Axit nitric

Lịch sử

Sự tổng hợp axit nitric đã được ghi nhận lần đầu vào khoảng năm 800 AD bởi một nhà giả kim người Ả Rập tên là Jabir ibn Hayyan.

Hóa tính

Axit nitric là một monoaxit mạnh, một chất ôxi hóa mạnh có thể nitrat hóa nhiều hợp chất vô cơ và là một axit một nấc vì chỉ có một sự phân ly.

Các tính chất axit

Là một axit điển hình, axit nitric có mọi tính chất của axit như phản ứng với bazơ, oxit bazơ và muối để tạo thành các muối mới, trong số đó quan trọng nhất là muối amoni nitrat. Do tính chất ôxi hóa mạnh của nó, axit nitric không (ngoại trừ một số ngoại lệ) giải phóng hiđrô khi phản ứng với kim loại và tạo ra các muối thường có trạng thái ôxi hóa cao hơn. Vì lý do này, tình trạng ăn mòn nặng có thể xảy ra và cần phải bảo vệ thích hợp bằng cách sử dụng các kim loại hoặc hợp kim chống ăn mòn khi chứa axit này.
Axit nitric là một axit mạnh với một hắng số cân bằng axit (pKₐ) = −2: trong dung dịch nước,  nó hoàn toàn điện ly thành các ion nitrat NO₃⁻ và một proton hydrat, hay còn gọi là ion  hiđrôni, H₃O⁺:
HNO₃ + H₂O → H₃O⁺ + NO₃⁻

Sự thụ động hóa

Dù Crôm (Cr), sắt (Fe), coban (Co), niken (Ni), mangan (Mn) và nhôm (Al) dễ hòa tan trong dung dịch axit nitric loãng, nhưng đối với axit đặc nguội lại tạo một lớp oxit kim loại Al₂O₃, Fe₂O₃,... bảo vệ chúng khỏi bị ôxi hóa thêm, hiện tượng này gọi là sự thụ động hóa.

Phản ứng với hợp chất

3H₂S + 2HNO₃ (>5%) → 3S↓ + 2NO↑ + 4H₂O
PbS + 8HNO₃ (đặc) → PbSO₄↓ + 8NO₂↑ + 4H₂O
Ag₃PO₄ tan trong HNO₃, HgS không tác dụng với HNO₃.

Phản ứng với hợp chất hữu cơ

Nhiều hợp chất hữu cơ bị phá hủy khi tiếp xúc với axit nitric, nên axit này rất nguy hiểm nếu rơi vào cơ thể người.

Tổng hợp và sản xuất axit nitric

Axit nitric được tạo ra bằng cách pha trộn nitơ đioxit (NO₂) và nước với sự có mặt của ôxi hoặc sử dụng không khí để ôxi hóa axit nitrơ cũng tạo ra axit nitric:
4NO₂ + O₂ + 2H₂O → 4HNO₃ 
Axit nitric loãng có thể cô đặc đến 68% với một hỗn hợp azeotropic 32% nước. Việc cô đặc hơn được thực hiện bằng cách chưng cất với axit sulfuric với vai trò là chất khử nước. Trong quy mô phòng thí nghiệm, cách chưng cất như thế phải được tiến hành bằng dụng cụ thủy tinh với áp suất thấp để tránh phân hủy axit này. Các mối nối bằng thủy tinh và nút bần cũng nên tránh dùng do axit nitric tấn công các chất này. Dung dịch axit nitric cấp thương mại thường có nồng độ giữa 52% và 68%. Việc sản xuất axit nitric được thực hiện bằng công nghệ Ostwald do Wilhelm Ostwald phát minh.
Trong phòng thí nghiệm, axit nitric có thể điều chế bằng cách cho đồng(II) nitrat hoặc cho phản ứng những khối lượng bằng nhau kali nitrat (KNO₃) với axit sulfuric (H₂SO₄) 96%, và chưng cất hỗn hợp này tại nhiệt độ sôi của axit nitric là 83 °C cho đến khi còn lại chất kết tinh màu trắng, kali hidrosunfat (KHSO₄), còn lưu lại trong bình. Axit nitric bốc khói đỏ thu được có thể chuyển thành axit nitric màu trắng. Cần lưu ý khi thí nghiệm thì phải dùng các trang thiết bị bằng thủy tinh, hay nhất là bình cổ cong nguyên khối do axit nitric khan tấn công cả nút bần, cao su và da nên sự rò rỉ có thể cực kỳ nguy hiểm: H₂SO₄ + KNO₃ → KHSO₄ + HNO₃
Chất NOₓ hòa tan được loại bỏ bằng cách sử dụng áp suất giảm tại nhiệt độ phòng (10-30 phút với áp suất 200 mmHg hay 27 kPa). Axit nitric bốc khói trắng thu được có tỷ trọng 1.51 g/cm³. Quy trình này cũng được thực hiện dưới áp suất và nhiệt độ giảm trong một bước để tạo ra ít khí nitơ đioxit  hơn.
Axit này cũng có thể được tổng hợp bằng cách ôxi hóa amoniac, nhưng sản phẩm bị pha loãng bởi nước do phản ứng tạo ra. Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp này quan trọng trong việc sản xuất amoni nitrat từ amôniăc theo công nghệ Haber, do sản phẩm cuối cùng có thể sản xuất từ nitơ, hyđrô và ôxi là nguyên liệu đầu vào chính.
Axit nitric bốc khói trắng, cũng gọi là axit nitric 100% hay WFNA, rất gần giống với sản phẩm axit nitric khan. Một đặc tính kỹ thuật của axit nitric bốc khói trắng là nó có tối đa 2% nước và tối đa 0,5% NO₂ hòa tan. Axit nitric bốc khói đỏ hay RFNA, chứa một lượng đioxit nitơ (NO₂) đáng kể thoát khỏi dung dịch với màu nâu đỏ. Một công thức của RFNA thể hiện ít nhất 17% NO₂, nhóm khác là 13% NO₂. Trong trường hợp, axit nitric bị ức chế bốc khói (hoặc IWFNA, hoặc IRFNA) có thể làm tăng khi cho thêm thêm khoảng 0,6 đến 0,7% hiđro florit, HF. Chất florit này được bổ sung vào để chống ăn mòn trong các bồn chứa kim loại (chất florit tạo ra một lớp florit kim loại bảo vệ kim loại đó).

Sử dụng

Thường được dùng làm thuốc thử trong phòng thí nghiệm, axit nitric được sử dụng để sản xuất thuốc nổ bao gồm nitroglycerin, trinitrotoluen (TNT) và cyclotrimethylenetrinitramin (RDX), cũng như phân bón (như phân đạm một lá nitrat amoni).
Axit nitric cũng được sử dụng trong phòng thí nghiệm trường học để tiến hành các thí nghiệm liên quan đến việc thử clorit. Cho axit nitric tác dụng với mẫu thử, sau đó cho dung dịch bạc nitrat vào để tìm kết tủa trắng của bạc clorua.
Trong kỹ thuật ICP-MS và ICP-AES, axit nitric (với nồng độ từ 0,5% đến 2,0%) được sử dụng như một hợp chất nền để xác định dấu vết kim loại trong các dung dịch. Trong kỹ thuật này cần phải dùng axit nitric cực tinh khiết vì một số lượng ion kim loại nhỏ có thể gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích.
Axit này còn được sử dụng trong ngành luyện kim và tinh lọc vì nó phản ứng với phần lớn kim loại và trong các tổng hợp chất hữu cơ. Khi kết hợp với axit clohyđric, nó tạo thành nước cường toan, một trong những chất có thể hòa tan vàng và bạch kim (platinum).
Một trong những ứng dụng cho IWFNA là một chất ôxi hóa trong nhiên liệu lỏng tên lửa.
Ngoài ra, axit nitric còn được dùng làm chất thử màu (colorometric test) để phân biệt heroin và morphine.