نیتریک اسید جزء مواد شیمیایی پر کاربرد در صنایع مختلف محسوب می گردد برای خرید اسید نیتریک با کیفیت بدون واسطه با مشاوران کیمیا تجارت تات در ارتباط باشید. اسید نیتریک در ساخت کودها، رنگها، سوخت موشک، مواد منفجره و … به کار می رود. نیتریک اسید در آزمایشگاه به عنوان یک اسید غیر ارگانیک قوی استفاده می گردد. از نیتریک اسید می توان برای فرآیندهایی چون استخراج و حذف برخی عناصر و همچنین سنتز دیگر مواد شیمیایی استفاده کرد. در ادامه اهمیت و کاربرد نیتریک اسید در آزمایشگاه خواهیم پرداخت.
نیتریک اسید چیست؟
نیتریک اسید (HNO3) یک اسید معدنی بسیار قوی است. ترکیب خالص این ماده بی رنگ است و با گذشت زمان اگر به اکسیدهای نیتروژن و آب تجزیه شود زرد رنگ می گردد. این اسید در دمای6/41- درجه سانتیگراد ذوب می شود و یک مایع بی رنگ تشکیل می دهد. حرارت و نور می تواند بر روی رنگ نیتریک اسید موثر باشد و سبب تغییر رنگ در آن شود. نیتریک اسید در صورت ترکیب با آب محترق می شود. محلول این ماده آزوتروپی با نقطه جوش 9/121 درجه سانتیگراد تشکیل می دهد که 7/68% وزنی آن اسید نیتریک است. استفاده از نیتریک اسید در سوخت موشک یکی از اصلی ترین کاربردهای این ماده می باشد. نیتریک اسید به عنوان پیشرانه در موشک مورد استفاده قرار می گیرد.
اگر از یک شیمیدان بپرسید نیتریک اسید چیست؟ اولین اخطاری را که در رابطه با این محصول به شما گوش زد می کند، قوی بودن، خاصیت خورندگی و شیمیایی بودن این محصول است. این محصول دارای فرمول شیمیایی HNO3 می باشد و به عنوان یک اسید معدنی قوی، شفاف، بی رنگ و حساس به نور شناخته می شود. بنابراین، به مرور زمان تحت تاثیر محیط قرار گرفته و شروع به تجزیه شدن می کند. این محصول را با نامهای تیزاب یا جوهر شوره نیزمی شناسیم. اسید نیتریک با اکثر فلزات واکنش می دهد و نیترات فلز را به وجود می آورد. اسید نیتریک به طور عمده برای تهیه کود استفاده می شود.
فرمول و ویژگی های اسید نیتریک
فرمول شیمیایی اسید نیتریک به صورت HNO3 می باشد. این ماده دارای جرم مولی 63.012 گرم بر مول و چگالی 1.51 گرم بر سانتیمتر مکعب است. نقطه ذوب نیتریک اسید −42 درجه سانتیگراد می باشد و در دمای 83 درجه سانتیگراد به جوش می آید. از لحاظ ظاهری نیتریک اسید ماده ای بی رنگ است و بوی تند و خفه کننده ای دارد. این ماده کاملا در آب قابل حل است. این اسید به طور کامل یونیزه می گردد، بنابراین می تواند یک محلول الکترولیت قوی تشکیل دهد. از خواص برجسته نیتریک اسید داشتن قدرت اکسید کنندگی بالا است. در نتیجه از آن می توان برای اکسید کردن طیفی از عناصر مختلف استفاده نمود و نمکهای نیترات را تشکیل داد.
کاربرد نیتریک اسید در آزمایشگاه
نیتریک اسید در آزمایشگاه یک ماده شیمیایی همه کاره محسوب می گردد که کاربردهای متنوعی در آزمایشات دارد. برخی از کاربردهای متداول نیتریک اسید در آزمایشگاه عبارتند از:
آنالیز: از اسید نیتریک می توان برای تجزیه و تحلیل ترکیبات فلزی و سایر مواد شیمیایی استفاده کرد. برای مثال می توان از این اسید برای تعیین مقدار نیتروژن در نمونه های آزمایشگاهی استفاده نمود.
پاک کننده: از نیتریک اسید در آزمایشگاه می توان برای تمیز کردن ظروف شیشه ای و سایر تجهیزات آزمایشگاهی استفاده کرد. این اسید می تواند بسیاری از ترکیبات آلی را حل کرده و از ظروف جدا کند.
سنتز: نیتریک اسید در آزمایشگاه برای سنتز انواع ترکیبات شیمیایی مانند نیتراتها، آمیدها و ترکیبات نیترو استفاده می شود.
اهمیت نیتریک اسید در آزمایشگاه
وجود نیتریک اسید در آزمایشگاه لازم و ضروری است. به این دلیل که نیتریک اسید در طیف وسیعی از آزمایشات شیمیایی هم در زمینه آموزش (مدارس و دانشگاه ها) و هم تحقیقاتی به کار می رود. برای مثال از این ماده در تحقیقاتی چون بازیافت و استخراج مواد مانند فیبر کربن، اسید هیومیک، سنتز برخی از مواد شیمیایی، تجزیه و تحلیل الکتروشیمیایی و … استفاده می گردد.
نیتریک اسید در آزمایشگاه شیمی
نیتریک اسید در آزمایشگاه شیمی برای انجام آزمایشهایی چون نیتراسیون، آنالیز و ردیابی برخی عناصر، خنثی سازی بازهای قوی، تیتراسیون، نگهداری برخی عناصر (نگهدارنده) و … به کار می رود. اسید نیتریک در آزمایشگاه شیمی پلیمر برای سنتز بسیاری از ترکیبات شیمیایی پلیمری ضروری است. پلیمرهایی مانند پلی آمینها و پلی اورتان از ترکیباتی هستند که اساساً برای سنتز به اسید نیتریک نیاز دارند. نیتریک اسید در آزمایشگاه های شیمی همچنین برای سنتز انواع ترکیبات نیتروژن دار مانند نیتراتها، آمیدها و ترکیبات نیترو به کار می رود.
خنثی سازی نیتریک اسید
خنثی سازی نیتریک اسید در آزمایشگاه با استفاده از مواد شیمیایی قلیایی انجام می گردد. برخی از مواد شیمیایی که می توان برای خنثی سازی اسید نیتریک به کار برد عبارتند از: بی کربنات سدیم (NaHCO3)، کربنات کلسیم (CaCo3)، پتاسیم هیدروکسید (KOH) و هیدروکسید منیزیم (NaOH). خنثی سازی نیتریک اسید با این مواد منجر به تشکیل آب، دی اکسید کربن و نمک می گردد. با توجه به اینکه نیتریک اسید ماده ای بسیار قوی است خنثی سازی آن باید با احتیاط و رعایت نکات ایمنی کامل صورت گیرد.
کاربرد نیتریک اسید در سوخت موشک
نیتریک اسید در سوخت موشکها مورد استفاده قرار می گیرد. برای اینکه موشک بتواند از زمین بلند شود و نیروی لازم برای ورود به جو را داشته باشد، نیازمند یک سوخت بسیار قوی است که نیروی لازم جهت غلبه به نیروی جاذبه را به آن بدهد. نیتریک اسید به صورت مایع است. همان گونه که اشاره کردیم زمانی که نیتریک اسید تحت حرارت و نور قرار گیرد، تغییر رنگ می دهد و محدوده رنگی زرد تا قرمز پیدا می کند.
بهترین نوع نیتریک اسید در سوخت موشک اسید نیتریک دود قرمز (RFNA) است، چرا که این نوع از اسید نیتریک یک اکسیدکننده قابل ذخیره می باشد و میزان اسید نیتریک آن 86 درصد است. رنگ قرمز نیتریک اسید به دلیل تتروکسید دی نیتروژن در آن است. این ماده به میزان بسیار زیادی تجزیه می شود و دی اکسید نیتروژن را تشکیل می دهد. تتروکسید دی نیتروژن اشتعال پذیری مواد قابل احتراق را افزایش می دهد و در زمان واکنش با آب به شدت گرمازا است. RFNA محتوی 6/0 درصد HF است. این ماده یک عامل بازدارنده خوردگی است و از خوردگی وسایلی که با اسید نیتریک برخورد دارند جلوگیری می کند.
چرا از نیتریک اسید در سوخت موشک استفاده می شود؟
نیتریک اسید یک جزء اکسیدکننده در سیستم سوخت موشک است. برای اینکه مشتعل شود باید با هیدروکربنها مخلوط گردد که در اصطلاح به این واکنش هایپرگولینگ گفته می شود. با وجود اینکه نیتریک اسید یک ماده خورنده و سمی است اما ویژگیهایی دارد که آن را به عنوان سوخت موشک قابل استفاده می کند. دلایل استفاده ازاین محصول در سوخت موشک از این قرار است: قابلیت ذخیره سازی یکی از اصلی ترین دلایل استفاده از نیتریک اسید در سوخت موشک می باشد. می توان این ماده را در مخازن بارگیری کرد و برای مدت طولانی نگهداری نمود. در دمای اتاق مایع است و به مواد برودتی گران قیمت یا فشار بالا نیاز ندارد. می توان موتورهای دریچه گاز را بر خلاف تقویت کننده سوخت جامد طراحی کرد. برای اکسیداسیون نیازی به مخازن بزرگ و سنگین نیست و در مخازن سبک و کوچک هم واکنش انجام می شود. این ماده هایپرگولینگ است، یعنی خود به خود شعله ور می شود
مزایای استفاده از نیتریک اسید به عنوان سوخت موشک
آلمانیها برای اولین بار از نیتریک اسید به عنوان سوخت موشک استفاده کردند دلیل اصلی آن هم قابلیت ذخیره سازی این سوخت است. شاید با خود بگویید که نیتریک اسید یک ماده سمی و خورنده است اما چرا به عنوان سوخت موشک مورد استفاده قرار می گیرد. دلایل زیادی دارد اما اصلی ترین دلایل استفاده از این ماده در سوخت موشک عبارت اند از: قابلیت اشتعال خود به خودی، قابلیت نگهداری به مدت طولانی، قابلیت اکسیداسیون در ظرفهای سبک و کوچک، قیمت مناسب.
معایب استفاده از نیتریک اسید به عنوان سوخت موشک
در کنار مزایای زیادی که نیتریک اسید در سوخت موشک دارد معایبی هم دارد که عبارت است از: در صورت برخورد با مواد سوختنی، انواع الکل یا احیاکننده و ترکیبات قابل احتراق ممکن است گرمای زیادی تولید کرده و بسوزد یا منفجر شود، در صورت عدم رعایت موارد احتیاطی اگر حرارت بسیار زیاد شود گازهای خورنده و سمی تولید می کند، در صورت عبور از مجازی تنفسی و چشمها می تواند خطرآفرین باشد.
چه ترکیباتی می توانند جایگزین نیتریک اسید در سوخت موشک شوند؟
از آنجا که نیتریک اسید یک ماده سمی است و علاوه بر آسیبهایی که برای انسان دارد، سبب آسیب به محیط زیست نیز می شود، بنابراین محققان در تلاش اند تا همواره سوختی قوی تر و کم خطر تر بسازند. در ادامه به چند جایگزین مناسب برای این ماده اشاره می کنیم:
- هیدرازین: یک ماده سوختی است که به عنوان جایگزین نیتریک است و می تواند در سوخت موشک مورد استفاده قرار گیرد دارای ویژگیهایی است. این ماده دارای خطرات احتمالی است اما عملکرد بالایی دارد. قابلیت ذخیره سازی طولانی مدت دارد و به طور خود به خودی در تماس با یک عامل اکسیدکننده یا کاتالیزور مناسب مشتعل می شود
- تتروکسید دی نیتروژن: تتروکسید دی نیتروژن ماده دیگری است که می تواند جایگزین نیتریک اسید شود. خورندگی این ماده کمتر از نیتریک اسید است اما سمی و فرار می باشد.
- پراکسید هیدروژن: این ماده یک جایگزین امیدوارکننده برای نیتریک اسید است. خورندگی هیدروژن پراکسید نسبت به نیتریک اسید کمتر بوده و گازهای سمی کمتری را در دمای اتاق تولید می کند. در اثر تجزیه آن هم تنها آب و اکسیژن تولید می شود.
کاربرد نیتریک اسید در کشاورزی
از خصوصیات ساختاری این محصول که بگذریم، نیتریک اسید را از زوایای دیگری هم می توان مورد بحث قرار داد. با توجه به استفاده از حجم زیاد آب در فصلهای گرم در کشاورزی، خطر تجمع کربنات کلسیم در سیستمهای لوله کشی کشاورزی همواره در کمین است. در نتیجه این امر، کم فشار شدن آب انتقالی در سیستمهای مربوطه، گرفتگی و معیوب شدن سیستمها و موارد مشابه به وقوع می پیوندد. در نتیجه، کل مجموعه تحت تاثیر قرار خواهد گرفت.
با استفاده صحیح از نیتریک اسید در باغبانی و کشاورزی، سطح pH آب به مقدار مورد نظر کاهش می یابد. با این عمل، کربنات کلسیم حل می شود و فرآیند رسوب پذیری این ماده به حداقل می رسد. اما این تنها هدف استفاده از نیتریک اسید در باغبانی نیست. بلکه، از این ماده به عنوان یک منبع غنی نیتروژن استفاده می گردد. به طوری که نیاز خاک به نیتروژن برطرف می شود و زمینه برای رشد محصولات و گیاهان سالم تر فراهم می گردد. از این رو، به وقت کود دهی محصولات باغی، اسید نیتریک همواره مورد توجه است. بنابراین، جای تعجب نیست اگر در سالهای اخیر در کشاورزی با حجم بالای تقاضا و استفاده از نیتریک اسید در باغبانی و کشاورزی مواجه هستیم.
مزایا و معایب نیتریک اسید در کشاورزی
اولین و مهمترین مزیت استفاده از نیتریک اسید در کشاورزی، جلوگیری از انسداد سیستمهای آبرسانی و تجهیزات به کار رفته در آنها همچون قطره چکانها، آبپاشها، لوله ها و موارد مشابه است. در واقع این محصول از به وجود آمدن ترکیبهای غیر محلول کلسیم و منیزیم جلوگیری به عمل می آورد. به این ترتیب، از خرابی تجهیزات مورد استفاده در سیستمهای آبیاری و در نتیجه از هزینه های اضافی جلوگیری می شود. از طرفی، کیفیت آبیاری بالا می رود.
نیتریک اسید در باغبانی به دلایلی که گفتیم کاربردهای بسیاری دارد. با این حال، این محصول همواره با قیمتهای مناسب قابل تهیه می باشد. همچنین، جزو محصولات در دسترس است که به راحتی در اختیار کشاورزان و متقاضیان آن قرار می گیرد. گرچه این محصول می تواند تامین کننده نیتروژن مورد نیاز گیاهان باشد، اما در مواقعی که گیاهان نیاز به نیتروژن بیشتر ندارند، استفاده سرخود و بیش از حد از این محصول اختلالات تغذیه ای به همراه خواهد داشت. بنابراین، نیتریک اسید در باغبانی همان قدر که مفید است، اگر در مصرف آن زیاده روی شود، خساراتی به بار خواهد آورد.
چه ترکیبی می تواند جایگزین نیتریک اسید در کشاورزی شود؟
جالب است بدانید نیتریک اسید در کشاورزی فقط یکی از اسیدهای کاربردی و مفید به حساب می آید. به عبارت دیگر، هستند ترکیبات دیگری که به عنوان جایگزین اسید نیتریک می توان از آنها یاد کرد. به طور مثال، در مواقعی که مسئله تنظیم pH خاک مد نظر است با سنجیدن خصوصیات خاک و میزان اسیدیته آن، ترکیبات دیگری هم چون سولفوریک اسید را نیز می توان استفاده نمود. انفوریک اسید و فسفریک اسید نیز دو نمونه دیگر از اسیدهای مفید در کشاورزی می باشند. این محصولات به عنوان اصلاح کننده و غنی کننده خاک کارایی دارند و می توانند جایگزینی برای نیتریک اسید در باغبانی باشند.
سوالات متداول
1- آیا نیتریک اسید را می تواند به عنوان بافر استفاده کرد؟
خیر، نیتریک اسید محلول بافر تشکیل نمی دهد چون HNO3 جزء اسیدهای قوی محسوب می گردد و در محلول کاملاً یونیزه می شود.
2- چگونه می توان اسید نیتریک 100% درست کرد؟
رایج ترین روش برای تولید اسید نیتریک بی آب (100-98 درصد) تقطیر اسید نیتریک ضعیف با اسید سولفوریک غلیظ می باشد. در این واکنش اسید سولفوریک به عنوان یک عامل خشک کننده عمل می کند.
3- نیتریک اسید در چه گریدهایی عرضه می گردد؟
نیتریک اسید در حجمها، بسته بندیها و درصدهای مختلف به بازار عرضه می گردد. این اسید در آزمایشگاه غالبا با غلظتهای 65 درصد به بالا استفاده می گردد. با این وجود گریدهای صنعتی این ماده با درصدها و حجمهای مختلف (برای مثال 10، 20، 55 و …) به بازار عرضه می گردد.
4- نیتریک اسید در غلظتهای مختلف چگونه است؟
حالت ظاهری نیتریک اسید بسیار وابسته به درصد خلوص آن است. اسید نیتریک وقتی به غلظت 86 درصد می رسد به صورت نیتریک اسید دود کننده در می آید و بخارات زرد تا قرمز رنگ سمی تولید می کند. در غلظت بالای 95 درصد دود سفید رنگ ایجاد می کند. اما در غلظتهای پایین تر از 86 درصد غالبا بی رنگ است.
5- چه فلزاتی به راحتی در اسید نیتریک حل می شوند؟
بسیاری از فلزات مانند آهن، مس و آلیاژهای آنها را می توان با اسید نیتریک اکسید کرد و ترکیباتی مانند نیترات مس و آهن تشکیل داد. با این وجود برخی از فلزات مانند طلا و پلاتین اکسید نمی شوند و برخی دیگر غیرفعال می گردند.
