硝酸は、水素、酸素、および窒素原子を含む強力な酸化剤です。アンモニアの接触酸化によって製造されます。硝酸は、実験室や爆発物や肥料の製造において非常に有用な化学試薬です。 pH約3.01の強酸です。無色から黄色の液体として発生します。独特の強い酸味があり、簡単に識別できます。非常に腐食性がありますが、いくつかの産業で用途があります。次のセクションでは、硝酸のルイス構造、分子量、硝酸の式、特性などについて説明します。
硝酸とは?
硝酸は強酸です。次の名前でも知られています:
- ニトロの精神
- アクアフォルティス
純粋な状態では無色の液体ですが、経年とともに黄色がかった色になります。黄色がかった色は、硝酸が分解して水と窒素酸化物になるためです。硝酸は腐食性と毒性が高いため、硝酸の取り扱いには適切な安全対策を講じる必要があります。皮膚に触れると重度のやけどを引き起こす可能性があります。
硝酸の式と構造
硝酸の化学式はHNO3 .次の要素のアトムが含まれています:
- 3 つの酸素原子
- 窒素原子 1 個
- 水素原子 1 個
硝酸分子は、その 3 つの酸素原子の 1 つが中央の窒素原子に二重結合しています。対照的に、他の酸素原子は、単結合を介して中央の窒素原子に結合します。酸素原子は、単一の共有結合を介して水素原子にも結合しています。
硝酸分子の電荷: 3 番目の酸素原子の電荷は -1 です。中心の窒素原子に結合します。中央の窒素原子は 4 つの共有結合 (酸素原子と 3 つ、水素原子と 1 つ) を形成します。 +1のチャージがあります。したがって、分子の正味の電荷はゼロです。
窒素の正電荷は、酸素原子の負電荷によってキャンセルされます。また、この分子の電荷は、共鳴により非局在化する可能性があります。
硝酸ルイス構造
次の図は、共有結合と孤立電子対を含む硝酸ルイス構造を示しています。この分子には、3 つの共有単結合と 1 つの二重共有結合が含まれています。また、孤立電子対が 7 つあります。
硝酸モル質量
硝酸の分子量は、化学式とその構成元素の原子質量を使用して簡単に計算できます。
水素の原子質量 =1u
窒素の原子質量 =14 u
酸素の原子量 =16u
硝酸 (HNO3 ) は次のように計算されます:
モル質量 =(1 × 水素の原子質量) + (1 × 窒素の原子質量) +( 3 × 酸素の原子質量)
モル質量 =(1 × 1) +(1 × 14) + (3 × 16)
硝酸モル質量 =63 u
実験室での硝酸の調製
実験室では、硝酸は硫酸と硝酸カリウムの反応によって調製されます。
原則: 揮発性の高い酸は、揮発性の低い酸を使用してその塩から置き換えることができます。 イラスト: 硫酸は硝酸よりも揮発性が低いです。したがって、硫酸を使用して金属硝酸塩から置き換えることができます。
反応物: 次の反応物が画分で使用されます:
- 硝酸カリウム – 50gm
- 濃硫酸 – 25ml
手順: 反応物を丸底フラスコに入れ、約２００℃に加熱する。温度が 200°C を超えないようにすることが重要です。
反応: KNO3 + H2 SO4 → KHSO4 + HNO3
(揮発性の高い酸 + 揮発性の少ない酸の塩 → 塩 + 揮発性の高い酸)
コレクション: 硝酸蒸気が集められる。それらは凝縮されて硝酸溶液になります。
硝酸の商業的調製
市販の硝酸溶液の濃度は 52% から 68% です。それらは、無水アンモニアが一酸化窒素に酸化されるオストワルド法によって調製されます。反応の触媒として白金またはロジウムが使用される。約500Kの高温と9気圧の圧力が保たれています。
反応物: アンモニアと酸素
カタリスト: プラチナ
反応: 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) → 4 NO(g) + 6 H2 O(g)
この反応には、-905.2 kJ/mol エネルギーが含まれます。
最初の反応で生成された一酸化窒素は、再び酸素と反応して二酸化窒素を生成します。
2 NO(g) + O2 (g) → 2 NO2 (g)
この反応には、-114 kJ/mol のエネルギーが含まれます。
二酸化窒素は水に吸収され、次のように硝酸を生成します:
3 NO2 (g) + H2 O(l) → 2 HNO3 (aq) + NO(g)
この反応には、-135.74 kJ/mol のエネルギーが含まれます。
前のステップで生成された一酸化窒素は、再酸化のために再び循環します。
4 NO2 (g) + O2 (g) + 2 H2 O(l) → 4 HNO3 (aq)
得られた硝酸水溶液を蒸留して、６８質量％濃度を達成する。濃硫酸で脱水することにより、さらに98%まで濃縮することができます。
硝酸の物理的性質
硝酸の重要な物理的性質は次のとおりです。
- 硝酸のモル質量:63.01 g/mol
- 密度:1.51 g/cm³
- 色:無色から黄色
- におい:強い酸性のにおい
- 沸点:83 °C
- 融点:-42 °C
硝酸の化学的性質
青色リトマス赤色に変化する強酸です。それは酸のすべてのテストを提供します。以下は、硝酸が関与する重要な化学反応の一部です。
分解
硝酸は容易に分解して二酸化窒素になります。無色から黄色、茶色に変わります。
4 HNO3 → 4 NO2 + O2 + 2 H2 O
金属との反応
硝酸を金属と反応させると、水素ガスが発生します。ただし、この反応は、反応系列で水素より上の金属でのみ可能です。
マグネシウムとの反応: Mg + 2 HNO3 →Mg(NO3 )2 + H2
マンガンとの反応: Mn + 2 HNO3 → Mn(NO3 )2 + H2
硝酸はまた、銀や銅などの非活性金属と反応し、その過程でそれらを酸化する可能性があります.反応は温度と酸濃度に大きく依存します。
銅との反応: 3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu + 2 NO + 4 H2 O + 6 いいえ
非金属との反応
硝酸は強力な酸化剤であるため、いくつかの有機物質と反応します。これらの反応も爆発的になる可能性があります。酸のヒドロキシル基は通常、特定の有機分子から水素を除去し、水を形成しますが、ニトロ基は水素の場所にジャンプします.多くの爆薬の主要な合成手順には、トリニトロトルエン (TNT) やニトログリセリンなどの有機化合物を硝酸でニトロ化することが含まれます。
窒素、酸素、希ガス、ハロゲン (ヨウ素以外)、およびシリコンを除く非金属元素との反応で、それらを最高の酸化状態に酸化します。たとえば、
濃硝酸と炭素の反応 :二酸化窒素を与えます。
C (グラファイト) + 4 HNO3 → CO2 + 4 NO2 + 2 H2 O
希硝酸と炭素の反応 ：一酸化窒素を与えます。
3 C (グラファイト) + 4 HNO3 → 3 CO2 + 4 いいえ + 2 H2 O
キサントプロテイン検査
硝酸がタンパク質と反応すると、特定の種類の黄色のニトロ化生成物が形成されます。この反応は、キサントプロテイン反応と呼ばれます。この試験では、被験物質に濃硝酸を加えて加熱します。添加したタンパク質に芳香環を持つアミノ酸が含まれている場合、混合物は黄色に変わります。アンモニアなどの塩基を混合物に加えると、色がオレンジ色に変わります。タンパク質に存在するニトロ化芳香環が、これらの色の変化の原因です。硝酸が上皮細胞と接触すると、キサントプロテイン酸が形成されます。したがって、これらの局所的な皮膚の色の変化のために、硝酸を取り扱う際には適切な安全対策を講じる必要があります.
硝酸の使用
- 硝酸は硝酸アンモニウムの製造に使用され、硝酸アンモニウムは染料、プラスチック、肥料の製造に使用されます。
- HNO3 TNT などの爆発物の製造に使用されます。
- 硝酸は液体燃料ロケットの酸化剤として使用されます。
- 純粋な形の疣贅の除去に使用されます。
- 硝酸は電気化学で化学ドーピング剤としても使用されます。
よくある質問
1.硝酸が水と反応するとどうなりますか?
A.H2 水の量は、硝酸から H+ を除去するための基礎です。得られたヒドロニウム H3 O+は共役酸です。ここで、コンジュゲートの塩基は NO3 です 、すなわち、硝酸塩。これは、H+ が除去された硝酸の分子です。
2.硝酸は金属を溶かしますか?
A. はい、硝酸は一部の金属や合金を酸化します。ただし、濃硝酸で処理すると、金とプラチナは影響を受けません。同時に、特定の金属は硝酸によって不動態化されます。これらの金属は、希硝酸溶液または酸の混合物を使用して溶解されます。
3.硝酸を中和するものはありますか?
A. はい、硝酸は炭酸水素ナトリウムで中和されます。炭酸水素ナトリウムの一部が硝酸の一部を中和すると考えられています。実際、硝酸塩の 5% は H2 よりもそれほど重くありません。 O. したがって、100 ガロンのこの溶液は 834 ポンドの硝酸に相当します。
