Wat is het verband tussen salpeterzuur en zwavelzuur?
Salpeterzuur en zwavelzuur zijn twee van de belangrijkste industriële chemicaliën en worden in grote hoeveelheden geproduceerd. Ze zijn op een aantal manieren met elkaar verbonden, wat betreft hun productie en hun gebruik. Beide zuren zijn van vitaal belang voor de kunstmest- en explosievenindustrie en behoren tot de meest gebruikte laboratoriumreagentia. Ze zijn ook ernstige verontreinigende stoffen en dragen bij aan zure regen.
Een vroege methode om zwavelzuur te maken was door salpeter (NaN03) en zwavel met stoom te verwarmen. Salpeterzuur (HNO 3 ) werd eerst geproduceerd door salpeter te destilleren met geconcentreerd zwavelzuur (H2S04). De twee chemicaliën reageren om salpeterzuur en natriumwaterstofsulfaat te produceren: H 2 SO 4 + NaNO 3 → NaHSO 4 + HNO 3 . Het mengsel wordt verwarmd en het salpeterzuur, dat kookt op 181,4 ° F (83 ° C), wordt geproduceerd als een damp die wordt gecondenseerd in een ontvanger.
Deze productiemethoden zijn in de industriële context vervangen, maar de destillatie van een metaalnitraat met zwavelzuur kan nog steeds worden gebruikt om kleine hoeveelheden salpeterzuur in het laboratorium te produceren. De hete salpeterzuurdamp heeft de neiging om gedeeltelijk uiteen te vallen in stikstofdioxide, water en zuurstof, wat resulteert in een onzuiver zuur. Om het zuivere zuur te verkrijgen, wordt destillatie onder verminderde druk uitgevoerd, zodat minder warmte vereist is. Het gebruikte apparaat moet volledig van glas zijn, omdat salpeterzuur snel rubber, kurk en de meeste kunststoffen vernietigt.
Tegenwoordig wordt salpeterzuur commercieel vervaardigd door de katalytische oxidatie van ammoniak, waarbij stikstofdioxide wordt gevormd, dat in water wordt opgelost om het zuur te produceren. Het ruwe zuur kan worden gedestilleerd om concentraties tot 68,5% te produceren, op welk punt het een azeotroop met water vormt. Dit is het commerciële salpeterzuur dat voor de meeste toepassingen en als laboratoriumreagens wordt gebruikt. Hogere concentraties kunnen niet worden verkregen door eenvoudige destillatie. Wanneer watervrij of zeer sterk geconcentreerd salpeterzuur - vaak "rokend salpeterzuur" genoemd - nodig is, kan het worden geproduceerd door destillatie onder verminderde druk met geconcentreerd zwavelzuur, dat het water verwijdert.
Het grootste gebruik voor zowel salpeterzuur als zwavelzuur is in de kunstmestindustrie. Salpeterzuur wordt gebruikt bij de productie van nitraatmeststoffen, die essentiële stikstof vrijgeven in een vorm die gemakkelijk door planten kan worden opgenomen. Ammoniumnitraat is een van de meest gebruikte meststoffen. Zwavelzuur reageert met fosfaatgesteente of beendermeel om "superfosfaat" te produceren, dat fosfor levert, een ander essentieel element voor planten. Dit zuur wordt ook gebruikt bij de productie van ammoniumsulfaat, een veel voorkomende meststof.
Een andere belangrijke industriële toepassing voor salpeterzuur en zwavelzuur is de productie van explosieven. De meeste explosieven in militair en commercieel gebruik worden gesynthetiseerd door organische verbindingen te nitreren; in dit proces worden nitronium (NO 2 + ) ionen gebruikt om hydroxyl (OH) groepen te vervangen door nitro (NO 2 ) groepen. De NO 2 + -ionen worden geleverd door salpeterzuur en zwavelzuur te combineren, die als volgt reageren: HNO 3 + 2H 2 SO 4 → H 3 O + + NO 2 + + 2HSO 4 - .
Voor sommige explosieven, bijvoorbeeld trinitrotolueen (TNT), moet het mengsel watervrij zijn. Dit kan worden gewaarborgd door gebruik te maken van watervrij salpeterzuur. Als alternatief kan commercieel salpeterzuur worden gebruikt met oleum - gemaakt door zwaveltrioxide (SO 3 ) op te lossen in geconcentreerd zwavelzuur - zodat het water wordt verwijderd in combinatie met SO 3 om meer zwavelzuur te produceren. De laatste methode heeft in het algemeen de voorkeur, omdat oleum gemakkelijk wordt vervaardigd met dezelfde werkwijze die het meeste zwavelzuur produceert. Fuming salpeterzuur is relatief duur om te produceren, gevaarlijk voor transport en vatbaar voor ontleding tenzij gekoeld bewaard.
Naast hun industriële toepassingen behoren salpeterzuur en zwavelzuur tot de meest gebruikte laboratoriumreagentia. Beide zijn nuttig in procedures die sterke zuren vereisen. Zwavelzuur is een krachtig dehydratatiemiddel dat kan worden gebruikt voor het drogen van sommige vers bereide gassen en bij reacties waarbij water uit verbindingen wordt verwijderd. Het kan ook worden gebruikt om andere zuren uit hun zouten af te geven. Salpeterzuur is nuttig als een oxidatiemiddel, als een nitratiemiddel en wordt veel gebruikt in chemische analyse, vooral bij het identificeren van metalen in grond- en mineraalmonsters.
Zwavelzuur en salpeterzuur zijn ook belangrijke verontreinigende stoffen en dragen bij aan zure regen. Salpeterzuur wordt gevormd wanneer het gasstikstofdioxide - gevonden in uitlaatgassen van het voertuig en op natuurlijke wijze geproduceerd door de werking van bliksem - oplost in water. Zwavelzuur wordt gevormd wanneer zwaveldioxide - geproduceerd door het verbranden van fossiele brandstoffen en natuurlijk door vulkanen - reageert met zuurstof om zwaveltrioxide te vormen, dat oplost in water om zwavelzuur te produceren. Ondanks de natuurlijke productie van deze verbindingen, zorgen kunstmatige bronnen voor de meeste zure regen. Zwavelzuur is de grootste oorzaak, aangezien zwaveldioxide een meer voorkomende verontreinigende stof is dan stikstofdioxide.