اسید نیتریک

اسید نیتریک چیست  و چه کاربردی دارد؟

اسید نیتریک یکی از مایعات شیمیایی معدنی و بسیار قوی است که خاصیت خورندگی بسیاری دارد.

این ماده می تواند در آب محلول شود و به نوعی اکسید کننده قوی به شمار می رود که البته بسیار سمی نیز هست.

این اسید کاربرد های زیادی در صنایع مختلف دارد و از آن در تولید بسیاری از محصولات استفاده می شود.

خطرات

اسید نیتریک میتواند خطرات بسیاری برای انسان داشته باشد

مانند: تماس با چشم: سبب سوزش شدید و نابینایی

خوردن: درد شدید و سوختگی دهان و گلو و سوراخ شدن معده و در نهایت بیهوشی

تماس با پوست: تماس این ماده با پوست میتواند زخم ها  لکه های بزرگی را برای شما ایجاد کند و اگر مقدار زیادی از آن روی پوست بریزد و سریعا شسته نشود منجر به مرگ می‌شود.

و در نهایت تنفس این ماده باعث شوک، سوختگی گلو و تحریک دستگاه تنفسی، درد در سینه، سرفه و سختی تنفس می‌شود   حتما ایمنی های لازم قبل از استفاده از این ماده هارا رعایت کنید.

کاربرد در صنایع غذایی

برای آن که از رشد باکتری ها و مسمومیت های غذایی کشنده در صنایع غذایی جلوگیری شود، از یون نیتریت استفاده می شود.

این ماده به عنوان یک نوع افزودنی به گوشت تازه و برای تثبیت رنگ قرمز آن استفاده می شود. گوشت های قرمز تازه خریداری شده، حتما کشتار همان روز نیستند و ممکن است مقداری نیترات به آن اضافه کرده باشند.

علاوه بر این،  ماده ای است که در فرآیند استفاده از گوشت برای تولید مواد غذایی از قبیل همبرگر، سوسیس، کالباس، انواع بیف ها و …. به عنوان نگهدارنده استفاده می شود.

کاربرد در تولید تیزاب سلطانی

در تولید تیزاب سلطانی و یا  همان نیترو هیدروکلریک‌ اسید، اسید نیتریک مورد استفاده قرار می گیرد.

این ماده از خواص دود کنندگی و خورندگی شدید برخوردار است. علاوه بر این قدرت بالای این دو نوع اسید، باعث شده است تا از آن ها در مصارف مختلفی از قبیل  اسید شویی فلزات، حل کردن فلزات نجیب و همچنین تشخیص عیار طلا از فلز مشکوک به آن استفاده شود.

لازم است گفته شود که اسید تیزاب  ماده ای بسیار خطرناک و خورنده است، از این رو در حین کار با این ترکیب اسیدی قوی رعایت نکات ایمنی ضروری است.

کاربرد در سوخت مایع شاتل ها

از دیگر استفاده های این محصول با خلوص ۱۰۰ درصد می توان به کاربرد آن در سوخت مایع شاتل‌ های فضایی موشک به عنوان اکسید کننده، سوخت مایع در مهندسی هوافضا و همچنین در راکت‌ ها اشاره کرد

از اسید نیتریک با خلوص بالای ۸۵ درصد یا همان اسید نیتریک قرمز به همراه اسید سولفوریک به عنوان اکسید کننده هم بهره گرفته می شود.

کاربرد در تصفیه نانولوله  ها

برای ساخت گروه های عاملی روی سطح نانو لوله های کربنی، این گروه ها را برای دیسپرس کردن در محیطی آبی و به شکل کاملا هموژن منتقل می کنند. به همین دلیل لازم است نانو لوله های کربنی در محیط های اسیدی مختلف همانند اسید کلریدریک، اسید نیتریک و اسید سولفوریک دیسپرس شود.

تولید مواد منفجره و مهمات

به علت قدرت اکسید کنندگی بالا، نیتریک اسید به هنگام برخورد با ترکیباتی از قبیل کاربید ها و سیانید ها باعث انفجار می شود.

از دیگر کاربرد های این اسید می توان به تولید موادی از قبیل سایکلو تری متیلن تری نیترامین، ماده انفجاری همانند نیتروگلیسیرین و تری نیتروتولوئن اشاره کرد.

همچنین در تولید نیترات های معدنی یا همان نیترات آمونیوم انفجاری و نیز نیترات های آلی، اسید نیتریک به فراوانی مورد استفاده قرار می گیرد.

دیگر کاربردهای آن

تولید  انواع دارو

• تصویر برداری
• تولید پلیمر هایی از قبیل پلی آمید و پلی اورتان
• صنایع تولید شیر های آب
• در تست سنجش رنگ برای تشخیص هروئین و مورفین
• ترکیب این اسید با الکل برای حکاکی طرح روی فلزاتی مانند برنج، مس و برنز
• آبکاری فلزات
• تولید ترکیبات آلی خاص
• برای پاک کردن شیشه قبل از تولید آینه های نقره اندود
• استفاده از انوع پایدارتر این ماده به عنوان رنگدانه در صنایع رنگ و جوهر سازی
• افزایش مصنوعی سن چوب در درختانی همانند کاج و افرا
• صنایع پلاستیک ‌سازی و پیش ساز های نایلونی
• برای تمیز کردن سطوح شیشه ای مختلف از جمله لام های میکروسکوپ به شکل مجزا یا به همراه اسید کلریدریک
• مقاوم سازی در مقابل خوردگی و از بین بردن مواد ته نشین شده در کارخانه های لبنیات
• استفاده از این ماده به عنوان واکنشگر در آزمایشگاه
• برای ساخت نمک های نیترات نقره و نیترات کلسیم و نیترات آمونیوم
• استفاده از آن به عنوان ماده اولیه برای تولید آدیپیک اسید
• استخراج طلا با اسید نیتریک
• کاربرد اسید تیزاب

نگاهی به تاریخچه این محصول

اولین بار، نام این اسید در یافته‌ها و اکتشافات شیمیدان ایرانی، محمد بن زکریای رازی (۸۵۴–۹۲۵)  آورده شد.

آلبرت کبیر و “رامون لول” در قرن سیزدهم، دانشمندانی بودند که در مورد نیتریک اسید، تحقیقات خود را ادامه دادند. آن‌ها از حرارت دادن niter و خاک رس، این اسید را تهیه کردند و آن را eau” forte” نامیدند.

در قرن هفدهم، “یوهان رودولف گلاوبر” روشی را برای تولید اسید نیتریک از طریق تقطیر نیترات پتاسیم با اسید سولفوریک ابداع کرد. در سال ۱۷۷۶، “آنتوان لاووازیه” با استناد به آثار “جوزف پریستلی” خاطرنشان کرد که می‌تواند از اکسید نیتریک، ترکیب شده با حجم تقریباً مساوی از هوا و آب به دست آید.

در سال ۱۷۸۵، “هنری کاوِندیش” ترکیب دقیق آن را تعیین کرد و نشان داد که با عبور جریان الکتریکی از هوای مرطوب می‌توان اسید نیتریک را سنتز کرد.

در سال ۱۸۰۶، “همفری دیوی” با آزمایش‌های گسترده الکترولیز آب مقطر، به این نتیجه رسید که نیتریک اسید در آند از گاز نیتروژن جوّ محلول تولید شده است.

او از یک باتری ولتاژ بالا و الکترودهای غیر واکنش دهنده و مخازنی شامل الکترود طلا استفاده کرد که مخازن با یک پل رابط ساخته شده از آزبست به هم متصل بودند.

تولید صنعتی

از هوای جوّ در سال ۱۹۰۵ با فرآیند Birkeland – Eyde آغاز شد که به آن فرآیند قوس نیز گفته می‌شود.

این فرآیند بر اساس اکسیداسیون نیتروژن جوّ توسط اکسیژن اتمسفر و تبدیل آن به اکسید نیتریک با قوس الکتریکی در دمای بسیار بالا است.

بازده این فرآیند، حداکثر حدود ۵/۵%  اکسید نیتریک در دمای ۳۰۰۰ درجه سانتیگراد است و در دماهای پایین‌تر، بازدهی کمتری حاصل شد.

اکسید نیتریک توسط اکسیژن اتمسفر به دی اکسید نیتروژن، اکسید می‌شود. برای تولید نیتریک اسید رقیق، جذب آب در یک سری ستون‌ها در برج سر بسته یا صفحات جذب کننده، انجام می‌گیرد.

روش دیگری برای تولید ، توسط مهندس فرانسوی، “آلبرت نودون” در سال ۱۹۱۳ ابداع شد.

او توانست نیتریک اسید را از الکترولیز نیترات کلسیم را که توسط باکتری‌ها از مواد نیتروژن دار در ذغال سنگ حاصل شده بود، تولید کند.

هنگامی که “فرآیند هابر” برای تولید آمونیاک در سال ۱۹۱۳ معرفی شد، تولید اسید نیتریک از آمونیاک با استفاده از “فرآیند استوالد” از تولید Birkeland – Eyde پیشی گرفت. این روش تولید، امروزه نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۱- تولید صنعتی نیتریک اسید

اسید نیتریک در اثر واکنش دی اکسید نیتروژن (NO2) با آب ساخته می‌شود.

۴ NO2 +2 H2O →۲ HNO3 + NO + NO2+ H2O

۳ NO2 + H2O →۲ HNO3 + NO

به طور معمول، اکسید نیتریک تولید شده در واکنش، توسط اکسیژن موجود در هوا، اکسید شده و دی اکسید نیتروژن اضافی تولید می‌کند. جوشاندن دی اکسید نیتروژن از طریق پراکسید هیدروژن می‌تواند به بهبود عملکرد اسید کمک کند.

۲ NO2 + H2O2 →۲ HNO3

محلول‌های تجاری  معمولاً دارای خلوط بین ۵۲٪ و ۶۸٪ اسید هستند. تولید نیتریک اسید از طریق فرآیند استوالد انجام می‌شود که به نام “ویلهلم استوالد”، شیمی دان آلمانی نامگذاری شده است.

در این فرآیند، آمونیاک بدون آب در حضور کاتالیزور پلاتین یا رودیم در دمای بالا حدود ۵۰۰ کلوین و فشار ۹ اتمسفر، به اکسید نیتریک، اکسید می‌شود:

(۴ NH3 (g) + 5 O2 (g) → ۴ NO (g) +6 H2O (g)   (ΔH = -905.2 kJ / mol

سپس نیتریک اکسید با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و دی اکسید نیتروژن ایجاد می‌کند:

(۲ NO (g) + O2 (g) → ۲ NO2 (g)    (ΔH = -114 kJ / mol

این فرآیند به طور پیوسته در آب، جذب می‌شود تا اسید نیتریک و اکسید نیتریک تشکیل شود:

(۳ NO2 (g) + H2O (l) →۲ HNO3 (aq) + NO (g)   (ΔH = -117 kJ / mol

اکسید نیتریک برای اکسیداسیون مجدد وارد چرخه می‌شود. اگر آخرین مرحله در هوا انجام شود به صورت زیر است:

(۴ NO2 (g) + O2 (g) +2 H2O (l) →۴ HNO3 (aq

اسید نیتریک تولید شده در این واکنش‌ها دارای خلوص ۶۸% است. خلوص بیشتر تا ۹۸٪ را می‌توان با حذف آب و در حضور با سولفوریک اسید غلیظ به دست آورد.

با استفاده از آمونیاک حاصل از فرآیند هابر، محصول نهایی را می‌توان از نیتروژن، هیدروژن و اکسیژن تولید کرد.

۲- تولید آزمایشگاهی نیتریک اسید

در آزمایشگاه،  از تجزیه حرارتی نیترات مس (II)، تولید دی اکسید نیتروژن و گازهای اکسیژن و سپس با عبور از آب تولید می‌شود:

۲ Cu (NO3)2 →۲ CuO +4 NO2 + O2

سپس، فرآیند استوالد را دنبال کنید:

۲NO2+H2O → HNO2+HNO3

روش دیگر تولید ، واکنش مقدار برابر نمک نیترات مانند نیترات سدیم با اسید سولفوریک  و تقطیر این مخلوط در نقطه جوش اسید نیتریک، ۸۳ درجه سانتی گراد، است.

باقیمانده غیر فرار شامل سولفات هیدروژن فلزی در ظرف تقطیر باقی می‌ماند. بخار نیتریک اسید از رنگ قرمز ممکن است به بخار سفید نیتریک اسید تبدیل شود:

NaNO3 + H2SO4 → HNO3 + NaHSO4

خواص نیتریک اسید

اسید نیتریک موجود در بازار یک آزوتروپ همراه با آب در غلظت ۶۸٪ اسید است. دمای جوش این محلول، ۱۲۰.۵ درجه سانتی گراد در ۱ اتمسفر است. این درصد خلوص به عنوان ” اسید نیتریک غلیظ” شناخته می‌شود.

به عنوان ویژگی‌های ساختاری، نیتریک اسید با دو ساختار مونو هیدراته و تری هیدراته وجود دارد.

– آلودگی با دی اکسید نیتروژن

نیتریک اسید می‌تواند در اثر حرارت و گرما، تجزیه شود؛ به همین دلیل اغلب در بطری‌های شیشه‌ای قهوه‌ای ذخیره می‌شود:

۴ HNO3 →۲ H2O +4 NO2 + O2

دی اکسید نیتروژن در نیتریک اسید محلول، باقی مانده و در دماهای بالاتر، آن را زرد یا حتی قرمز رنگ می‌کند. در حالی که اسید خالص تمایل دارد که در معرض هوا، بخارهای سفید ایجاد کند.

اسید با دی اکسید نیتروژن محلول، بخارهای قهوه‌ای مایل به قرمز ایجاد می‌کند. اکسیدهای نیتروژن (NOx) در نیتریک اسید، محلول هستند.

گرید تجاری اسید نیتریک بخار حاوی ۹۸٪ اسید خالص و چگالی ۱.۵۰ گرم در سانتی متر مکعب است. این گرید اغلب در صنایع منفجره استفاده می‌شود. به اندازه نیتریک اسید بی آب، فرار و خورنده نیست و غلظت تقریبی آن ۲۱.۴ مولار است.

– اسید نیتریک بدون آب

نیتریک اسید بی آب به عنوان اسید ۹/۹۹ درصد در دسترس است. یکی از مشخصات اسید با بخار سفید این است که حداکثر ۲٪ آب و حداکثر ۰.۵٪ NO2 محلول دارد. این اسید دارای چگالی ۱.۵۱۳ گرم در سانتی متر مکعب است و غلظت تقریبی آن ۲۴ مولار است.

در دمای ۴۲- درجه سانتیگراد جامد می‌شود و بلورهای سفید تشکیل می‌دهد. در دمای ۸۳ درجه سانتی گراد می‌جوشد. این ماده معمولاً در یک بطری شیشه‌ای کهربای ضد شکن و با دو برابر فضای سر نگهداری می‌شود تا احتمال ایجاد فشار در نظر گرفته شود.

– خواص اسید و باز

به طور معمول، اسید نیتریک در دمای محیط به عنوان یک اسید قوی در نظر گرفته می‌شود. اسید نیتریک می‌تواند به عنوان یک ماده واکنشگر با یک اسید دیگر مانند اسید سولفوریک واکنش دهد.

نیتریک اسید دارای هر دو خاصیت اسیدی و قلیایی است و می‌تواند تحت واکنش خود پروتون کافتی قرار گیرد:

۲ HNO3 ⇌ NO _۲⁺ + NO_۳^– + H2O

– واکنش با فلزات

اسید نیتریک با اکثر فلزات واکنش می‌دهد اما جزئیات آن به غلظت اسید و ماهیت فلز بستگی دارد. اسید رقیق در واکنش با اکثر فلزات مانند یک اسید معمولی رفتار می‌کند. واکنش با منیزیم، منگنز و روی باعث آزاد شدن هیدروژن می‌شود.

نیتریک اسید می‌تواند فلزات غیر فعال مانند مس و نقره را اکسید کند. در اثر واکنش با اسید نیتریک، بیشتر فلزات نیترات مربوطه را می‌دهند. برخی از فلزات نیز ترکیبات اکسید را تشکیل می‌دهند.

بعضی از فلزات گرانبها مانند طلای خالص و فلزات گروه پلاتین با نیتریک اسید واکنش نمی‌دهند. برخی از فلزات نجیب کمتر (Ag ، Cu ، …) موجود در برخی از آلیاژهای طلا که از نظر خلوص طلا نسبتاً ضعیف هستند، مانند طلای رنگی، می‌توانند به راحتی اکسید شده و در اسید حل شوند و منجر به تغییر رنگ سطح آلیاژ طلا گردند.

اسید نیتریک به عنوان یک ماده اکسید کننده قوی با بسیاری از ترکیبات غیر فلزی به شدت واکنش نشان می‌دهد و ممکن است واکنش‌ها انفجاری باشد.

بسته به غلظت اسید، دما و عامل احیا کننده، محصولات نهایی می‌توانند متغیر هستند.

اگرچه کروم (Cr)، آهن (Fe) و آلومینیوم (Al) به راحتی در نیتریک اسید رقیق حل می‌شوند، اسید غلیظ یک لایه اکسید فلز تشکیل می‌دهد که قسمت عمده فلز را از اکسیداسیون بیشتر محافظت می‌کند.

– واکنش با غیر فلزات

اسید نیتریک به عنوان یک اسید اکسید کننده قوی با بسیاری از مواد آلی به شدت واکنش نشان می‌دهد.

در گروه هیدروکسیل، معمولاً یک هیدروژن از مولکول آلی جدا می‌شود تا آب تشکیل شود و گروه نیترو باقی مانده جای هیدروژن را می‌گیرد.

نیترات دهی ترکیبات آلی با نیتریک اسید، روش اصلی سنتز بسیاری از مواد منفجره معمول مانند نیتروگلیسیرین و ترینیتروتولوئن (TNT) است.

بسته‌بندی نیتریک اسید

بسته بندی نیترات هیدروژن و حمل آن به صورت حمل با تانکرها، گالن‌های ۵ لیتری و ۲۰ لیتری، بشکه‌های ۲۲۰ لیتری انجام می‌شود.

گرید آزمایشگاهی این اسید در بطری‌های تیره رنگ با حجم ۵/۲ لیتر به فروش می‌رسد. اسید نیتریک مرک، یکی از معروف‌ترین برندهای این ماده شیمیایی در جهان است.

شرایط نگهداری 

نیترات هیدروژن به عنوان یک ماده اکسید کننده قوی می‌تواند با ترکیباتی مانند سیانیدها، کاربیدها یا پودرهای فلزی به طور خطرناک ترکیب شود و گاهی به انفجار منجر خواهد شد.

این اسید با بسیاری از ترکیبات آلی، به شدت واکنش نشان دهد. از این رو باید دور از مواد آلی واکنشگر و فعال، ذخیره و نگهداری شود.

انبار محل ذخیره مخازن حاوی اسید باید تهویه کامل داشته باشد.

برای مشاهده محصولات از این لینک ذیدن فرمایید

صنایع مرتبط با نیتریک اسید

• به عنوان معرف یا واکنشگر در روش‌های آنالیز شامل ICP-MS ، ICP-AES ، GFAA و Flame AA ، از اسید نیتریک رقیق (۰.۵-۵.۰٪) به عنوان یک ترکیب بافت نمونه، برای تعیین مقدار فلزات در محلول استفاده می‌شود.
• به طور معمول در فرآیند هضم نمونه‌های آب کدر، نمونه‌های لجن، نمونه‌های جامد و همچنین انواع نمونه‌های منحصر به فرد که به تجزیه با روش‌های ICP-MS ، ICP-OES ، ICP-AES ، GFAA و طیف سنجی جذب اتمی شعله نیاز دارند، استفاده می‌شود. برای هضم نمونه، از محلول ۵۰٪ اسید استفاده می‌شود.
• در غلظت کم (تقریباً ۱۰٪)، اسید نیتریک اغلب برای کهنه‌تر شدن چوب کاج و افرا استفاده می‌شود. این یکی از کاربردها در صنایع چوب و نجاری است.
• از نیترات هیدروژن به عنوان عامل پاک کننده برای برخی از کاربردهای خاص مانند چاپ، حذف ناخالصی فولاد ضد زنگ یا تمیز کردن قطعات سیلیکونی در الکترونیک استفاده می‌شود.
• از محلول نیتریک اسید، آب و الکل، برای حکاکی رو فلزات استفاده می‌شود تا ساختار ریز تشکیل شود.
• مخلوط آبی از ۵-۳۰٪ اسید نیتریک و ۱۵-۴۰٪ اسید فسفریک معمولاً برای تمیز کردن مخازن و ظروف مواد غذایی و تجهیزات لبنی، برای از بین بردن رسوبات کلسیم و منیزیم استفاده می‌شود.

هنگام انتخاب برند اسید نیتریک، عوامل زیر را در نظر بگیرید:

• خلوص: برای کاربردهای حساس مانند تحقیقات علمی، به اسید نیتریک با درجه خلوص بالا نیاز دارید.
• قیمت: اسید نیتریک می تواند در قیمت ها بسیار متفاوت باشد. بودجه خود را در نظر بگیرید و قیمت ها را از چندین تامین کننده مقایسه کنید.
• حجم: اسید نیتریک در حجم های مختلف از بطری های کوچک تا بشکه های بزرگ موجود است. مقدار مورد نیاز خود را در نظر بگیرید و بر این اساس خرید کنید.
• صدور گواهینامه: اگر برای اسید نیتریک به گواهینامه خاصی نیاز دارید، مطمئن شوید که برندی را انتخاب کنید که بتواند گواهینامه های لازم را ارائه دهد.
• ایمنی: اسید نیتریک یک ماده شیمیایی خطرناک است. همیشه هنگام کار با آن احتیاط کنید و از دستورالعمل های ایمنی سازنده پیروی کنید.

با در نظر گرفتن این عوامل، می توانید بهترین برند اسید نیتریک را برای نیازهای خود انتخاب کنید.