إن حمض النيتريك عبارة عن حمض أكسيد النيتروجين، ويمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (HNO3) حيث يتم ربط ذرة النيتروجين بمجموعة هيدروكسي وبواسطة روابط مكافئة لذرات الأكسجين المتبقية، يمتلك هذا الحمض دور كمذيب بروتيني وكاشف، وهو سائل عديم اللون مسبب للتآكل وهو يعد أكثر أحماض النيتروجين شيوعًا، ولقد تم استخدامه لمئات السنين، وهو حمض معدني يسمى روح النيتري وأكوا فورتيس مما يعني الماء القوي.
حمض النتريك
- إن حمض النيتريك هو سائل عديم اللون إلى الأصفر أو الأحمر يدخن أحيانًا أبخرة بنية ضاربة إلى الحمرة برائحة خانقة، وهو قابل للذوبان في الماء مع إطلاق الحرارة، كما وأنه مادة أكالة للمعادن أو الأنسجة، ويعمل على تسريع حرق المواد القابلة للاحتراق وقد يتسبب في حدوث اشتعال عند ملامسته للمواد القابلة للاحتراق، وهو قابل للذوبان تمامًا في الماء وقد يتفاعل بعنف عند ملامسته للماء مع تطور الحرارة والأبخرة والتناثر، وقد يؤدي التعرض المطول لتركيزات منخفضة أو التعرض قصير الأمد لتركيزات عالية إلى آثار صحية ضارة، ويمتلك كثافة 10.4 رطل لكل جالون.
- الدخان الأحمر يظهر على شكل سائل أصفر شاحب إلى بني محمر يولد أبخرة حمراء بنية ولها رائحة خانقة، وهو شديد السمية عن طريق الاستنشاق، ويؤدي إلى تآكل المعادن أو الأنسجة، وقد يؤدي التعرض المطول لنسبة منخفضة أو التعرض قصير الأمد لنسبة مرتفعة إلى آثار صحية ضارة، وحمض النيتريك هو سائل يستعمل في صناعة النترات العضوية وغير العضوية والعديد من المواد الكيميائية العضوية المختلفة، وقد يؤدي التعرض المستمر للبخار إلى التهاب الشعب الهوائية المزمن، وقد يحدث التهاب رئوي كيميائي.
- إن حمض النيتريك شديد التآكل مع نقطة تجمد مقدارها −42 درجة مئوية، ونقطة غليان 83 درجة مئوية، وكان تحضير واستخدام حمض النيتريك معروفين للكيميائيين الأوائل، وهناك عملية معملية شائعة مستخدمة لسنوات عديدة، تُنسب إلى الكيميائي يوهان رودولف جلوبر، وتتكون من تسخين نترات البوتاسيوم بحمض الكبريتيك المركز، وإن الطريقة الرئيسية لتصنيع حمض النيتريك هي الأكسدة التحفيزية للأمونيا، يتحلل حمض النيتريك في الماء وثنائي أكسيد النيتروجين والأكسجين مكونًا محلولًا أصفر بني.
- هو حمض قوي مؤين تمامًا في أيونات الهيدرونيوم (H3O+) والنترات (NO3−) في محلول مائي، وهو وعامل مؤكسد قوي، ومن بين العديد من التفاعلات الهامة لحمض النيتريك: التحييد بالأمونيا لتكوين نترات الأمونيوم وهو مكون رئيسي للأسمدة، نترات الجلسرين والتولوين وتشكيل متفجرات النتروجليسرين والترينتولوين (TNT) على التوالي، وتحضير النيتروسليلوز وأكسدة المعادن للأكاسيد أو النترات المقابلة.
- لقد تمت تسمية حمض النيتريك المدخن بسبب الأبخرة المنبعثة من الحمض عندما يتحد مع الهواء الرطب، ويتركز دخان حمض النيتريك بدرجة عالية ويوصف إما بحمض النيتريك المدخن باللون الأحمر أو حمض النيتريك المدخن باللون الأبيض، أما المدخن باللون الأحمر كما يوحي الاسم ينبعث منه دخان بني محمر عند التعرض للهواء، ويأتي اللون من ثاني أكسيد النيتروجين الذي يتحرر عند التعرض للهواء، ويبلغ تركيزه حوالي 85٪ أو أكثر مع كمية كبيرة من ثاني أكسيد النيتروجين المذاب، والحمض الأبيض المدخن هو لامائي عالي التركيز بتركيزات 98-99٪، والنسبة المتبقية 1-2٪ تتكون من ماء وثاني أكسيد النيتروجين.
- حمض النيتريك يمتلك رائحة خانقة لاذعة، ودخانه هو حمض النيتريك المركز الذي يحتوي على ثاني أكسيد النيتروجين المذاب، وحمض النيتريك هو محلول لثاني أكسيد النيتروجين، ويعتبر حمض النيتريك من أهم الكيماويات الصناعية في العالم.
استخدامات حمض النيتريك
- إن أكبر استخدام له هو في صناعة الأسمدة لإنتاج أسمدة نترات مختلفة، وتشمل هذه الأسمدة نترات الأمونيوم والصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم، والتطبيقات الرئيسية الأخرى لحمض النيتريك هي في صنع النترات لاستخدامها في المتفجرات والبارود والألعاب النارية، ويمتلك حمض النيتريك 635 تطبيق رئيسي آخر في إنتاج سيكلوهكسانون، مادة خام لإنتاج النايلون.
- وحمض النيتريك هو كاشف معمل شائع، كما أنه أحد أكثر العوامل المؤكسدة استخدامًا ويتم استخدامه في العديد من التركيبات العضوية وغير العضوية، وتتضمن بعض التطبيقات الاصطناعية لحمض النيتريك إنتاج أصباغ الديازو والورنيش واللك والبلاستيك والبولي يوريثان والمنظفات، وهناك تطبيقات أخرى في حفر المعادن واستخراج الخام وتخليل الفولاذ المقاوم للصدأ ولمعالجة الوقود النووي وكمذيب في الماء الريجي وفي إعداد المعايير التحليلية.
- يعتبر حمض النيتريك مادة انطلاق مهمة لإنتاج الأسمدة والمواد الكيميائية، ويستخدم حمض النيتريك المخفف في إذابة ونقش ورقة بيانات المنتج للمعادن، وتم استخدام مزيج من أحماض النيتريك والكبريتيك لتحويل القطن العادي إلى نترات السليلوز.
- تم استخدامه في عملية الصفائح الرطبة كمادة مضافة لمطوري كبريتات الحديدوز لتعزيز لون صورة أكثر بياضًا للأنماط الأمبروتية والأنماط الحديدية، وتمت إضافته أيضًا لخفض الرقم الهيدروجيني للحمام الفضي لألواح الكولوديون، حيث أدت إضافة الحمض إلى الحمام الفضي إلى جعل ألواح الكولوديون أقل حساسية للضوء، مما كان له تأثير مفيد في تقليل حدوث الضباب غير المرتبط بالصورة.
- الاستخدام الرئيسي له هو إنتاج الأسمدة مع استخدام ما يقرب من ثلاثة أرباع إنتاج حمض النيتريك لهذا الغرض، ونترات الأمونيوم هي الأسمدة النيتروجينية المفضلة نظرًا لإفادتها في الإنتاج والاقتصاد ومحتوى النيتروجين المرتفع الذي يبلغ 35٪، ويمكن لحمض النيتريك أيضًا أن يستخدم في تحمض صخور الفوسفات لإنتاج الأسمدة النيتروجينية والفوسفورية، ويستخدم لنترة العديد من المركبات الأخرى لإنتاج النترات، ولإنتاج حمض الأديبيك (C6H4O10) والذي يستخدم في إنتاج النايلون.
- يستخدم حمض النيتريك في إنتاج العديد من العناصر مثل الأصباغ والأدوية والأقمشة الاصطناعية كما يستخدم في مجموعة متنوعة من العمليات بما في ذلك الطباعة، وعلى نطاق واسع في الصناعات المعدنية، وفي تخليل الأسطح الفولاذية والنحاسية في معالجة المعادن.
إنتاج حمض النيتريك
- من الممكن إنتاجه بأكثر من طريقه، في المختبر يتم تحضيره عن طريق تقطير محلول من نترات البوتاسيوم في حمض الكبريتيك المركز الذي يحتوي على كميات متساوية (بالوزن) من كل منهما.
KNO3 + H2SO4 → KHSO4 + HNO3
- يتحلل حمض النيتريك إلى ثاني أكسيد النيتروجين، لذلك يجب أن تبقى درجة الحرارة منخفضة قدر الإمكان، وأثناء هذا التحضير يتكثف حمض النيتريك كسائل دخان، ويمكن الحصول على الحمض النقي عند جمعه عند درجة حرارة -42 درجة مئوية، وهي نقطة التجمد، وعندما يتم جمع حمض النيتريك عن طريق التكثيف في درجة حرارة الغرفة فقد يتحلل جزئيًا إلى خامس أكسيد النيتروجين الذي يتدفق في الهواء الرطب.
- يمكن أيضًا الحصول على حمض النيتريك عن طريق المرور السريع للهواء عبر (636 NITRIC ACIDarc) الكهربائي، وتعتمد الطريقة على تحضير كافنديش الأول لحمض النيتريك، في هذه الطريقة يتحد النيتروجين والأكسجين أولاً لتكوين أكسيد النيتريك، وخليط المنتج الغازي الذي يحتوي عادة على حوالي 2٪ من أكسيد النيتريك يتم دمجه مع الأكسجين الزائد لتكوين ثاني أكسيد النيتروجين وخامس أكسيد النيتروجين، ويؤدي انحلال هذه الغازات في الماء إلى تكوين حمض النيتريك. ومع ذلك فإن العملية مكلفة وغير مناسبة للتطبيق التجاري.
- حاليًا يتم تصنيع حمض النيتريك حصريًا من خلال الأكسدة التحفيزية للأمونيا، يعتبر البلاتين أو البلاتين – الروديوم حافزًا فعالًا لهذه الأكسدة (عملية أوستوالد)، وهناك ثلاث خطوات أساسية في عملية أكسدة الأمونيا هي: أولا أكسدة الأمونيا لتكوين أكسيد النيتريك:
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
- يكون التفاعل أعلاه سريعًا، ثانيا أكسدة أكسيد النيتريك لتكوين ثاني أكسيد النيتروجين:
2NO + O2 → 2NO2
- يكون التفاعل أعلاه سريعًا أيضًا ويكاد يكتمل عند درجة حرارة أقل من 150 درجة مئوية، وثالثا إذابة ثاني أكسيد النيتروجين في الماء:
3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO
- هذا التفاعل طارد للحرارة بشكل معتدل ويطلق 32.4 كيلو كالوري لكل مول، وتم اقتراح العديد من الآليات لامتصاص ثاني أكسيد النيتروجين في الماء، يتحول ثنائي أكسيد النيتروجين بسهولة إلى رباعي أكسيد في درجات حرارة منخفضة وضغط متزايد، ويمكن أن يؤدي امتصاص رباعي أكسيد في الماء أيضًا إلى تكوين حمض النيتريك وأكسيد النيتريك:
3N2O4 + 2H2O → 4HNO3 + 2NO
- تم إجراء العديد من التعديلات في تصميم المصنع وظروف العملية لعمليات أكسدة الأمونيا في السنوات الأخيرة، وتعتمد هذه الاختلافات بشكل أو بآخر على ضغوط التشغيل ودرجات الحرارة، وتقليل انبعاثات أكاسيد النيتروجين واللوائح البيئية الأخرى، وقدرة إنتاج المصنع المطلوبة.
