Kyselina dusičná, chemicky známa ako HNO3, patrí medzi najvýznamnejšie anorganické kyseliny. Vďaka svojej kľúčovej úlohe pri výrobe hnojív je jednou z najrozšírenejších chemických surovín na svete.
História a skoré využitie
Najstaršie záznamy o kyseline dusičnej pochádzajú zo 14. storočia, spojené s prvými alchymistickými pokusmi. V tom čase sa z nej vyrábala takzvaná kráľovská voda (aqua regia), roztok s unikátnou schopnosťou rozpúšťať zlato a platinu.
Fyzikálne a chemické vlastnosti
Kyselina dusičná je bezfarebná kvapalina s mimoriadne štipľavým zápachom a silnými korozívnymi vlastnosťami. Pri dlhšom skladovaní alebo vplyvom teploty má tendenciu žltnúť v dôsledku samovoľného rozkladu na oxidy dusíka a vodu. Je vysoko reaktívna, ľahko reaguje s mnohými látkami a jej rozpúšťanie vo vode sprevádza uvoľňovanie tepla. Mnohé reakcie s ňou sú dokonca výbušné.
Samotná kyselina dusičná aj jej soli sú silné oxidačné činidlá. Táto vlastnosť vysvetľuje jej búrlivé reakcie s kovmi, pri ktorých sa uvoľňuje vodík. HNO3 však reaguje aj s menej aktívnymi kovmi a niektorými nekovmi, ako sú síra, fosfor a uhlík vo forme grafitu, pričom posledne menované sa oxidujú na kyseliny.
Koncentrovaná kyselina dusičná
Čistá bezvodá kyselina dusičná (100%) je bezfarebná kvapalina s hustotou 1,513 g/cm³. Pri teplote -42 °C tuhne a tvorí biele kryštály, pričom vrie pri 83 °C. Koncentrovaná kyselina dusičná je 68,4% roztok, ktorý s vodou tvorí azeotropickú zmes. 1 liter takejto kyseliny váži približne 1400 g.
Oxid dusičitý sa následne rozpúšťa vo zvyšnej kyseline dusičnej a začína ju zafarbiť do žlta, za vyšších teplôt až do červena. Čistá kyselina má tendenciu vypúšťať do vzduchu bezfarebný dym. U znečistenej kyseliny sa jej znečistenie prejavuje zafarbením tohto dymu do červenohneda v dôsledku uvoľňovania oxidu dusičitého.
Roztok obsahujúci viac ako 86 % kyseliny dusičnej sa nazýva dymivá kyselina dusičná. V závislosti od obsahu oxidu dusičitého v roztoku poznáme bielu, resp. červenú dymivú kyselinu dusičnú. Predávaná koncentrácia dymivej kyseliny dusičnej obsahuje 90 % HNO3 a má hustotu 1,5 g/ml. Červená dymivá kyselina dusičná obsahuje podstatné množstvo rozpusteného oxidu dusičitého, až 17 %, čo spôsobuje nižšiu hustotu ako 1,49 g/ml. Biela dymivá kyselina dusičná, nazývaná aj 100 %-ná, je veľmi podobná bezvodej kyseline dusičnej a obsahuje 2 % vody a maximálne 0,5 % obsahu rozpusteného oxidu dusičitého.
Zdravotné riziká
Koncentrovaná kyselina dusičná je mimoriadne nebezpečná pre zdravie. Pri kontakte s pokožkou spôsobuje ťažké popáleniny až nekrózu. Jej pary pri vdýchnutí napádajú dýchacie cesty, čo môže viesť k opuchu a zápalu pľúc. Náhodná konzumácia HNO3 môže spôsobiť smrť v dôsledku perforácie žalúdočnej alebo črevnej steny. Kyselina dusičná je nebezpečná oxidujúca žieravina, ktorá poškodzuje pokožku a sliznice. Poleptanie sa prejavuje charakteristickým žltnutím zasiahnutých miest, čo je dôsledok reakcie s bielkovinami.
Výroba kyseliny dusičnej
Kyselinu dusičnú možno získať reakciou oxidu dusičitého s vodou. Pre komerčné účely je základnou výrobnou metódou takzvaný Ostwaldov proces. Ten spočíva v katalytickej oxidácii amoniaku na oxid dusnatý, ktorý sa následne pomocou špeciálnych absorpčných veží premieňa na koncentrovanú kyselinu HNO3.
Ostwaldov proces
Proces sa skladá z dvoch hlavných stupňov:
- Oxidácia amoniaku: Amoniak a vzduch zbavený prachu sa privádzajú do miešača, predhrejú sa a vedú cez kontaktné teleso s katalyzátorom (sieťka zo zliatiny platiny s irídiom alebo osmiom). Vzniknutý oxid dusnatý sa samovoľne oxiduje s nadbytočným kyslíkom na oxid dusičitý.
- Absorpcia nitróznych plynov vo vode: Plynná zmes oxidu dusičitého sa absorbuje vo vode. Prebieha oxidačno-redukčná reakcia za vzniku kyseliny dusičnej a kyseliny dusitej. Kyselina dusičná sa následne ochladzuje a čiastočne odčerpáva vo vežiach z kyselinovzdorného materiálu. Tento proces sa opakuje v piatich cykloch. Zvyšné plyny sa pohlcujú hydroxidom sodným. Výťažok kyseliny dusičnej dosahuje maximálne 50%, vyšší výťažok (až 70%) sa dosiahne zvýšením tlaku.
Na získanie koncentrovanejšej kyseliny (až 98 - 100%) sa destiluje menej percentná kyselina dusičná s koncentrovanejšou kyselinou sírovou, ktorá odstraňuje nadbytočnú vodu. Alternatívne sa používa reakcia kvapalného oxidu dusičitého s vodou a kyslíkom pri teplote 70 °C a tlaku 5 MPa v hliníkom obloženom autokláve.
V minulosti sa kyselina dusičná produkovala aj Birkeland-Eydeovým procesom, pri ktorom sa vzdušný dusík oxidoval kyslíkom zo vzduchu pomocou elektrického oblúka pri vysokej teplote.
Kyselina dusičná
Použitie kyseliny dusičnej
Kyselina dusičná má široké spektrum využitia v rôznych priemyselných odvetviach:
Hnojivá
Neutralizáciou kyseliny dusičnej amoniakom vzniká dusičnan amónny, najdôležitejšia zložka minerálnych hnojív. Poskytuje rastlinám potrebný dusík vo vysokej a ľahko stráviteľnej forme. V záhradníctve sa môže použiť aj na okysľovanie pôdy.
Organická syntéza a výbušniny
V chemickom priemysle je HNO3 kľúčovým prekurzorom organických zlúčenín dusíka, ako sú nitrobenzény. V kombinácii s aromatickými zlúčeninami sa používa na výrobu výbušnín, ako je TNT a nitroglycerín. V organickej syntéze sa používa na zavádzanie nitroskupiny do organických zlúčenín. Pri zmiešaní s koncentrovanou kyselinou sírovou vzniká nitrónium NO2+, ktoré elektrofilne reaguje s aromatickými látkami (tzv. nitrácia).
Raketové palivo
Kyselina dusičná sa používa ako zložka raketového paliva. Na tento účel sa pripravuje zmes HNO3, oxidu dusného a peroxidu vodíka, známa aj ako červená dymivá kyselina dusičná. Jej využitie v kozmickom priemysle závisí od efektívneho skladovania suroviny.
Výroba plastov
Oxidácia iniciovaná kyselinou dusičnou produkuje kyselinu adipovú, ktorá sa ďalej používa na výrobu syntetických vlákien, ako je nylon.
Laboratórne použitie
V laboratórnych podmienkach sa kyselina dusičná používa na detekciu stôp kovov v testovacích látkach. Roztok kyseliny dusičnej v alkohole (nital) sa používa na leptanie kovov na odhalenie ich mikroštruktúry.
Bezpečnosť a skladovanie
Kvôli výbušnej povahe reakcií a zdravotným rizikám si kyselina dusičná vyžaduje osobitnú starostlivosť pri skladovaní a manipulácii. Predpisy ADR o preprave nebezpečného tovaru uvádzajú, že by sa mala prepravovať v hliníkových cisternách s príslušným označením. Na skladovanie sa používajú špeciálne nádoby odolné voči kyseline dusičnej, ktoré musia byť riadne uzavreté a skladované mimo priameho slnečného žiarenia pri teplotách pod 20°C. V blízkosti by sa nemali nachádzať žiadne kovy ani horľavé látky. Priestor musí byť dobre vetraný.
Pri manipulácii s koncentrovanou kyselinou dusičnou je nevyhnutné používať osobné ochranné prostriedky: respirátor, ochranné okuliare a kyselinovzdorný odev a rukavice.
Environmentálne aspekty
Náhodný únik kyseliny HNO3 do životného prostredia predstavuje riziko pre ľudí, zvieratá a rastliny. Je potrebné zabrániť úniku kyseliny do povrchových a podzemných vôd. Akékoľvek rozliatie musí byť okamžite odstránené absorbčnými materiálmi alebo odčerpaním.