硝酸(HNO3) は、現在の生活に広く適用されている著名な化学物質の 1 つです。では、この酸は何ですか? に参加して、以下の記事で硝酸の構造、特性、調製、応用について学びましょう。

硝酸(HNO3)とは?(写真:インターネットコレクション)

硝酸とは何?

定義: 硝酸は化学式 HNO3 の無機化合物であり、硝酸水素の溶液と見なされ、無水硝酸としても知られています。硝酸は自然界で、雨の時の雷や稲妻によって生成されます。

分子式:HNO3

分子構造:

硝酸分子構造。(写真:インターネットコレクション)
  • 上記の構造式硝酸の矢印は、次のことを示しています。結合電子対は、窒素原子によってのみ提供されます。
  • 化合物 HNO3 では、窒素の最大酸化数は +5、原子価 IV です。

硝酸HNO3の物性

以下は、覚えておく必要がある硝酸 (HNO3) の基本的な物理的特性です。

  • 存在形態: 純粋な硝酸 (密度約 1522 kg/m3) は無色の液体で、湿った空気中で強く発煙します。86%以上の硝酸を含む溶液は、発煙硝酸と呼ばれます。二酸化窒素の濃度に応じて、白と赤の煙を出すことができます。硝酸は無色の気体として存在することもあります。自然環境では、窒素の蓄積により、硝酸は淡い黄色をしています。
  • 非常に有毒な酸:硝酸は腐食性で可燃性の有毒な酸です。D=1.53G/cm3
  • 低安定性: 硝酸 HNO3 は、通常の条件下でも安定性が低くなります。濃縮 HNO3 溶液は部分的に分解して二酸化窒素 NO2 を放出します。このガスは酸性溶液に溶解し、溶液が黄色に変わります。

4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2 (太陽光)

これが、硝酸を暗いボトルや瓶に入れ、光から保護し、0°C以下の温度で保管することが重要である理由です.

  • 水溶性:硝酸は、任意の割合で水に溶けます。(C<65%)
  • 凍結温度:-42℃
  • 沸点:83℃。

硝酸の化学的性質

硝酸の化学を学びましょう。(写真:インターネットコレクション)

硝酸 (HNO3) は、化学および実用化の分野で最も話題になっている非常に強い酸の 1 つです。この酸の化学的性質に非常に興味がありますか? ここでは、HNO3 の最も優れた 3 つの化学的性質を示します。

硝酸は最強の酸の一つです

硝酸は最も強い酸の 1 つです。

  • これは無水酸であり、酸平衡定数 (pKa) = -2 で多くの無機化合物をニトロ化できる強力な一酸です。
  • 硝酸は希薄溶液中で H+ と NO3- イオンに完全に解離します。
  • HNO3 溶液は青リトマス赤に変わります。
  • 塩基性酸化物、塩基、弱酸の塩と反応して硝酸塩を生成します。

例えば:

CuO + 2HNO3 → Cu(NO3)2 + H2O

CaCO3 + 2HNO3 → Ca(NO3)2 + H2O + CO2

Ba(OH)2 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + 2H2O

  • 硝酸は塩基性酸化物、塩基、および塩と反応しますが、この化合物中の金属は最高の原子価を持っていません:

例えば:

FeO + 4HNO3 → Fe(NO3)3 + NO2 + 2H2O

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

硝酸は酸化剤です

硝酸は、最も強い酸化力のある酸の 1 つでもあります。還元剤の強酸性または弱酸性に応じて、さまざまな窒素製品に還元できます。3つの反応を通して硝酸の酸化特性を調べてみましょう:

  • 金属による効果
  • 非金属への影響
  • 化合物による効果

金属による効果

硝酸はほとんどの金属を酸化して硝酸塩を生成することができ、Pt と Au を除く弱い還元金属 (Cu、Ag) でさえも生成します。このとき、金属は最高レベルまで酸化されます。この反応の生成物は、濃 HNO3 の場合は NO2(+4)、希薄 HNO3 の場合は NO(+2) になります。アルミニウム、鉄、クロムは濃硝酸で不動態化されて冷却されます。これは、さらなる酸化から保護する耐久性のある酸化膜が作成されるためです。これが、濃硝酸の貯蔵にアルミニウムや鉄の容器が使用される理由でもあります。

反応式:

  • 金属 + 濃縮 HNO3 → 硝酸塩 + NO + H2O (温度)
  • 金属 + 希HNO3 → 硝酸塩 + NO + H2O
  • 金属 + 低温希薄 HNO3 → 硝酸塩 + H2
  • Mg(固体) + 低温希薄 2HNO3 → Mg(NO3)2 + H2 (気体)

例えば:

Cu + 4HNO3 固体 → Cu(NO3)2 + 2NO2(↑) + 2H2O

0 +5 +2 +4

希釈 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO (↑) + 4H2O

0 +5 +2 +2

非金属への影響

加熱すると、濃硝酸はS、C、P などの非金属(ハロゲンとシリコンを除く金属元素) を酸化することができます。形成される生成物は、二酸化窒素 (濃硝酸の場合) と亜酸化窒素 (希酸と水を含む) です。

例えば:

S + 6HNO3 固体 → H2SO4 + 6NO2(↑) + 2H2O (温度)

0 +5 +6 +4

C + 4HNO3 固体 → 4NO2 + 2H2O + CO2

濃縮 P + 5HNO3 → 5NO2 + H2O + H3PO4

希釈 3C + 4HNO3 → 3CO2 + 4NO + 2H2O

化合物による効果

非常に強い酸の 1 つとして、濃硝酸 (HNO3) は酸化する能力があります – 多くの異なる無機および有機化合物を破壊します. 布地、紙、おがくずなどは破壊または蒸発します. 濃硝酸にさらされると火傷を負います. したがって、硝酸(HNO3)を人体に接触させることは非常に危険です。

例えば:

3H2S + 2HNO3 (>5%) → 3S (↓) + 2NO + 4H2O

PbS + 8HNO3 固体 → PbSO4(↓) + 8NO2 + 4H2O

HNO3 は Ag3PO4 を溶解し、HgS とは反応しません。

硝酸HNO3の作り方

硝酸HNO3の作り方は(写真:インターネットコレクション)

自然界では、雷を伴う大雨から硝酸 (HNO3)が生成され、酸性雨が発生します。では、産業や実験室では、硝酸を調製する方法は何ですか?

実験室での硝酸の調製

実験室での硝酸の調製

実験室での硝酸は、固体の硝酸ナトリウムまたは硝酸カリウムと濃硫酸 (H2SO4) の混合物を白色の結晶性物質が残るまで加熱することによって調製されます。

式: NaNO3 (結晶) + H2SO4 (固体) → HNO3 + NaHSO4 (温度)

放出された HNO3 はフラスコに導かれ、冷却され、凝縮されます。実験を行う際の注意: 器具は無水硝酸のためにガラス製でなければなりません。

さらに、実験室で硝酸銅(II)を熱分解して二酸化窒素と酸素ガスにし、これを水に通して硝酸を生成することによって、硝酸を調製することもできます。

手順は次のとおりです。

2Cu(NO3) 2 → 2CuO + 4 NO2 + O2

4 NO2 + O2 → HNO2 + HNO3

硝酸の工業生産の3段階

産業界で硝酸を調製するために、人々は3 つの段階でアンモニアを使用します。

  • ステージ 1 : 白金触媒を使用して摂氏 850 ~ 900 度の温度で、アンモニアガスを酸素で一酸化窒素に酸化します。

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (850-900*C + Pt) (H<0)

-3 +2

  • ステージ 2 : 通常の条件下での大気中の酸素による一酸化窒素の二酸化窒素への酸化。

2NO + O2 → 2NO2

  • ステージ 3:二酸化窒素を水と酸素と反応させて、硝酸を生成します。

4NO2 + O2 + H2O –> 4HNO3

得られた硝酸溶液の濃度は 52 ~ 68% です。人々はこの溶液を濃縮 H2SO4 で蒸留し続け、より高濃度の 68% の HNO3 を取得します。通常 52% と 68% の濃度の工業用硝酸は、Wilhelm Ostwald によって発明された Ostwald 技術を使用して作られています。

実際の硝酸 (HNO3) の最も一般的な用途

硝酸 HNO3 は、腐食性と破壊力のある非常に有毒な酸として言及されていますが、実際の重要な用途を否定することはできません。それらのアプリは何ですか?

実験室での硝酸の適用

実験室では、硝酸は次の役割を持つ重要な薬剤です。

  • 試薬として : 硝化で使用される主要な試薬として – ニトロ基、通常は有機分子の付加。硝酸は強力な酸化剤としても一般的に使用されています。
  • 学校の実験: 硝酸は、学校で亜塩素酸塩のテストを含む実験を行うために使用されます。最も典型的な方法は、HNO3 を試験サンプルに適用し、次に硝酸銀溶液を加えて塩化銀の白い沈殿物を見つけることです。

硝酸の産業応用

硝酸 (HNO3) は産業において重要な役割を果たしています。

  • 爆薬の製造: 爆薬の製造に使用される 68% 硝酸には、ニトログリセリン、トリニトロトルエン (TNT)、シクロトリメチレントリニトラミン (RDX) が含まれます。
  • 肥料の生産:硝酸は、硝酸アンモニウム硝酸塩NH4NO3、KNO3、Ca(NO3)2などの硝酸塩などの窒素含有肥料の作成にも使用されます…
  • ICP-MS および ICP-AES 技術における基質化合物: 濃度 0.5 ~ 2% の硝酸をマトリックスとして使用して、溶液中の金属の存在を測定します。この手法は、ICP-MS および ICP-AES と呼ばれます。この手法では、少数の金属イオンが分析結果に影響を与える可能性があるため、100% 純粋な硝酸を使用する必要があります。
  • 冶金、めっき、精製への応用: 硝酸は有機化合物のほとんどの金属と反応するため、冶金、めっき、精製に広く使用されています。HNO3 を酸塩​​化物と組み合わせると、王水として知られる、白金と金を溶解できる水溶液が得られます。
  • 有機物の生産: 産業界では、人々は硝酸を使用して有機物、顔料、塗料、布地の染料を生産しています。
  • 色の漂白剤: HNO3 は比色試験としても使用されます。また、ヘロインとモルヒネの識別にも役立ちます。
  • ポリウレタン フォーム、アラミド繊維、および医薬品の製造のための中間体: HNO3 はニトロベンゼンの製造に使用されます – アニリン製造の前駆体であり、医薬品およびフォーム産業で重要な用途を持つアニリン誘導体です. ポリウレタン フォーム、アラミド繊維、およびその他のポリウレタン製品接着剤、シーラント、コーティング、エラストマーなど
  • 洗剤: 硝酸は、乳製品工場で一般的に使用されるパイプや金属表面の洗浄剤として使用されます。
  • 水標準バランス: 硝酸は、不純物を除去し、水標準のバランスを調整するためにも使用されます。また、液体ロケット燃料の酸化剤でもあります。

硝酸を使用する際に知っておくべき重要な注意事項

硝酸を使用する際に知っておくべき重要な注意事項。(写真:インターネットコレクション)

ご存知のように、硝酸HNO3 は有毒な酸であり、腐食性と可燃性があります。したがって、この酸を扱うときは注意してください。ここでは、覚えておく必要がある重要な注意事項を示します。

硝酸への暴露はどのような損傷を引き起こす可能性がありますか?

HNO3 とのアイコンタクト

  • 結果:刺激は角膜のやけどや失明を引き起こす可能性があります。
  • 取り扱い方法: 硝酸が目に入った場合は、すぐにきれいな水で目を洗い、15 分間連続してまばたきをする必要があります。その後、0.9% 塩化ナトリウム塩を使用してすすぎ、医療機関に行き、タイムリーな治療を受けてください。

気道を介した HNO3 への曝露

  • 結果:重度の刺激を引き起こし、呼吸困難を引き起こす可能性があり、肺炎や死に至る. 咳、窒息、鼻の炎症などの他の症状…
  • 取り扱い方法: 換気の良い場所に移動し、ウォーミング アップを行い、じっと横になり、最寄りの医療機関に連絡してタイムリーな治療を受けてください。

HNO3 への皮膚暴露

  • 結果: 皮膚の炎症、発赤、焼けるような痛み、重度のやけどを引き起こします。濃縮された濃度では、皮膚を火傷させ、タンパク質ケラチンとの反応により皮膚が黄色に変わります.
  • 治療: 酸で汚れた衣服をすぐに脱ぎ、乾いたタオルで傷を拭き、きれいな水 (できれば石鹸を使用) で数回洗います。タイムリーな治療のために被害者を医療施設に連れて行きます。

HNO3の摂取

  • 結果: HNO3 の摂取は、口や胃のやけどを引き起こす可能性があります。
  • 取り扱い方法:MgO を水または牛乳と卵白で溶かし、被害者を最寄りの医療機関に連れて行って治療を受けてください。

硝酸に長期間さらされると、がんにつながる可能性があります。これらの深刻な結果のため、硝酸にさらされる必要がある作業を行う場合は、眼鏡、帽子、マスク、手袋、長袖の服、靴などの安全保護具を着用してください。 .

硝酸接触時の安全確保のための注意事項

硝酸は強力な酸化剤であり、シアン化物、針状粉末と反応すると爆発し、テレビン油と反応すると自然発火する可能性があります。安全な労働保護具を準備することに加えて、硝酸を取り扱い、使用する際の安全を確保するために、次の原則に注意する必要があります。

  • HNO3 を希釈する場合は、絶対に酸に水を加えないでください。酸は水に注ぐ必要があります。
  • 硝酸は金属と反応するため、金属の代わりにプラスチック製の酸容器を使用してください。
  • 容器は濃い色で、しっかりと覆い、直射日光を避ける必要があります。
  • 保管場所は、清潔で涼しく、熱源や有機化合物、金属、アルコールなどの不適合物質から離して ください。
  • 床は耐酸性である必要があります。
  • 火災の場合 : 硝酸による火災の場合は、粉末消火器と炭酸ガスボンベで消火してください。次に、灰汁を使用して酸を中和します。HNO3 の容器をすばやく移動するか、水を使用してこれらの容器を冷却し、爆発を防ぎます。
  • 硝酸がこぼれたり漏れたりした場合: 酸が漏れる場所を土や砂で覆います。次に、ソーダまたは無水 Ca(OH)2 を使用して中和します。引き続き水を使用して、HNO3 化学物質が漏れている領域を洗浄します。

上記は、硝酸 (HNO3)について学ぶときに覚えておく必要がある基本的で最も重要な知識です. この記事が、この一般的な酸に関する情報を把握し、それらを化学の演習や実生活に適用できるようにするのに役立つことを願っています. 学習プロセスが効果的であることを願っています。記事が役に立った場合は、記事を共有することを忘れないでください。

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