Sifat, pembuatan dan Kegunaan Asam Nitrat

Asam nitrat (rumus kimia HNO3) adalah salah satu asam anorganik yang paling penting. alkemis abad kedelapan menyebutnya aqua fortis (air kuat), aqua Valens (air yang kuat), atau semangat sendawa. Ini adalah asam yang sangat korosif dan beracun yang dapat menyebabkan luka bakar yang parah. Berwarna ketika murni, sampel yang tersimpan lama cenderung memperoleh bewarna kuning karena akumulasi oksida nitrogen. asam nitrat  larut dalam air di semua perbandingan, membentuk hidrat pada suhu rendah. Asam nitrat ini adalah reagen laboratorium umum dan komoditas industri yang penting. Hal ini terutama digunakan dalam pembuatan amonium nitrat (NH4NO3) untuk pupuk. Selain itu asam juga digunakan untuk pembuatan bahan peledak (seperti nitrogliserin), nitrocotton atau guncotton, plastik, dan pewarna.

Sejarah
Deskripsi tertulis paling awal dikenal dari metode sintesis asam nitrat dikreditkan ke alkemis Jabir bin Hayyan (Geber). Ia mengatakan: Mengambil satu pon Siprus vitriol, satu pon setengah dari sendawa, dan seperempat pon tawas. Kemudia keseluruhan distilasi, sebagai untuk menarik air keras yang memiliki sifat pelarut tinggi. Kekuatan melarutkan asam yang sangat ditambah jika dicampur dengan beberapa sal amoniak, dan bisa digunakan untuk melarutkan larut emas, perak dan sulfur.

Kemudian seorang ahli kimia Belanda, Johann Rudolf Glauber, adalah yang pertama untuk membuat asam nitrat dengan distilasi sendawa dengan asam sulfat, atau sesuat yang ia sebut sebagai minyak vitriol. Produk (natrium sulfat decahydrate) diberi nama “garam Glauber” sebagai penghargaan atas penemuannya.

Aqua regia (Latin untuk “air raja”) adalah salah satu bahan kimia yang dibua oleh para ilmuwan kuno. Bahan Ini adalah larutan kuning atau merah yang sangat korosif. Campuran dibentuk dengan mencampur asam nitrat pekat dan asam klorida, biasanya dalam rasio volumetrik satu sampai tiga. Ini adalah salah satu dari beberapa reagen yang dapat melarutkan emas dan platinum, yang disebut royal, atau mulia logam, maka diberi nama “air raja.” Efektivitas aqua regia sebagian pelarut karena adanya kedua klorin dan nitrosyl klorida. Aqua regia digunakan dalam pengtsaan dan proses analitis tertentu, dan di laboratorium untuk membersihkan gelas senyawa organik dan logam.

Sifat fisik
Pereaksi asam  nitrat di laboratorium  hanya mengandung 68 persen berat HNO3. konsentrasi ini sesuai dengan campuran konstanta titik didih HNO3 dengan air, yang memiliki tekanan atmosfer dari 68,4 persen berat, mendidih pada 121,9 ° C. Asam nitrat anhidrat murni (100 persen) adalah cairan tak berwarna dengan kepadatan 1.522 kg / m3 pada 25 ° C, yang membeku pada -41,6 ° C umembentuk kristal putih dan mendidih pada 86 ° C. Ketika mendidih dalam cahaya, bahkan pada suhu kamar, ada dekomposisi parsial dengan pembentukan nitrogen dioksida berikut reaksi:

4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2 (72 ° C)
yang berarti bahwa asam nitrat anhidrat sebaiknya disimpan di bawah 0 ° C untuk menghindari dekomposisi.

Nitrogen dioksida (NO2) tetap larut dalam asam nitrat, berwarna kuning, atau merah pada suhu yang lebih tinggi. Sedangkan asam murni cenderung mengeluarkan asap putih saat terkena udara, asam dengan nitrogen dioksida terlarut memberikan uap coklat kemerahan, yang mengarah ke nama umum ” asam asap merah” atau “asam nitrat.”

Asam nitrat adalah larut dengan air dalam semua proporsi dan destilasi memberikan azeotrop dengan konsentrasi 68 persen HNO3 dan suhu didih 120,5 ° C pada 1 atm. Dua hidrat padat yang dikenal: The monohydrate (HNO3.H2O) dan trihidrat (HNO3.3H2O).
nitrogen oksida (NOx) yang larut dalam asam nitrat dan properti ini mempengaruhi lebih atau kurang semua karakteristik fisik tergantung pada konsentrasi oksida. Ini terutama mencakup tekanan uap di atas cairan dan suhu didih, serta warna yang disebutkan di atas.

Sifat kimia
asam nitrat dibentuk oleh reaksi dari kedua pentoksida dinitrogen (N2O3) dan nitrogen dioksida (NO2) dengan air. Jika larutan mengandung asam nitrat lebih dari 86 persen, ini disebut sebagai asam nitrat. Asam nitrat ditandai sebagai  asam nitrat berasap putih dan asam nitrat berasap merah, tergantung pada jumlah yang  nitrogen dioksida yang ada. Asam nitrat adalah, asam kuat monobasa, agen pengoksidasi kuat yang juga nitrat banyak senyawa organik, dan asam monoprotik karena hanya ada satu disosiasi.

Kondisi yang menguntungkan pada pembentukan produk pada tingkat reaksi yang cocok untuk reaksi tersebut adalah:

Tekanan tinggi

Udara berlebih

Katalis

Suhu tinggi yang konsisten dengan laju reaksi yang bisa diatur, efisiensi katalis dan tekanan

Kebanyakan pabrik beroperasi dengan:

Tekanan sedang (10-13 atm)

Oksigen (udara)

Paduan platina dan rhodium sebagai katalis

Suhu 1200 K

Keuntungan utama dari tekanan tinggi adalah bahwa secara substansial mengurangi ukuran peralatan dan pipa yang diperlukan,sehingga menghemat biaya operasi

Bila memungkinkan, amonia dibuat di tempat yang sama. Sehingga mudah disaring untuk menghilangkan kotoran dan kemudian dicampur dengan udara tersaring terkompresi untuk memberikan campuran yang mengandung sekitar 10% amonia dan 90% udara. Proporsi yang tepat dari udara berlebih tergantung pada tekanan operasi dan suhu pabrik.

Campuran ini kemudian dilewatkan melalui satu atau lebih konverter secara paralel, masing-masing berisi serangkaian 90% platinum / 10% katalis kain kasa rodium secara paralel pada suhu 975-1225 K – biasanya 1.200 K dalam reaktor unggun tetap. Konversi setidaknya 96% amonia berlangsung.

Sebuah kasa dari paduan platina-rhodium dipasang di konverter  (foto : Johnson Matthey)

Kawat platina-rhodium yang dijalin untuk menghasilkan kasa rajutan.(foto : Johnson Matthey)

Hasil harus diambil untuk meminimalkan oksidasi amonia menjadi nitrogen dengan reaksi yang lebih eksotermis, lebih disukai  dengan tekanan tinggi dan katalis yang lebih dipanaskan:

Gas panas yang meninggalkan konverter baik digunakan untuk meningkatkan superheated steam atau panas gas buang dari menara absorpsi. Uap dapat digunakan untuk menghasilkan listrik di turbin uap yang kemudian dapat mendorong kompresor udara.

Gas panas meninggalkan penggalangan uap / bagian pertukaran panas di sekitar 425 K.

2) Penyerapan nitrogen oksida

Gas selanjutnya didinginkan, di bawah 315 K.

Air ditambahkan dan gas dikompresi lagi (biasanya 7-12 atm). Suhu naik sampai sekitar 435 K dan memerlukan pendinginan lebih lanjut untuk menjadi sekitar 310 K. Tekanandi perbesar dan reaksi didinginkan, untuk memindahkan kesetimbangan berikut ke kanan:

Gas-gas kemudian melewati satu atau lebih menara untuk memenuhi aliran air, biasanya mengalir ke arah yang berlawanan dari gas. Di sini, oksidasi dari nitrogen monooksida terus menerus sehingga terjadi penyerapan untuk pembentukan asam nitrat:

Sewaktu  reaksi antara amonia dan oksigen (udara) terjadi pada kasa katalitik, terjadi reaksi eksotermik sehingga wadah yang menopang suhu reaksi dan paduan logam bersinar merah(foto : Johnson Matthey)

Dalam proses ini, di mana NOX signifikan tetap dalam limbah gas, limbah yang dilewatkan melalui katalis (platinum atau rhodium pada silicoaluminate, titanium atau senyawa vanadium) dengan bahan bakar, seperti hidrogen atau metana. Oksida nitrogen dikurangi menjadi nitrogen. Sebagai contoh pada reaksi berikut:

Suhu di mana reaksi paling efektif tergantung pada bahan bakar. untuk Hidrogen, suhunya adalah  450 K. Untuk metana, suhunya jauh lebih tinggi, 750 K.

Asam dari menara penyerapan biasanya mengandung 56-60% asam nitrat persen massa tetapi dapat diproduksi hingga kemurnian 68% omassa. Beberapa asam memerlukan kadar 99 %, misalnya pembuatan senyawa organik nitro untuk bahan peledak dan industri pewarna. Asam nitrat dan air membentuk campuran azeotropik, dengan titik didih maksimum 395 K, yang mengandung asam nitrat 68% massa, sehingga asam pekat tidak dapat diperoleh dengan distilasi larutan berair. Asam sulfat pekat digunakan untuk menyerap kadar air dan kemudian pada distilasi campuran ini, asam nitrat terkonsentrasi tersebut diperoleh. Asam nitrat murni mendidih pada 359 K.

Penggunaan
Asam nitrat umumnya digunakan sebagai reagen laboratorium, asam nitrat digunakan dalam pembuatan bahan peledak termasuk nitrogliserin, trinitrotoluena (TNT), dan cyclotrimethylenetrinitramine (RDX), serta pupuk seperti ammonium nitrat.

Juga, di ICP-MS dan ICP-AES teknik, asam nitrat (dengan konsentrasi dari 0,5 persen menjadi 2,0 persen) digunakan sebagai senyawa matriks untuk menentukan jejak logam dalam larutan. Asam ultra murni diperlukan untuk penentuan tersebut, karena sejumlah kecil ion logam dapat mempengaruhi hasil analisis.

Asam nitrat Ini memiliki kegunaan tambahan dalam metalurgi dan pemurnian karena bereaksi dengan kebanyakan logam, dan dalam sintesis organik. Ketika dikombinasikan dengan asam klorida, membentuk aqua regia, salah satu dari beberapa reagen mampu melarutkan emas dan platinum.

Asam nitrat adalah komponen dari hujan asam.

asam nitrat adalah oksidator kuat, dan reaksi asam nitrat dengan senyawa seperti sianida, karbida, dan bubuk logam dapat meledak. Asam nitrat bereaksi dengan banyak senyawa organik, seperti terpentin,

Bila kulit manusia terkena Asam nitrat pekat pewarna maka kulit berwarna kuning akibat reaksi dengan keratin protein. Ini noda kuning berubah menjadi oranye saat dinetralkan.

Satu digunakan untuk IWFNA adalah sebagai oksidator dalam roket bahan bakar cair.

Satu digunakan untuk asam nitrat adalah dalam tes kolorimetri untuk membedakan heroin dan morfin.

asam nitrat juga digunakan di laboratorium sekolah untuk melakukan eksperimen yang melibatkan pengujian klorida. sampel ditambahkan dengan larutan perak nitrat dan asam nitrat untuk melihat apakah endapan putih, perak klorida.