معلومات عن حمض النيتريك

ما هو حمض النيتريك؟

حمض النيتريك Nitric Acid صيغته الكيميائية HNO3، هو سائل عديم اللون عندما يكون نقيًا، مدخن، سام، شديد التآكل، ويسبب حروق شديدة، مما يجعل التعامل معه غير آمن، درجة تجمده 42 درجة مئوية تحت الصفر، درجة غليانه 83 درجة مئوية، يستخدم ككاشف تحليلي في المختبرات مثل استخدام حمض النيتريك المخفف في كشف آثار المعادن في المحاليل، كما يستخدم في صناعة الأسمدة والمتفجرات[١]

أطلق عليه الكيميائيون في القرن الثامن اسم الماء القوي أو أكوا فالينز[٢] أو روح النتر أو أكوا فورتيس[٣] أو حمض الآزوت[٤]، اكتشفه الكيميائي العربي الشهير جابر بن حيان إلى جانب اكتشافه لحمض الهيدروكلوريك وحمض الستريك.[٥]

خصائص حمض النيتريك الفيزيائية

يمكن دراسة المواد والتعرف عليها عن قرب من خلال معرفة الخصائص الفيزيائية للمادة المطلوبة كلونها، رائحتها، درجة تجمدها، درجة غليانها، كثافتها وغيرها، وفيما يأتي الخصائص الفيزيائية لحمض النيتريك:

• حالة المادة: يوجد حمض النيتريك في الحالة السائلة.[١]
• اللون: يكون حمض النيتريك عديم اللون عندما يكون نقيًا، ومع مرور الزمن وتقدمه في العمر يصبح ذو لون أصفر نتيحة تحلله إلى أكاسيد النيتروجين والماء.[٣]
• الرائحة: حمض النيتريك ذو رائحة حادة وخانقة.[٦]
• درجة التجمد: درجة تجمده42 درجة مئوية تحت الصفر.[٧]
• درجة الغليان: درجة غليانه 83 درجة مئوية.[٧]
• الكثافة: كثافته 1.522 غرام لكل سنتمتر مكعب عند درجة حرارة 25 درجة مئوية.[٨]
• درجة الانصهار: درجة انصهاره 41.6 درجة مئوية تحت الصفر.[٩]

لحمض النيتريك العديد من الخصائص الفيزيائية فهو يكون في الحالة السائلة، عديم اللون عندما يكون نقيًا، رائحته حادة وخانقة، درجة تجمده -42 درجة مئوية، درجة غليانه 83 درجة مئوية، كثافته 1.522 غرام لكل سنتمتر مكعب عند 25 درجة مئوية ودرجة انصهاره -41.6 درجة مئوية.

خصائص حمض النيتريك الكيميائية

يمكن دراسة المواد والتعرف عليها عن كثب من خلال معرفة الخصائص الكيميائية للمادة المدروسة كتركيبها الكيميائي، تأثيرها على ورقة عباد الشمس، أثرها في المعادلات الكيميائية وغيرها، وفيما يأتي الخصائص الكيميائية لحمض النيتريك:

• التركيب الكيميائي: حمض النيتريك عبارة عن حمض أوكسيد النيتروجين ذو الصيغة HNO3، حيث يتم ربط ذرة النيتروجين بمجموعة هيدروكسيد HO- وبواسطة روابط مكافئة مع ذرات الأكسجين الباقية.[٩]
• تأثير حمض النيتريك على ورقة عباد الشمس: يحول حمض النيتريك ورقة عباد الشمس ذات اللون الأزرق إلى اللون الأحمر وذلك بسبب كونه مادة حمضية.[١٠]
• السميّة: يعتبر حمض النيتريك مادة سامة وتسبب حروق شديدة عند التعامل معها دون أخذ الاحتياطات اللازمة.[١]
• الأكسدة: يعد حمض النيتريك عامل مؤكسد قوي، حيث يتفاعل حمض النيتريك بقوة مع عدد من المركبات غير المعدنية مما يؤدي إلى حدوث تفاعلات عنيفة متفجرة، وذلك بالاعتماد على مجموعة عوامل هي تركيز الحمض، درجة الحرارة وعامل الاختزال.[٢]
• قابلية الاشتعال: يعتبر حمض النيتريك مادة غير قابلة للاشتعال، إلا أن هذا لا يقلل من خطورته.[١١]
• عمر النصف: وهو الزمن اللآزم لتحلل نصف كمية المادة، وعمر النصف لحمض النيتريك يساوي 0.092 ثانية.[١٢]
• التخميل أو كبت الفاعلية: عند إضافة حمض النيتريك المركز إلى بعض المعادن كالحديد، الكروم والألمنيوم يتشكل طبقة أكسيد معدني بحيث يحمي المعدن من المزيد من الأكسدة عند تعرضه للهواء نظرًا لقدرة المعدن على التأكسد بدرجةٍ كبيرة.[٢]
• أثر حمض النيتريك في المعادلات الكيميائية: يعد حمض النيتريك مادة قوية تتفاعل مع المواد المختلفة كالآتي:[٢]
• التفاعلات مع المعادن: لحمض النتيريك قدرة عالية على جعل المعادن تذوب كالحديد، النحاس والفضة وينتج عن التفاعل أكاسيد النيتروجين المنخفضة والماء، ويمكن إذابة المعادن النبيلة من خلال إضافة حمض الهيدروكلوريك، ومن الأمثلة على تفاعل حمض النيتريك مع المعادن تفاعله مع النحاس حسب المعادلة الآتية:

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

• التفاعلات مع اللافلزات: عادةً ما يؤدي تفاعل حمض النيتريك مع اللافلزات أو العناصر غير المعدنية -باستثناء السليكون والهالوجين- إلى أكسدة هذه العناصر بقوة، بحيث ينتج من التفاعل ثاني أكسيد النيتروجين في حال كان حمض النيتريك مركز، وينتج أكسيد النيتروجين في حال كان الحمض مخفف، ومن الأمثلة على ذلك تفاعل حمض النيتريك مع الكربون حسب المعادلة الآتية:

C + 4HNO3 → CO2 + 4NO2 + 2H2O

أبرز استخدامات حمض النيتريك

على الرغم من خطورة حمض النيتريك، إلا أنه يعتبر حمض مفيد، يدخل في العديد من الصناعات كصناعة الأسمدة، المتفجرات، صناعة الأدوية، وقود الصواريخ وبعض الصناعات الخشبية، كما أنه يستخدم في مجالات أخرى عديدة، وفيما يأتي أبرز استخدامات حمض النيتريك:

• إذابة الفضة: يتفاعل حمض النيتريك مع العديد من المعادن كالفضة، الذهب والبلاتين وذلك عند اقترانه مع حمض الهيدروكلوريك بحيث يكونان معًا مادة قوية قادرة على إذابة هذه المعادن.[٢]
• صناعة الأسمدة والمتفجرات: يستخدم حمض النيتريك في صناعة الأسمدة مثل نترات الأمنيوم، كما يستخدم في صناعة المتفجرات مثل النتروجليسرين وثلاثي نتروتولوين TNT.[٢]
• وقود للصواريخ: يستخدم حمض النيتريك المدخن الأبيض الذي يسمى IWFNAكعامل مؤكسد في وقود الصواريخ السائل. [٢]
• اختبار قياس الألوان: يستخدم حمض النيتريك في اختبار قياس الألوان للتفريق بين بعض المواد كالهيروين والمورفين.[٢]
• الصناعات الغذائية: يستخدم حمض النتريك في الصناعات الغذائية ويساعد في تنظيف المواد والمعدات الغذائية.[١٣]
• صناعة البوليمرات: يستخدم حمض النيتريك في صناعة مواد وسيطة في صناعة البوليمرات، مثل صناعة حمض هيكسانيدويك hexanedioic acid لصناعة بوليمر الأميد.[١٤]
• صناعة الأدوية: يستخدم حمض النيتريك في صناعة بعض أنواع الأدوية، مثل صناعة نترات البوتاسيوم وهو دواء يستخدم لكيّ الجروح الصغيرة وإزالة الثآليل وعلاج حساسية الأسنان.[١٥]
• الصناعات الخشبية: يستخدم حمض النيتريك المخفف في الصناعات الخشبية لصنع خشب القيقب والصنوبر وجعلها تبدو قديمة.[١٣]
• حفر النحاس: حفر التصاميم على النحاس والأواني النحاسية، حيث يعمل حمض النتريك كمذيب للعديد من المعادن.[١٦]

هل يوجد أضرار لحمض النيتريك؟

حمض النيتريك حمض شديد التآكل، تؤدي الأبخرة المتصاعدة منه إلى حدوث تهيج شديد في العين، الحلق والرئتين، كما يتسبب بتآكل الأسنان، وفي حال تم استنشاق كمية كبيرة من البخار الصادر عنه فسيؤدي ذلك إلى سعال شديد، ألم في الصدر وضيق في التنفس، بالإضافة إلى أنه يسبب حروق شديدة ومؤلمة في حال ملامسته للجلد.[١٧]

كيف يتم تحضير حمض النيتريك في المختبر؟

قام الكيميائيون القدامى باستخدام وتحضير حمض النيتريك، وثمة عملية تحضير شائعة استخدمت لسنوات عديدة قام بها الكيميائي الألماني يوهان رودولف جلوبر في عام 1648م من خلال تسخين نترات البوتاسيوم بحمض الكبريتيك المركز، ثم توالى العلماء من بعده واستخدموا طرقًا مختلفة لتحضيره[١٨]، وفيما يأتي طريقة تحضير حمض النيتريك في المختبر:

الأدوات والمكونات

تستخدم كميات محددة من نترات الصوديوم، نترات البوتاسيوم، حمض الكبريتيك بالإضافة إلى جهاز التقطير الزجاجي في عملية تحضير حمض النيتريك في المختبر كما يأتي:[١٦]

• كمية من مادة نترات الصوديوم NaNO3أو كمية من مادة نترات البوتاسيوم KNO3.
• كمية من حمض الكبريتيك المركز H2SO4.
• جهاز تقطير زجاجي، وهو وعاء زجاجي ذو عنق قصيرة وغطاء زجاجي يحتوي أنبوبة شعرية، والسبب في كونه جهاز زجاجي لأن أبخرة حمض النيتريك المتصاعدة تؤدي إلى تآكل المطاط والفلين.
• كمية من الماء H2O.

طريقة التحضير

يمكن تحضير حمض النيتريك في المختبر باتباع الخطوات الآتية:[١٦]

1. وضع حمض الكبريتيك المركز في جهاز التقطير الزجاجي.
2. إضافة نترات الصوديوم أو نترات البوتاسيوم إلى حمض الكبريتيك المركز الموجود في جهاز التقطير الزجاجي.
3. إنتاج مادة سائلة ذات رائحة خانقة وأبخرة متصاعدة بعد انتهاء عملية التقطير وهي حمض النيتريك النقي عديم اللون.
4. في حال كان حمض النيتريك الناتج ذو لون أصفر أو بني مصفر فذلك نتيجة لتراكم أكاسيد النيتروجين الذائبة في الحمض.
5. إضافة كمية من الماء للتخلص من تراكم أكاسيد النيتروجين والحصول على حمض النيتريك النقي عديم اللون، حيث إن التخفيف بالماء يؤدي إلى تحلل ثاني أكسيد النيتروجين.
6. عدم زيادة حرارة التفاعل عن 200 درجة مئوية، لأن زيادة درجة الحرارة يؤدي إلى تشكل قشرة صلبة من نترات الصوديوم تلتصق بجدار الجهاز الزجاجي ويصعب إزالتها.

معادلة التفاعل

يجري التفاعل بين نترات الصوديوم وحمض الكبريتيك المركز لإنتاج حمض النيتريك حسب المعادلة الآتية:[١٦]

NaNO3 + H2SO4 → NaHSO4 + HNO3

كما يجري التفاعل بين نترات البوتاسيوم وحمض الكبريتيك المركز لإنتاج حمض النيتريك حسب المعادلة الآتية:[١٦]

KNO3 + H2SO4 → KHSO4 + HNO3

يمكن تحضير حمض النيتريك في المختبر بواسطة استخدام نترات الصوديوم أو نترات البوتاسيوم وإضافتها إلى حمض الكبريتيك المركز في جهاز التقطير مما يؤدي إلى تكون حمض النيتريك النقي عديم اللون، وذلك باتباع مجموعة من الخطوات.

إجراءات السلامة عند التعامل مع حمض النيتريك في المختبر

من إجراءات السلامة اللازم معرفتها واتباعها عند التعامل مع حمض النيتريك لضمان سلامة العاملين أو الطلبة في المختبر ما يأتي:[١١]

• استخدام معدات الحماية الشخصية.
• تجنب استنشاق الأبخرة أو الضباب أو الغازات المتصاعدة من الحمض.
• التأكد من وجود تهوية جيدة في المختبر أو مكان العمل.
• عدم استخدام الحمض في حال فساده وعدم تركه حتى يفسد.
• تنظيف الحمض في حال انسكابه بواسطة مكنسة كهربائية محمية كهربائيًا أو بواسطة فرشاة رطبة ثم وضعه في حاوية خاص ة للتخلص منه وفقًا لتعليمات المختبر.
• الحفظ في أماكن بعيدة عن الحرارة ومصادر الاشتعال.

الإسعافات الأولية اللازمة عند استنشاق أو ملامسة حمض النيتريك

من تدابير الإسعافات الأولية التي ينصح بها في حالة تعرض شخص لاستنشاق أو ملامسة حمض النيتريك ما يأتي: [١١]

1. إخراج الشخص من المنطقة التي يوجد فيها الحمض ونقله إلى الهواء الطلق وإجراء التنفس الصناعي له في حال عدم قدرته على التنفس ثم استشارة الطبيب.
2. خلع الملابس والأحذية الملوثة وغسل المنطقة بالماء والصابون جيدًا، ثم استشارة الطبيب عند ملامسة حمض النيتريك للجلد.
3. غسل العين بكمية كبيرة من الماء ولمدة لا تقل عن 15 دقيقة والتوجه إلى طبيب فورًا في حال ملامسته للعين.
4. عدم تحريض القيء، أو إعطاء أي شيء للشخص عن طريق الفم في حال تعرضه للإغماء بعد ابتلاع الحمض، وإنما غسل الفم بكمية وفيرة من الماء واستشارة الطبيب.

المراجع[+]

1. ^ أ ب ت “Nitric acid”, britannica, Retrieved 2020-11-18. Edited.
2. ^ أ ب ت ث ج ح خ د “Nitric acid”, newworldencyclopedia, Retrieved 2020-11-18. Edited.
3. ^ أ ب “Nitric Acid – HNO3”, byjus, Retrieved 2020-11-18. Edited.
4. ↑ “Nitric acid”, chemspider, Retrieved 2020-11-18. Edited.
5. ↑ “JABIR IBN HAYYAN”, inside.nku, Retrieved 2020-11-18. Edited.
6. ↑ “Nitric acid”, pubchem.ncbi.nlm.nih, Retrieved 2020-11-20. Edited.
7. ^ أ ب “Nitric acid”, britannica, Retrieved 2020-11-18. Edited.
8. ↑ “Nitric acid”, newworldencyclopedia, Retrieved 2020-11-18. Edited.
9. ^ أ ب “Nitric acid”, pubchem.ncbi.nlm.nih, Retrieved 2020-11-18. Edited.
10. ↑ “Nitric acid turns red litmus blue.”, toppr, Retrieved 2020-11-19. Edited.
11. ^ أ ب ت “Material Safety Data Sheet”, nwmissouri, Retrieved 2020-11-19. Edited.
12. ↑ “The biological lifetime of nitric oxide: Implications for the perivascular dynamics of NO and O2”, ncbi.nlm.nih, Retrieved 2020-11-19. Edited.
13. ^ أ ب “Uses of Nitric Acid”, byjus, Retrieved 2020-11-19. Edited.
14. ↑ “Nitric acid”, essentialchemicalindustry, Retrieved 2020-11-19. Edited.
15. ↑ “Nitric Acid”, go.drugbank, Retrieved 2020-11-19. Edited.
16. ^ أ ب ت ث ج “Nitric Acid”, topperlearning, Retrieved 2020-11-20. Edited.
17. ↑ “Nitric acid”, npi.gov, Retrieved 2020-11-19. Edited.
18. ↑ “Nitric acid”, britannica, Retrieved 2020-11-19. Edited.