硝酸と硫酸の関係は？
硝酸と硫酸は、最も重要な工業用化学物質の2つであり、大量に生産されます。 それらは、製造と使用の観点から、多くの方法で接続されています。 両方の酸は、肥料および爆発物産業にとって不可欠であり、最も広く使用されている実験用試薬です。 また、深刻な汚染物質であり、酸性雨の原因となっています。
硫酸を生成する初期の方法は、saltpeter（NaNO 3 ）と硫黄を蒸気で加熱することでした。 硝酸（HNO 3 ）は、まず、硫酸塩を濃硫酸（H 2 SO 4 ）で蒸留することによって製造されました。 2つの化学物質が反応して、硝酸と硫酸水素ナトリウムが生成されます。H2 SO 4 + NaNO 3 →NaHSO 4 + HNO 3です。 混合物は加熱され、181.4°F（83°C）で沸騰する硝酸が蒸気として生成され、レシーバーで凝縮されます。
これらの生産方法は、工業的な文脈で置き換えられていますが、硫酸による金属硝酸塩の蒸留は、実験室で少量の硝酸を生産するためにまだ使用されるかもしれません。 熱い硝酸蒸気は、部分的に二酸化窒素、水、酸素に分解し、不純な酸になる傾向があります。 純粋な酸を得るには、減圧下で蒸留が行われるため、必要な熱は少なくなります。 硝酸はゴム、コルク、ほとんどのプラスチックを急速に破壊するため、使用する装置はすべてガラスでなければなりません。
今日、硝酸はアンモニアの接触酸化によって商業的に製造され、二酸化窒素を生成します。二酸化窒素は水に溶解して酸を生成します。 生酸を蒸留して68.5％までの濃度にすることができ、その時点で水と共沸混合物を形成します。 これは、ほとんどの用途に使用される市販の硝酸であり、実験用試薬として使用されます。 単純な蒸留では、より高い濃度を得ることができません。 無水または非常に高濃度の硝酸（「発煙硝酸」と呼ばれることも多い）が必要な場合、水を除去する濃硫酸で減圧蒸留することで製造できます。
硝酸と硫酸の両方の最大の用途は、肥料業界です。 硝酸は硝酸塩肥料の生産に使用され、植物が吸収しやすい形で必須窒素を放出します。 硝酸アンモニウムは、最も広く使用されている肥料の1つです。 硫酸はリン鉱石または骨粉と反応して、植物に不可欠なもう1つの要素であるリンを提供する「スーパーリン酸塩」を生成します。 この酸は、一般的な肥料である硫酸アンモニウムの生産にも使用されます。
硝酸と硫酸のもう1つの主要な産業用途は、爆発物の生産です。 軍事用および商業用の爆発物の大部分は、有機化合物をニトロ化することにより合成されます。 このプロセスでは、ニトロニウム（NO 2 + ）イオンを使用して、ヒドロキシル（OH）基をニトロ（NO 2 ）基に置き換えます。 NO 2 +イオンは、次のように反応する硝酸と硫酸を組み合わせることによって提供されます。HNO3 + 2H 2 SO 4 →H 3 O + + NO 2 + + 2HSO 4- 。
一部の爆発物、たとえばトリニトロトルエン（TNT）の場合、混合物は水を含まない必要があります。 これは、無水、または「発煙」硝酸を使用することで保証できます。 あるいは、濃硫酸に三酸化硫黄（SO 3 ）を溶解して作られた発煙硫酸とともに市販の硝酸を使用して、SO 3と組み合わせて水を除去し、より多くの硫酸を生成することもできます。 発煙硫酸はほとんどの硫酸を生成するのと同じプロセスで容易に製造されるため、後者の方法が一般的に好まれます。 発煙硝酸は、冷蔵状態を維持しない限り、生成するのに比較的費用がかかり、輸送するのに危険であり、分解しやすい。
工業用途以外では、硝酸と硫酸は最も一般的に使用される実験用試薬です。 どちらも強酸を必要とする手順に役立ちます。 硫酸は強力な脱水剤で、新しく調製したガスを乾燥したり、化合物から水分を除去する反応に使用できます。 また、塩から他の酸を放出するのにも使用できます。 硝酸は、酸化剤、硝酸化剤として有用であり、化学分析、特に土壌および鉱物サンプルに存在する金属の特定に広く使用されています。
硫酸と硝酸も主要な汚染物質であり、酸性雨の原因です。 硝酸は、車両の排気ガスに含まれ、雷の作用によって自然に生成される二酸化窒素ガスが水に溶解すると形成されます。 硫酸は、化石燃料の燃焼と自然の火山によって生成された二酸化硫黄が酸素と反応して三酸化硫黄を形成し、水に溶けて硫酸を生成するときに形成されます。 これらの化合物は自然に生成されますが、酸性雨のほとんどは人為的な原因です。 二酸化硫黄は二酸化窒素よりも一般的な汚染物質であるため、硫酸がより大きな要因です。