Acid Nitric: Khái niệm, tính chất, ứng dụng và những điều cần biết

1. Khái niệm Nitric Acid HNO3
- Nitric acid HNO3 là hợp chất vô cơ, được sử dụng nhiều trong nghiên cứu ở phòng thí nghiệm.
- Tên gọi khác: Nitrat hidro hay còn gọi là axit nitric khan.
- Trong tự nhiên, nó được hình thành từ những cơn mưa do sấm và sét tạo thành.

2. Tính chất lý hóa của Nitric Acid HNO3
2.1. Tính chất vật lý
- Trạng thái: Nitric acid HNO3 Là chất lỏng hoặc khí, không màu, có thể bốc khói trắng, vàng hoặc đỏ tùy thuộc vào số lượng oxit nito hiện diện.
- Là một axit mạnh, có tính ăn mòn cao, dễ bắt lửa và độc, có khối lượng phân tử là 63,012 g/mol.
- Ở nồng độ 86% khi để ngoài không khí sẽ có hiện tượng khói trắng bốc lên.
- Tỷ trọng ở dạng tinh khiết: 1511 kg/m3.
- Nhiệt độ đông đặc: -41 độ C.
- Nhiệt độ sôi: 83 độ C.
- Axit nitric HNO3 bị phân hủy dưới tác động của ánh sáng sẽ phân hủy tạo thành nitơ dioxit NO2 ở nhiệt độ thường.
4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2
- Vì vậy, cần bảo quản HNO3 trong các chai lọ tối màu, tránh nơi có ánh sáng và bảo quản ở nhiệt độ dưới 0 độ C.
- Độ hòa tan: Tan tốt trong nước ở bất kì tỉ lệ nào, có tính háo nước thể hiện rõ nhất khi ở nồng độ đặc nóng.
2.2. Tính chất hóa học của Nitric Acid HNO3
Acid Nitric mang tính chất đặc trưng của một axit mạnh, thể hiện tính oxi hóa với hằng số cân bằng axit pKa = −2. Nó bị điện li hoàn toàn thành các ion nitrat NO3− và một proton hydrat, hay còn gọi là ion hidroxoni theo phương trình sau:
H3O+ HNO3 + H2O → H3O+ + NO3-
- Đổi màu quỳ tím sang màu đỏ.
- Tác dụng với bazo, oxit bazo, muối cacbonat để tạo thành các muối nitrat:
2HNO3 + CuO → Cu(NO3)2 + H2O
2HNO3 + Mg(OH)2 → Mg(NO3)2 + 2H2O
2HNO3 + BaCO3 → Ba(NO3)2 + H2O + CO2
- Tác dụng với kim loại: HNO3 phản ứng với hầu hết các loại kim loại trừ Au và Pt tạo thành muối nitrat và nước .
Kim loại + HNO3 đặc → muối nitrat + NO + H2O
Kim loại + HNO3 loãng → muối nitrat + NO + H2O
Kim loại + HNO3 loãng lạnh → muối nitrat + H2
Mg(rắn) + 2HNO3 loãng lạnh → Mg(NO3)2 + H2 (khí)
Nhôm, sắt, crom thụ động với axit nitric đặc nguội vì có lớp oxit kim loại tạo ra, bảo vệ chúng không bị oxy hóa tiếp.
- Phản ứng với phi kim (các nguyên tố á kim, ngoại trừ silic và halogen).
C + 4HNO3 đặc → 4NO2 + 2H2O + CO2
P + 5HNO3 đặc → 5NO2 + H2O + H3PO4
3C + 4HNO3 loãng → 3CO2 + 4NO + 2H2O
- Ngoài ra còn có phản ứng với các chất khác, chẳng hẳn như:
3H2S + 2HNO3 (>5%) → 3S + 2NO + 4H2O
PbS + 8HNO3 đặc → PbSO4 + 8NO2 + 4H2O
- Tác dụng với nhiều hợp chất hữu cơ: Acid nitric HNO3 có khả năng phá hủy nhiều hợp chất hữu cơ nên nó có thể gây nguy hiểm khi tiếp xúc với cơ thể người.
3. Tổng hợp các phương pháp điều chế Acid nitric HNO3
3.1. Trong phòng thí nghiệm
- Cách 1: HNO3 được điều chế bằng cách cho NaNO3 tinh thể tác dụng với H2SO4 đặc. Tiến hành chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83 độ C, ta sẽ thu được chất kết tinh có màu trắng. Quá trình phản ứng diễn ra như sau:
H2SO4 đặc + NaNO3 (tinh thể) → HNO3 + NaHSO4
Khi tiến hành thí nghiệm này, cần phải thực hiện trong các dụng cụ làm bằng thuỷ tinh, nhất là bình cổ cong nguyên khối do axit nitric khan.
- Cách 2: Nhiệt phân đồng (II) nitrat sẽ tạo ra khí nitơ đioxit và khí oxi. Sau đó, cho hỗn hợp khí trên truyền qua nước để tạo ra axit nitric.
2Cu(NO3) → 2CuO + 4NO2 + O2
4 NO2 + O2 →HNO2 +HNO3

3.2. Quy mô công nghiệp
Đối với quy mô lớn: Người ta có thể cô đặc axit nitric loãng về nồng độ 68% với hỗn hợp azeotropic với 32% nước. Khi muốn thu được axit có nồng độ cao hơn, người ta sẽ tiến hành chưng cất với axit sunfuric H2SO4, đóng vai trò là chất khử hấp thụ lại nước.
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Pt, 850oC)
2NO + O2 → NO2
4NO2 + O2 + 2H2O → 4HNO3
Dung dịch HNO3 trong công nghiệp được sản xuất bằng công nghệ Ostwald với nồng độ thu được thường là 52% và 68%.
4. Vai trò của Nitric Acid HNO3 đối với đời sống
4.1. Phòng thí nghiệm
Acid nitric HNO3 tham gia nhiều phản ứng hoá học, được dùng là thuốc thử chính cho quá trình nitrat hóa và đóng vai trò tác nhân oxy hóa mạnh.
Sử dụng trong trường học để tiến hành các thí nghiệm liên quan đến việc thử clorit. Cho HNO3 tác dụng với mẫu thử rồi cho AgNO3 để tìm kết tủa AgCl.
4.2. Trong công nghiệp
- Ở nồng 68%, axit nitric được dùng để chế tạo thuốc nổ bao gồm nitroglycerin, trinitrotoluen (TNT) và cyclotrimethylenetrinitramin (RDX).
- Ở nồng độ 0,5-2% được dùng làm hợp chất nền để xác định trong dung dịch đó có tồn tại kim loại không.
- Sử dụng trong ngành luyện kim, xi mạ, tinh lọc: HNO3 phối hợp với axit clorua tạo ra nước cường toan hòa tan được bạch kim và vàng.
- Dùng để sản xuất các chất hữu cơ, bột màu, sơn, thuốc nhuộm vải và thuốc tẩy màu.
- Là thành phần chính tham gia vào quá trình sản xuất nitrobenzen – tiền chất để sản xuất anilin và các dẫn xuất anilin. Là chất trung gian dùng trong sản xuất bọt xốp polyurethane, sợi aramid, chất kết dính và dược phẩm.

- Ở nồng thấp khoảng 10%, HNO3 dùng để nhân tạo thông và maple, tạo ra chất màu vàng xám rất giống như gỗ cũ hoặc gỗ hoàn thiện.
- Sử dụng làm chất tẩy rửa các đường ống, bề mặt kim loại trong các nhà máy sữa.
- Sử dụng loại bỏ tạp chất, cân bằng lại độ tiêu chuẩn của nước.
- Tham gia vào sản xuất phân bón, được sử dụng chủ yếu để sản xuất phân đạm, các muối nitrat như KNO3, Ca(NO3)2,…