Quel est le lien entre l'acide nitrique et l'acide sulfurique?
L'acide nitrique et l'acide sulfurique sont deux des produits chimiques industriels les plus importants et sont produits en quantités énormes. Ils sont liés de différentes manières, en termes de fabrication et d’utilisation. Ces deux acides sont essentiels aux industries des engrais et des explosifs et comptent parmi les réactifs de laboratoire les plus largement utilisés. Ils sont également de graves polluants et contribuent aux pluies acides.
Un des premiers procédés de fabrication d’acide sulfurique consistait à chauffer le salpêtre (NaNO 3 ) et le soufre à la vapeur. L'acide nitrique (HNO 3 ) a d'abord été produit par distillation du salpêtre avec de l'acide sulfurique concentré (H 2 SO 4 ). Les deux produits chimiques réagissent pour produire de l'acide nitrique et de l'hydrogénosulfate de sodium: H 2 SO 4 + NaNO 3 → NaHSO 4 + HNO 3 . Le mélange est chauffé et l'acide nitrique, qui bout à 83 ° C (181,4 ° F), est produit sous forme de vapeur qui est condensée dans un récepteur.
Ces méthodes de production ont été remplacées dans le contexte industriel, mais la distillation d'un nitrate métallique avec de l'acide sulfurique peut toujours être utilisée pour produire de petites quantités d'acide nitrique en laboratoire. Les vapeurs chaudes d'acide nitrique ont tendance à se décomposer partiellement en dioxyde d'azote, en eau et en oxygène, donnant un acide impur. Pour obtenir l'acide pur, la distillation est effectuée sous pression réduite, de sorte que moins de chaleur est nécessaire. L'appareil utilisé doit être entièrement en verre, car l'acide nitrique détruit rapidement le caoutchouc, le liège et la plupart des plastiques.
Aujourd'hui, l'acide nitrique est fabriqué dans le commerce par l'oxydation catalytique de l'ammoniac, formant du dioxyde d'azote, qui est dissous dans de l'eau pour produire l'acide. L'acide brut peut être distillé pour produire des concentrations allant jusqu'à 68,5%, point auquel il forme un azéotrope avec de l'eau. C'est l'acide nitrique commercial utilisé pour la plupart des applications et comme réactif de laboratoire. Des concentrations plus élevées ne peuvent pas être obtenues par simple distillation. Lorsque de l'acide nitrique anhydre ou très fortement concentré - souvent appelé «acide nitrique fumant» - est requis, il peut être produit par distillation sous pression réduite avec de l'acide sulfurique concentré, qui élimine l'eau.
L'industrie des engrais est la principale utilisation de l'acide nitrique et de l'acide sulfurique. L'acide nitrique est utilisé dans la fabrication d'engrais à base de nitrate, qui libèrent de l'azote essentiel sous une forme pouvant être facilement absorbée par les plantes. Le nitrate d'ammonium est l'un des engrais les plus utilisés. L'acide sulfurique est mis à réagir avec du phosphate naturel ou de la farine d'os pour produire du «superphosphate», qui fournit du phosphore, un autre élément essentiel pour les plantes. Cet acide est également utilisé dans la production de sulfate d'ammonium, un engrais courant.
Une autre application industrielle majeure de l'acide nitrique et de l'acide sulfurique est la production d'explosifs. La majorité des explosifs à usage militaire et commercial sont synthétisés par nitruration de composés organiques; dans ce processus, les ions nitronium (NO 2 + ) sont utilisés pour remplacer les groupes hydroxyle (OH) par des groupes nitro (NO 2 ). Les ions NO 2 + sont obtenus en combinant l'acide nitrique et l'acide sulfurique, qui réagissent comme suit: HNO 3 + 2H 2 SO 4 → H 3 O + + NO 2 + + 2HSO 4 - .
Pour certains explosifs, par exemple le trinitrotoluène (TNT), le mélange doit être exempt d'eau. Ceci peut être assuré en utilisant de l'acide nitrique anhydre ou "fumant". Vous pouvez également utiliser de l’acide nitrique du commerce avec de l’oléum, obtenu en dissolvant du trioxyde de soufre (SO 3 ) dans de l’acide sulfurique concentré, afin que l’eau soit éliminée par la combinaison de SO 3 pour produire davantage d’acide sulfurique. Ce dernier procédé est généralement préféré, car l'oléum est facilement fabriqué par le même procédé produisant la plupart de l'acide sulfurique. La production d'acide nitrique fumant est relativement coûteuse à produire, dangereuse à transporter et sujette à la décomposition à moins d'être conservée au réfrigérateur.
Outre leurs applications industrielles, l'acide nitrique et l'acide sulfurique sont parmi les réactifs de laboratoire les plus couramment utilisés. Les deux sont utiles dans les procédures nécessitant des acides forts. L'acide sulfurique est un puissant agent déshydratant qui peut être utilisé pour sécher certains gaz fraîchement préparés et dans les réactions impliquant l'élimination de l'eau des composés. Il peut également être utilisé pour libérer d'autres acides de leurs sels. L'acide nitrique est utile en tant qu'agent oxydant, en tant qu'agent de nitration et est largement utilisé en analyse chimique, en particulier pour identifier les métaux présents dans les échantillons de sol et de minéraux.
Les acides sulfurique et nitrique sont également des polluants majeurs et contribuent aux pluies acides. L'acide nitrique se forme lorsque le dioxyde d'azote gazeux - présent dans les gaz d'échappement des véhicules et produit naturellement par l'action de la foudre - se dissout dans l'eau. L'acide sulfurique se forme lorsque le dioxyde de soufre - produit par la combustion de combustibles fossiles et naturellement par les volcans - réagit avec l'oxygène pour former du trioxyde de soufre, qui se dissout dans l'eau pour produire de l'acide sulfurique. Malgré la production naturelle de ces composés, les sources synthétiques sont à l'origine de la plupart des pluies acides. L'acide sulfurique est le principal contributeur, le dioxyde de soufre étant un polluant plus commun que le dioxyde d'azote.