اسید نیتریک آزمایشگاهی

اسید نیتریک یا جوهر شوره 

اسید نیتریک یا جوهر شوره با فرمول HNO₃ نوعی اسید معدنی بسیار قوی است. ترکیب خالص آن بی‌رنگ است، اما با گذشت زمان به دلیل تجزیه به اکسیدهای نیتروژن و آب، به مرور زرد رنگ می‌شود.

به این علت ظرف‌های محتوی آن، همیشه تحت فشار کنترل شده می‌باشد. اسید نیتریک با آب قابل احتراق است و محلول آن آزئوتروپی را تشکیل می‌دهد که نقطه جوش آن برابر با ۱۲۱٫۹ درجه سلسیوس است که شامل ۶۸٫۷٪ وزنی HNO₃ می‌باشد.

اکثر اسید نیتریک‌های موجود در بازار غلظتی برابر ۶۸٪ درون آب دارند. این محلول با نقطه جوش ۱۲۰٫۵ درجه سلسیوس در فشار یک اتمسفر می‌باشد. دو شکل هیدراته برای آن شناخته شده‌است:

·        مونو هیدرات (HNO₃·H₂O)

·        تری هیدرات (HNO₃·3H₂O)

امروزه در تولید صنعتی اسید نیتریک، آمونیاک به عنوان ماده اولیه استفاده می‌شود. از نظر تاریخی، اسید نیتریک اولین بار از اثر اسید سولفوریک روی نیترات سدیم (شوره شیلی) بدست آمد. واکنش در کوره‌هایی با دمای ۱۵۰ تا ۱۷۰ درجه سانتی‌گراد صورت می‌گیرد. اسید بدست آمده، دارای غلظت ۸۳ تا ۸۶ درصد است؛ که به اسید دودکننده معروف است ورنگ این اسید قرمز تا زرد می‌باشد.

2 NaNO₃ + H₂SO₄ → 2 HNO₃ + Na₂SO₄

فرایند بریک لند (Birkeland–Eyde process) در این روش می‌توان اسید نیتریک را از اکسید نیتریک مطابق واکنش زیر بدست آورد.

N₂ + O₂ —-> 2NO + 43Kcal

تبدیل NO به HNO3 با اکسیداسیون و هیدراتاسیون انجام می‌گیرد. در این فرایند بخاطر کم بودن غلظت NO، علاوه بر هزینه انرژی الکتریکی، مقداری گاز نیز باید در جریان باشد. ضمناً دمای بالا نیز باعث واکنش عکس و تجزیه NO می‌شود.

فرایند استوالد(Ostwald process) نخست تبدیل آمونیاک در حضور اکسیژن یک کاتالیزور مانند پلاتین یا رودیم، حرارت می‌دهیم تا اکسایش-کاهش انجام شود و اکسید نیتروژن و آب بدست آید. اکسید نیتروژن دوباره اکسید می‌شود تا دی‌اکسید نیتروژن بدست آید. هنگام کاهش ماده و تبدیل دوبارهٔ آن به اکسید نیتروژن واکنش جذب گاز توسط آب نیز انجام می‌شود و اسید نیتریک رقیق بدست می‌آید و در ادامه با تقطیر به غلظت مطلوب می‌رسد

واکنش با سولفوریک اسید

نیتریک اسید در واکنش با سولفوریک اسید یک اسید قوی تولید می‌کند که در این فرایند یون نیترونیوم فعال نیز آزاد می‌شود که در ترکیب با مواد آلی مواد منفجره قوی نظیر تی ان تی ونیتروگلسیرین و… تولید می‌کند .(فرایند نیتراسیون). یکی از مهم‌ترین واکنش‌های نیتریک اسید واکنش آن با گلیسیرین که باعث تولید نیتروگلیسیرین می‌شود.

HNO3 + 2H2SO4 ⇌ NO2+ + H3O+ + 2HSO4−; K ~ ۲۲

یکی از کاربردهای آن در صنعت، استفاده از آن برای پولیش کاری ورق‌های فولاد ضدزنگ ۳۰۴ است، که از اسید نیتریک در ترکیب با آب و دی اکساید تیتانیوم استفاده می‌شود.

بدون شک، اسید نیتریک یکی از مهمترین اسید‌های کشف شده توسط بشر است. اسید نیتریک یکی از مواد رایج در تمامی آزمایشگاه‌ها و از اصلی‌ترین مواد صنعتی است. یکی از دلایل اصلی خرید اسید نیتریک، ساختن آمونیوم نیترات برای کودهای شیمیایی است. این اسید همچنین در ساختن مواد منفجره مثل نیتروگلیسرین، پلاستیک‌ها و رنگ‌ها کاربرد دارد.
نیتریک اسید دارای شکل مولکولی تریگونال و وزن مولکولی ۶۳ گرم بر مول است، در ۸۳ درجه سانتی‌گراد می‌جوشد و در منفی ۴۲ درجه سانتی‌گراد ذوب خواهد شد. اسیدیته این اسید بسیار بالا است و به محض برخورد با پوست باعث سوختگی شدید خواهد شد، لذا کار با آن بدون دستکش خطرناک بوده و در صورت برخورد با پوست باید با آب فراوان محل برخورد شسته شود. فروش نیتریک اسید بیشتر با غلظت ۶۸ درصد در مقیاس تجاری انجام می‌شود و اگر به صورت غلظت بیشتر از ۸۶ درصد فروخته شود، اسید نیتریک دودزا محسوب شده و پس از خرید اسید نیتریک با این غلظت باید هنگام باز کردن درب این محصول از ماسک مخصوص استفاده شود، زیرا در صورت استنشاق باعث سوختن ریه و دستگاه تنفسی خواهد شد. بر اساس مقدار دی اکسید نیتروژن موجود در غلظت‌های بالا، اسید نیتریک دودزا، در غلظت بالای ۹۵ درصد اسید نیتریک سفید و در غلظت ۸۶ درصد اسید نیتریک قرمز نامیده می‌شود.

کاربردهای اسید نیتریک

اصلی‌ترین کاربرد و علت خرید اسید نیتریک در صنعت تولید کودهای شیمیایی با استفاده از آمونیاک برای تولید آمونیوم نیترات است. همچنین از دیگر استفاده‌های این اسید تولید مواد منفجره مانند نیتروگلیسیرین، تری نیترو تولوئن (TNT)، سایکلو تری متیلن تری نیترامین (RDX) می‌باشد که همین امر باعث می‌شود که بنیادهای نظامی و سلاح‌سازان در سراسر دنیا مقدار زیادی از آن را خریداری کنند. آخرین علت رایج برای خرید نیتریک اسید تجهیز آزمایشگاه‌ها با آن است. جالب است بدانید که در آزمایش‌های OES ، AES ، MS) ICP ، GFAA) و طیف سنجی جذب اتمی، برای شناسایی و ردیابی عناصر در نمونه‌های معدنی با غلظت ۰,۵ تا ۲ درصد به کار برده می‌شود. البته این مقدار اسید باید از اسید کاملا خالص (۱۰۰ درصد) برداشته شده و به نمونه‌ها اضافه شود، زیرا حتی اگر مقدار کمی از عناصر همراه اسید باشد، روی نتایج آزمایش تاثیر گذار خواهد بود. گرچه همانطور که در ابتدای این قسمت گفتیم استفاده از این اسید در هیدرومتالورژی بسیار محدود است، اما وقتی صحبت از فلزات با ارزشی مثل طلا، پلاتینیوم و اورانیوم به خصوص در مواد آلی باشد، گاهی در کنار اسید کلریدریک از آن استفاده می‌شود. از کاربردهای جالب اسید نیتریک ۱۰۰ درصد استفاده از آن به عنوان اکسید کننده در سوخت مایع شاتل‌های فضایی است و همچنین از اسید نیتریک برای انجام تست کلرومتریک برای ردیابی هروئین و مورفین است. همچنین در راکت‌ها از اسید نیتریک بالای ۸۵ درصد(اسید نیتریک قرمز) به همراه اسید سولفوریک به عنوان اکسید کننده استفاده می‌شود.

از دیگر کارکردهای اسید نیتریک می‌توان به مسن کردن مصنوعی چوب درختانی مثل کاج و افرا با غلظت تقریبا ۱۰ درصدی اسید در چوبکاری است همچنین استفاده از این اسید برای تمیز کردن شیشه‌های عینک تا زاویای میکروسکوپی همراه با اسید کلریدریک کاربرد دارد. همچنین ۵ تا ۳۰ درصد اسید نیترتیک به همراه ۳۰ تا ۴۰ درصد اسید فسفریک برای تمیز کردن رسوبات ترکیبات کلسیمی و منیزیمی روی ظروف خوراکی و لبنیات استفاده می‌شود.