Jaké je spojení mezi kyselinou dusičnou a kyselinou sírovou?
Kyselina dusičná a kyselina sírová jsou dvě nejdůležitější průmyslové chemikálie a jsou vyráběny ve velkém množství. Jsou spojeny několika způsoby, pokud jde o jejich výrobu a použití. Obě kyseliny jsou životně důležité pro průmysl hnojiv a výbušnin a patří mezi nejčastěji používaná laboratorní činidla. Jsou také vážnými znečišťujícími látkami a přispívají k kyselému dešti.
Časný způsob výroby kyseliny sírové byl zahříváním slaného kamene (NaNO 3 ) a síry s párou. Kyselina dusičná (HNO3) byla poprvé vyrobena destilací slaného kamene koncentrovanou kyselinou sírovou (H2S04). Tyto dvě chemikálie reagují za vzniku kyseliny dusičné a hydrogensíranu sodného: H2SO4 + NaNO3 → NaHSO 4 + HNO3. Směs se zahřeje a kyselina dusičná, která má teplotu varu 83 ° C (181,4 ° F), se vytvoří jako pára, která kondenzuje v přijímači.
Tyto způsoby výroby byly v průmyslovém kontextu nahrazeny, ale destilace dusičnanu kovu kyselinou sírovou může být stále použita k výrobě malého množství kyseliny dusičné v laboratoři. Horká pára kyseliny dusičné má tendenci se částečně rozkládat na oxid dusičitý, vodu a kyslík, což vede k nečisté kyselině. K získání čisté kyseliny se destilace provádí za sníženého tlaku, takže je zapotřebí méně tepla. Použitým zařízením musí být celé sklo, protože kyselina dusičná rychle ničí gumu, korek a většinu plastů.
Kyselina dusičná se dnes komerčně vyrábí katalytickou oxidací amoniaku za vzniku oxidu dusičitého, který se rozpustí ve vodě za vzniku kyseliny. Surová kyselina může být destilována za vzniku koncentrací až do 68,5%, v tomto okamžiku tvoří azeotrop s vodou. Toto je komerční kyselina dusičná používaná pro většinu aplikací a jako laboratorní činidlo. Vyšších koncentrací nelze dosáhnout jednoduchou destilací. Pokud je vyžadována bezvodá nebo velmi vysoce koncentrovaná kyselina dusičná - často nazývaná „dýmavá kyselina dusičná“ - může být vyrobena destilací za sníženého tlaku koncentrovanou kyselinou sírovou, která odstraní vodu.
Největší využití jak pro kyselinu dusičnou, tak pro kyselinu sírovou je v průmyslu hnojiv. Kyselina dusičná se používá při výrobě dusičnanových hnojiv, která uvolňují esenciální dusík ve formě, kterou mohou rostliny snadno absorbovat. Dusičnan amonný je jedním z nejpoužívanějších hnojiv. Kyselina sírová reaguje s fosfátovou horninou nebo kostní moučkou za vzniku „superfosfátu“, který poskytuje rostlinám další fosfor. Tato kyselina se také používá při výrobě síranu amonného, běžného hnojiva.
Další významnou průmyslovou aplikací kyseliny dusičné a kyseliny sírové je výroba výbušnin. Většina výbušnin pro vojenské a komerční použití je syntetizována nitrací organických sloučenin; v tomto procesu se nitroniové (NO 2 + ) ionty používají k nahrazení hydroxylových (OH) skupin nitro (NO 2 ) skupinami. Ionty NO 2 + se získají kombinací kyseliny dusičné a kyseliny sírové, které reagují následujícím způsobem: HNO 3 + 2H 2SO 4 → H 3 O + + NO 2 + + 2HS04 - .
U některých výbušnin, například trinitrotoluenu (TNT), musí být směs prostá vody. Toho lze zajistit pomocí bezvodé nebo „dýmavé“ kyseliny dusičné. Alternativně lze použít komerční kyselinu dusičnou s oleem - vyrobenou rozpuštěním oxidu siřičitého (SO 3 ) v koncentrované kyselině sírové - tak, že se voda odstraní kombinací s S03 za vzniku více kyseliny sírové. Posledně uvedený způsob je obecně výhodný, protože oleum se snadno vyrábí stejným způsobem, který produkuje většinu kyseliny sírové. Výroba dýmové kyseliny dusičné je relativně nákladná na výrobu, nebezpečná pro přepravu a náchylná k rozkladu, pokud není udržována v chladu.
Kromě jejich průmyslových aplikací patří kyselina dusičná a kyselina sírová mezi nejčastěji používaná laboratorní činidla. Oba jsou užitečné v postupech vyžadujících silné kyseliny. Kyselina sírová je silné dehydratační činidlo, které může být použito k sušení některých čerstvě připravených plynů a při reakcích zahrnujících odstraňování vody ze sloučenin. Může být také použit k uvolnění dalších kyselin z jejich solí. Kyselina dusičná je užitečná jako oxidační činidlo, jako nitrační činidlo a je široce používána v chemické analýze, zejména při identifikaci kovů přítomných v půdních a minerálních vzorcích.
Kyseliny sírové a dusičné jsou také hlavními znečišťujícími látkami a přispívají k kyselému dešti. Kyselina dusičná se tvoří, když se oxid dusičitý plyn - nalezený ve výfukových plynech vozidla a produkovaný přirozeně působením blesku - rozpustí ve vodě. Kyselina sírová se tvoří, když oxid siřičitý - produkovaný spalováním fosilních paliv a přirozeně sopkami - reaguje s kyslíkem za vzniku oxidu sírového, který se rozpustí ve vodě za vzniku kyseliny sírové. Navzdory přirozené produkci těchto sloučenin tvoří lidské zdroje většinu kyselého deště. Kyselina sírová je největším přispěvatelem, protože oxid siřičitý je běžnější znečišťující látkou než oxid dusičitý.