắt, crom thụ động với axit nitric đặc nguội do lớp oxit kim loại được tạo ra bảo vệ chúng không bị oxy hóa tiếp.
• 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

• Tác dụng với oxit bazo, bazo, muối mà kim loại trong hợp chất này chưa lên hóa trị cao nhất:

                   FeO + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O

                   FeCO₃ + 4HNO₃ → Fe(NO₃)₃ + NO₂ + 2H₂O + CO₂

• Tác dụng với 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.

• Tác dụng với nhiều hợp chất hữu cơ: 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.

1. Điều chế axit nitric - HNO3 trong phòng thí nghiệm

Người ta cho muối natri nitrat tinh thể tác dụng với axit sunfuric đặc, chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83 °C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng. Tuy nhiên, phương pháp này chỉ tạo ra một lượng nhỏ axit.

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

Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Khi thực hiện thí nghiệm , các dụng cụ phải làm từ thủy tinh, đặc biệt là bình cổ cong nguyên khối do axit nitric khan.

2. Điều chế axit nitric - HNO3 trong công nghiệp

Axit nitric loãng có thể cô đặc đến 68% axit với một hỗn hợp azeotropic với 32% nước. Để thu được axit có nồng độ cao hơn, tiến hành chưng cất với axit sunfuric H₂SO₄. H₂SO₄ đóng vai trò là chất khử sẽ hấp thụ lại nước.

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

               2NO + O₂ → NO₂

               4NO₂  + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃

Dung dịch axit nitric công nghiệp thường có nồng độ 52% và 68%. Việc sản xuất axit nitric được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald phát minh.

Ứng dụng của axit nitric - HNO3 trong thực tiễn là gì?

Một số ứng dụng của axit nitric - HNO3

1. 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.

2. 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.
• Do 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.
• Dùng làm thuốc tẩy màu- colorometric test, giúp phân biệt heroin và morphine.
• 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.

Mức độ nguy hiểm của axit nitric, cần chú ý biện pháp phòng tránh nào?

1. Những tổn thương khi tiếp xúc HNO₃

• Hít phải: Làm tổn thương hệ hô hấp, có thể khiến phổi bị sưng.
• Nuốt phải: Khiến vùng miệng, họng, thực quản, dạ dày bị bỏng, gây nguy hiểm tới tính mạng. Nhẹ sẽ gây nôn ói, tiêu chảy. Nặng có thể khiến tuần hoàn máu bị rối loạn, gây tử vong.
• Dây vào mắt: Làm tổn thương giác mạc, có thể dẫn tới mù lòa.
• Tiếp xúc với da: Gây phỏng da.
• Phơi nhiễm lâu có thể dẫn tới ung thư.
• Khi làm việc với axit nitric cần mang dụng cụ bảo hộ lao động an toàn.

Tác hại của HNO3

2. Biện pháp xử lý sự cố do axit nitric gây ra

Axit bắn vào mắt: Ngay lập tức dùng nước sạch để rửa mắt, kết hợp nháy mắt trong 15 phút. Sau đó dùng muối natri clorua 0.9% để rửa lại rồi đưa tới cơ sở y tế để được điều trị tiếp.

Axit tiếp xúc với da: Lột bỏ quần áo bị dính axit, sử dụng khăn khô lau vết thương rồi sử dụng nước sạch (dùng xà phòng nếu có) để rửa lại nhiều lần. Đưa nạn nhân tới cơ sở y tế để điều trị tiếp.

Hít phải hơi axit nitric: Di chuyển nạn nhân ra khu vực thoáng khí, ủ ấm. Để nạn nhân nằm yên rồi liên lạc với cơ sở y tế gần nhất.

Nuốt phải axit nitric: Hòa tan MgO với nước hoặc sữa với lòng trắng trứng rồi đưa tới cơ sở y tế gần đó để điều trị.

Hỏa hoạn xảy ra do axit nitric: Sử dụng bột khô, bình khí cacbon dioxit để dập lửa. Sử dụng dung dịch kiềm để trung hòa axit. Di chuyển các thùng chứa, hoặc dùng nước để làm nguội các thùng này tránh trường hợp phát nổ.

Trường hợp axit nitric bị tràn, rò rỉ: Sử dụng cát, đất để phủ lên chỗ axit tràn ra. Sau đó dùng Ca(OH)₂ hoặc soda khan để trung hòa. Dùng nước làm sạch khu vực hóa chất bị rò rỉ.

Những lưu ý khi sử dụng axit nitric - HNO3

• Axit nitric là chất oxy hóa mạnh, khi tác dụng với cyanit, bột kim có thể phát nổ và tự bốc cháy khi phản ứng với turpentine.
• Ở nồng độ đậm đặc, nó gây bỏng da do phản ứng với protein keratin, khiến da chuyển sang màu vàng. Khi được trung hòa sẽ chuyển thành màu cam.
• Có thể phản ứng mạnh với kim loại tạo thành khí hydro dễ cháy trong không khí.
• Khi pha loãng, tuyệt đối không được đổ nước vào axit mà phải cho axit vào nước.
• Sử dụng các thùng chứa bằng nhựa thay cho kim loại vì axit nitric không tác dụng với chất liệu này.
• Các thùng chứa phải đậy nắp kín, tránh ánh nắng mặt trời.
• Khu vực lưu trữ phải thoáng mát, tránh xa các nguồn nhiệt.
• Nền nhà phải chống được axit.

Mua axit nitric ở đâu tại Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh

HTVLAB là công ty nhập khẩu và phân phối các loại hóa chất, dụng cụ thí nghiệm, thiết bị khoa học kỹ thuật hàng đầu Việt Nam, nhận được sự ủng hộ, tin yêu của khách hàng trong cả nước.

Chúng tôi cam kết sẽ cung ứng kịp thời cho khách hàng những sản phẩm chất lượng cao trong thời gian nhanh nhất với mức giá cạnh tranh.