Vad är kopplingen mellan salpetersyra och svavelsyra?
Salpetersyra och svavelsyra är två av de viktigaste industrikemikalierna och produceras i enorma mängder. De är anslutna på flera sätt, vad gäller tillverkning och användning. Båda syrorna är viktiga för gödsel- och sprängämnesindustrin och är bland de mest använda laboratoriereagensen. De är också allvarliga föroreningar och bidrar till surt regn.
En tidig metod för framställning av svavelsyra var genom uppvärmning av saltpeter (NaNO 3 ) och svavel med ånga. Salpetersyra (HN03) framställdes först genom att destillera saltpeter med koncentrerad svavelsyra (H2S04). De två kemikalierna reagerar för att producera salpetersyra och natriumvätesulfat: H 2 SO 4 + NaNO 3 → NaHSO 4 + HNO 3 . Blandningen upphettas och salpetersyran, som kokar vid 181,4 ° F (83 ° C), produceras som en ånga som kondenseras i en mottagare.
Dessa produktionsmetoder har ersatts i industriellt sammanhang, men destillationen av ett metallnitrat med svavelsyra kan fortfarande användas för att producera små mängder salpetersyra i laboratoriet. Den heta salpetersyraångan tenderar att delvis sönderdelas i kvävedioxid, vatten och syre, vilket resulterar i en oren syra. För att erhålla den rena syran utförs destillation under reducerat tryck, så att mindre värme krävs. Den använda apparaten måste vara allt glas, eftersom salpetersyra snabbt förstör gummi, kork och mest plast.
Idag tillverkas salpetersyra kommersiellt genom katalytisk oxidation av ammoniak och bildar kvävedioxid som löses i vatten för att producera syran. Den råa syran kan destilleras för att ge koncentrationer upp till 68,5%, vid vilken tidpunkt den bildar en azeotrop med vatten. Detta är den kommersiella salpetersyran som används för de flesta tillämpningar och som laboratoriereagens. Högre koncentrationer kan inte erhållas genom enkel destillation. När vattenfri, eller mycket högkoncentrerad salpetersyra - ofta kallad "rökande salpetersyra" - kan den produceras genom destillation under reducerat tryck med koncentrerad svavelsyra, som tar bort vattnet.
Den största användningen för både salpetersyra och svavelsyra är inom gödningsindustrin. Salpetersyra används för produktion av nitratgödselmedel som frigör essentiellt kväve i en form som lätt kan tas upp av växter. Ammoniumnitrat är en av de mest använda gödningsmedel. Svavelsyra reageras med fosfatberg eller benmjöl för att producera "superfosfat", vilket ger fosfor, ett annat viktigt element för växter. Denna syra används också vid produktion av ammoniumsulfat, en vanlig gödselmedel.
En annan viktig industriell applikation för salpetersyra och svavelsyra är produktion av sprängämnen. Majoriteten av explosiva ämnen i militär och kommersiell användning syntetiseras genom nitrerande organiska föreningar; i detta förfarande används nitronium (NO2 + ) joner för att ersätta hydroxylgrupper (OH) med nitro (NO2) -grupper. NO 2 + -jonerna tillhandahålls genom att kombinera salpetersyra och svavelsyra, som reagerar på följande sätt: HNO 3 + 2H 2 SO 4 → H 3 O + + NO 2 + + 2HSO 4 - .
För vissa sprängämnen, till exempel trinitrotoluen (TNT), måste blandningen vara vattenfri. Detta kan säkerställas genom användning av vattenfri, eller "rökande" salpetersyra. Alternativt kan kommersiell salpetersyra användas med oleum - tillverkad genom att lösa svaveltrioxid (SO 3 ) i koncentrerad svavelsyra - så att vattnet avlägsnas genom kombination med SO 3 för att producera mer svavelsyra. Den senare metoden är vanligtvis föredragen, eftersom oleum lätt tillverkas med samma process som producerar mest svavelsyra. Rök salpetersyra är relativt kostsamt att producera, farligt att transportera och är benäget för sönderdelning om det inte hålls kylt.
Bortsett från deras industriella tillämpningar är salpetersyra och svavelsyra bland de mest använda laboratoriereagensen. Båda är användbara vid procedurer som kräver starka syror. Svavelsyra är ett kraftfullt dehydratiseringsmedel som kan användas för torkning av några nyligen beredda gaser och i reaktioner som involverar avlägsnande av vatten från föreningar. Det kan också användas för att frigöra andra syror från deras salter. Salpetersyra är användbar som ett oxidationsmedel, som ett nitrerande medel och används i stor utsträckning i kemisk analys, särskilt för att identifiera metaller som finns i jord- och mineralprover.
Svavelsyra och salpetersyra är också stora föroreningar och bidrar till surt regn. Salpetersyra bildas när gasens kvävedioxid - som finns i fordonsavgas och produceras naturligt genom inverkan av blixt - upplöses i vatten. Svavelsyra bildas när svaveldioxid - producerad genom förbränning av fossila bränslen och naturligtvis av vulkaner - reagerar med syre och bildar svaveltrioxid, som upplöses i vatten för att producera svavelsyra. Trots den naturliga produktionen av dessa föreningar står de konstgjorda källorna för mest surt regn. Svavelsyra är den större bidragsgivaren, eftersom svaveldioxid är ett vanligare förorenande ämne än kvävedioxid.