Qual è la connessione tra acido nitrico e acido solforico?
L'acido nitrico e l'acido solforico sono due dei più importanti prodotti chimici industriali e sono prodotti in grandi quantità. Sono collegati in vari modi, in termini di fabbricazione e usi. Entrambi gli acidi sono fondamentali per le industrie dei fertilizzanti e degli esplosivi e sono tra i reagenti di laboratorio più utilizzati. Sono anche inquinanti gravi e contribuiscono alla pioggia acida.
Un primo metodo per produrre acido solforico era riscaldare il salnitro (NaNO 3 ) e lo zolfo con il vapore. L'acido nitrico (HNO 3 ) è stato inizialmente prodotto distillando salnitro con acido solforico concentrato (H 2 SO 4 ). Le due sostanze chimiche reagiscono per produrre acido nitrico e sodio idrogeno solforato: H 2 SO 4 + NaNO 3 → NaHSO 4 + HNO 3 . La miscela viene riscaldata e l'acido nitrico, che bolle a 181,4 ° F (83 ° C), viene prodotto come vapore condensato in un ricevitore.
Questi metodi di produzione sono stati sostituiti nel contesto industriale, ma la distillazione di un nitrato metallico con acido solforico può ancora essere impiegata per produrre piccole quantità di acido nitrico in laboratorio. Il vapore di acido nitrico caldo tende a decomporsi parzialmente in biossido di azoto, acqua e ossigeno, causando un acido impuro. Per ottenere l'acido puro, la distillazione viene eseguita a pressione ridotta, quindi è necessario meno calore. L'apparato utilizzato deve essere tutto di vetro, poiché l'acido nitrico distrugge rapidamente la gomma, il sughero e la maggior parte delle materie plastiche.
Oggi, l'acido nitrico è prodotto commercialmente dall'ossidazione catalitica dell'ammoniaca, formando biossido di azoto, che viene sciolto in acqua per produrre l'acido. L'acido grezzo può essere distillato per produrre concentrazioni fino al 68,5%, a quel punto forma un azeotropo con acqua. Questo è l'acido nitrico commerciale utilizzato per la maggior parte delle applicazioni e come reagente di laboratorio. Concentrazioni più elevate non possono essere ottenute mediante semplice distillazione. Quando è richiesto l'acido nitrico anidro o altamente concentrato - spesso chiamato "acido nitrico fumante" - può essere prodotto per distillazione a pressione ridotta con acido solforico concentrato, che rimuove l'acqua.
Il più grande uso di acido nitrico e acido solforico è nell'industria dei fertilizzanti. L'acido nitrico viene utilizzato nella produzione di fertilizzanti nitrati, che rilasciano azoto essenziale in una forma che può essere facilmente assorbita dalle piante. Il nitrato di ammonio è uno dei fertilizzanti più utilizzati. L'acido solforico viene fatto reagire con roccia fosfatica o farina di ossa per produrre "superfosfato", che fornisce fosforo, un altro elemento essenziale per le piante. Questo acido è anche usato nella produzione di solfato di ammonio, un fertilizzante comune.
Un'altra importante applicazione industriale per acido nitrico e acido solforico è la produzione di esplosivi. La maggior parte degli esplosivi nell'uso militare e commerciale sono sintetizzati da composti organici nitranti; in questo processo, gli ioni nitronio (NO 2 + ) sono usati per sostituire i gruppi idrossilici (OH) con i gruppi nitro (NO 2 ). Gli ioni NO 2 + sono forniti combinando acido nitrico e acido solforico, che reagiscono come segue: HNO 3 + 2H 2 SO 4 → H 3 O + + NO 2 + + 2HSO 4 - .
Per alcuni esplosivi, ad esempio il trinitrotoluene (TNT), la miscela deve essere priva di acqua. Ciò può essere garantito usando acido nitrico anidro o "fumante". In alternativa, l'acido nitrico commerciale può essere usato con oleum - prodotto sciogliendo il triossido di zolfo (SO 3 ) in acido solforico concentrato - in modo che l'acqua venga rimossa in combinazione con SO 3 per produrre più acido solforico. Quest'ultimo metodo è generalmente preferito, in quanto l'oleum è facilmente prodotto con lo stesso processo che produce la maggior parte dell'acido solforico. L'acido nitrico fumante è relativamente costoso da produrre, pericoloso da trasportare e soggetto a decomposizione se non refrigerato.
A parte le loro applicazioni industriali, l'acido nitrico e l'acido solforico sono tra i reagenti di laboratorio più comunemente usati. Entrambi sono utili nelle procedure che richiedono acidi forti. L'acido solforico è un potente agente disidratante che può essere utilizzato per essiccare alcuni gas appena preparati e in reazioni che comportano la rimozione di acqua dai composti. Può anche essere usato per liberare altri acidi dai loro sali. L'acido nitrico è utile come agente ossidante, come agente nitrante ed è ampiamente usato nell'analisi chimica, in particolare per identificare i metalli presenti nei campioni di suolo e minerali.
Gli acidi solforici e nitrici sono anche i principali inquinanti e contribuiscono alla pioggia acida. L'acido nitrico si forma quando il biossido di azoto gassoso, che si trova nello scarico del veicolo e prodotto naturalmente dall'azione del fulmine, si dissolve in acqua. L'acido solforico si forma quando l'anidride solforosa - prodotta dalla combustione di combustibili fossili e naturalmente dai vulcani - reagisce con l'ossigeno formando triossido di zolfo, che si dissolve in acqua per produrre acido solforico. Nonostante la produzione naturale di questi composti, le fonti artificiali rappresentano la maggior parte delle piogge acide. L'acido solforico è il principale contributo, poiché l'anidride solforosa è un inquinante più comune del biossido di azoto.