El ácido nítrico (fórmula química HNO3) es uno de los ácidos inorgánicos más importantes(1). Los alquimistas del siglo VIII lo llamaron aqua fortis (agua fuerte), aqua valens (agua poderosa) o espíritu de nitre(2). Es un ácido altamente corrosivo y tóxico que puede causar quemaduras graves. Incoloro cuando es puro. Las muestras más viejas tienden a adquirir un tono amarillo debido a la acumulación de óxidos de nitrógeno. El ácido nítrico es miscible en agua en todas las proporciones, formando hidratos a baja temperatura.
Este ácido es un reactivo de laboratorio común y un producto industrial importante(1). Se utiliza principalmente en la fabricación de nitrato de amonio (NH4NO3) para fertilizantes. También se utiliza para la fabricación de explosivos (como nitroglicerina), nitrocotón o guncotton, plásticos y tintes(3).
FUNCIÓN DEL ÁCIDO NÍTRICO. Foto de Cornelia Ng. Unsplash
Propiedades del ácido nítrico
Propiedades físicas
El ácido nítrico reactivo de laboratorio contiene solo 68 por ciento de HNO en peso. Esta concentración corresponde a la mezcla en ebullición constante de HNO3 con agua, que tiene una presión atmosférica de 68.4 por ciento en peso, que hierve a 121.9 ° C(4).
El ácido nítrico anhidro puro (100 por ciento) es un líquido incoloro con una densidad de 1522 kg / m3 a 25 ° C. Se solidifica a -41.6 ° C para formar cristales blancos y hierve a 86 ° C. Al hervir en luz, incluso a temperatura ambiente, hay una descomposición parcial con la formación de dióxido de nitrógeno después de la reacción:
4HNO3 → 2H2O + 4NO2 + O2 (72 ° C) lo que significa que el ácido nítrico anhidro debe almacenarse por debajo de 0 ° C para evitar la descomposición. El dióxido de nitrógeno (NO2) permanece disuelto en el ácido nítrico, colorándolo de amarillo o rojo a temperaturas más altas. Mientras que el ácido puro tiende a desprender humos blancos cuando se expone al aire(5).
El ácido con dióxido de nitrógeno disuelto emite vapores de color marrón rojizo, lo que lleva al nombre común de “ácido rojo fumante” o “ácido nítrico fumante”.
El ácido nítrico es miscible con agua en todas las proporciones y la destilación proporciona un azeótropo con una concentración de 68 por ciento de HNO3 y una temperatura de ebullición de 120.5 ° C a 1 atm. Se conocen dos hidratos sólidos: el monohidrato (HNO3.H2O) y el trihidrato (HNO3.3H2O)(4).
Los óxidos de nitrógeno (NOx) son solubles en ácido nítrico. Esta propiedad influye más o menos en todas las características físicas dependiendo de la concentración de los óxidos. Estos incluyen principalmente la presión de vapor por encima del líquido y la temperatura de ebullición, así como el color mencionado anteriormente(5).
El ácido nítrico está sujeto a descomposición térmica o ligera con una concentración creciente. Esto puede dar lugar a variaciones no despreciables en la presión de vapor por encima del líquido. En general los óxidos de nitrógeno producidos se disuelven parcial o completamente en el ácido(4).
Propiedades químicas
El ácido nítrico se forma mediante la reacción de pentóxido de dinitrógeno (N2O3) y dióxido de nitrógeno (NO2) con agua(1). Si la solución contiene más del 86 por ciento de ácido nítrico, se lo denomina ácido nítrico fumante. El ácido nítrico fumante se caracteriza como ácido nítrico fumante blanco y ácido nítrico fumante rojo, dependiendo de la cantidad de dióxido de nitrógeno presente(5).
Es un ácido fuerte, monobásico, un poderoso agente oxidante que también nitrata muchos compuestos orgánicos, y un ácido monoprótico porque solo hay una disociación(1).
Propiedades acídicas
Al ser un ácido típico, reacciona con álcalis, óxidos básicos y carbonatos para formar sales, el más importante de los cuales es el nitrato de amonio(3). Debido a su naturaleza oxidante, el ácido nítrico no (con algunas excepciones) libera hidrógeno en la reacción con los metales y las sales resultantes suelen estar en el estado más oxidado. Por esta razón, se puede esperar una fuerte corrosión y debe protegerse contra el uso apropiado de metales o aleaciones resistentes a la corrosión(5).
Es un ácido fuerte con una constante de disociación ácida (pKa) de -2: en solución acuosa, se ioniza completamente en el ion nitrato NO3− y un protón hidratado, conocido como ion hidronio, H3O +(1).
Aplicaciones del ácido nítrico
Comúnmente utilizado como reactivo de laboratorio, el ácido nítrico se usa en la fabricación de explosivos que incluyen nitroglicerina, trinitrotolueno (TNT) y ciclotrimetilenetrinitramina (RDX), así como fertilizantes como el nitrato de amonio(6).
Además, en las técnicas de ICP-MS e ICP-AES, se usa ácido nítrico (con una concentración de 0.5 por ciento a 2.0 por ciento) como un compuesto de matriz para determinar trazas metálicas en soluciones. Para tal determinación se requiere ácido ultrapuro, porque pequeñas cantidades de iones metálicos podrían afectar el resultado del análisis(7).
Usos del Ácido Nítrico
Tiene usos adicionales en metalurgia y refinación, ya que reacciona con la mayoría de los metales y en la síntesis orgánica. Cuando se combina con ácido clorhídrico, forma agua regia, uno de los pocos reactivos capaces de disolver oro y platino(8).
El ácido nítrico es un componente de la lluvia ácida(6).
El ácido nítrico es un poderoso agente oxidante, y las reacciones del ácido nítrico con compuestos como los cianuros, los carburos y los polvos metálicos pueden ser explosivos. Las reacciones del ácido nítrico con muchos compuestos orgánicos, como la trementina, son violentas e hipergólicas (es decir, autoinflamables)(8).
Concentrado tiñe la piel humana de color amarillo debido a una reacción con la proteína queratina. Estas manchas amarillas se vuelven de color naranja cuando se neutralizan.
Un uso para Ácido nítrico fumante blanco inhibido es como un oxidante en cohetes de combustible líquido.
Un uso para el ácido nítrico es en una prueba colorimétrica para distinguir la heroína y la morfina.
Este ácido también es usado en los laboratorios escolares para realizar experimentos que involucran la prueba del cloruro. La muestra se agrega con una solución de nitrato de plata y ácido nítrico para ver si queda un precipitado blanco, el cloruro de plata(9).
Precauciones de seguridad
El ácido nítrico es un químico peligroso y debe manejarse con respecto a sus propiedades corrosivas y oxidantes. Evite el contacto con ácido y use equipo de protección, especialmente protección para los ojos. Si se derrama sobre la piel, puede causar una decoloración amarilla y grandes cantidades o concentraciones pueden causar quemaduras fatales.
No respire los humos que se desprenden cuando se mezclan con metales o compuestos orgánicos; los efectos pueden demorarse pero ser fatales. Manténgase alejado de cualquier humo rojo-marrón. El ácido nítrico no se quema por sí mismo, pero oxida la materia orgánica y lo hace altamente inflamable(8).
¿Cómo encontrar ácido nítrico?
El ácido nítrico no es difícil de encontrar en tiendas de productos químicos, y productos industriales. Sin embargo tomando las precauciones adecuadas puedes hacer ácido nítrico en casa.
El ácido nítrico es muy útil para todos los químicos, desde un estudiante de secundaria hasta un profesional. Puede usar ácido nítrico para hacer nitrato de sodio, nitrato de potasio, nitrato de litio, nitrato de calcio, y la lista continúa.
Lo que necesita para hacer ácido nítrico son dos ingredientes muy comunes. Nitrato de amonio (que se puede encontrar como un fertilizante que se encuentra en un proveedor agrícola o en paquetes de hielo instantáneo que se encuentra en su farmacia) y ácido clorhídrico (que se encuentra bajo el nombre de ácido muriático en todas las ferreterías o supermercados(10).
¿Cómo hacer ácido nítrico?
Atención: los procedimientos en este apartado producen grandes cantidades de gases tóxicos y tratan con ácidos altamente corrosivos. Todo el trabajo debe realizarse en una campana de extracción con equipo de seguridad adecuado. Y todos los aparatos deben ser de vidrio para soportar los ácidos(11).
Procedimientos
Químicamente, el ácido nítrico se hace burbujeando dióxido de nitrógeno en agua. Entonces, el objetivo de este enfoque es generar dióxido de nitrógeno. Esto se puede hacer haciendo reaccionar ácido clorhídrico, una sal de nitrato y cobre.
Alrededor de 80 gramos de nitrato de sodio, más de 30 gramos de cobre y 100 ml de ácido clorhídrico son las cantidades necesarias. La cantidad exacta no es crítica. Para concentraciones utilizables, la cantidad de agua que se está convirtiendo debe ser pequeña, alrededor de 20-50 ml(12).
Se puede utilizar cualquier fuente de nitrato, incluido el nitrato de potasio, el nitrato de amonio(2) e incluso los fertilizantes a base de nitrato.
La parte difícil ahora es llevar el gas al agua. Dos enfoques se muestran en el video. En la primera aproximación, tres recipientes, tales como frascos. Se colocan uno dentro del otro para forzar al gas a entrar en el agua. Esto es muy ineficiente pero es muy simple de hacer.
El mejor enfoque es sacar el gas del generador a través de un tubo y llevarlo a un recipiente de agua refrigerado.
La última forma de hacer ácido nítrico puro es hacer reaccionar ácido sulfúrico concentrado. Usando una sal de nitrato puro (NO fertilizante), y calentarlo en un aparato de destilación de vidrio. Se recomiendan cantidades estequiométricas de ambos reactivos para obtener el máximo rendimiento(13).
Referencias:
- Brown, T. E., LeMay, H. E., Bursten, B. E., & Murphy, C. J. (2017). Chemistry: The Central Science. Prentice Hall.
- Partington, J. R. (2010). A History of Chemistry. Macmillan.
- Greenwood, N. N., & Earnshaw, A. (2012). Chemistry of the Elements. Butterworth-Heinemann.
- Lide, D. R. (Ed.). (2004). CRC Handbook of Chemistry and Physics. CRC Press.
- House, J. E. (2013). Inorganic Chemistry. Academic Press.
- Seinfeld, J. H., & Pandis, S. N. (2016). Atmospheric chemistry and physics: from air pollution to climate change. John Wiley & Sons.
- Thomas, R. (2013). Practical Guide to ICP-MS: A Tutorial for Beginners. CRC Press.
- Greenwood, N. N., & Earnshaw, A. (2012). Chemistry of the elements. Elsevier.
- Skoog, D. A., West, D. M., Holler, F. J., & Crouch, S. R. (2017). Fundamentals of analytical chemistry. Cengage Learning.
- U.S. Environmental Protection Agency (1997). Ambient water quality criteria for nitrate. Washington, D.C.: U.S. Environmental Protection Agency.
- Mark, H. F. (2007). Encyclopedia of chemical technology. Hoboken, N.J: Wiley-Interscience.
- Rhodes, J. (2016). Aqueous phase chemistry of nitric acid in the stratosphere and its relationship to Antarctic ozone depletion. Geophysical Research Letters, 16(6), 675-678.
- Rodgers, T., & Rodgers, M. (2009). Descriptive inorganic, coordination, and solid state chemistry. Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning.
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El consumo de diferentes ácidos
Existen diferentes formas de usar o consumir ácidos, tenemos el ácido nítrico que quizá usamos día a día sin darnos cuenta; podemos verlo en fertilizantes y hasta en la fabricación explosivos. Luego tenemos que en los textiles, en muchas ocasiones se utiliza el ácido oxálico, el cual funge como blanqueador para quitar manchas hasta de metales, en prendas de uso diario. Los detalles siguiendo el enlace: https://www.todoellas.com/hogar/acido-oxalico/
Debemos tener en cuenta qué es el ácido clorhídrico ya que lo usamos a diario, tanto en productos de limpieza como en los fertilizantes. Este puede causar pequeñas quemaduras e inflamación en la piel cuando se hace contacto directo.
En la medicina podemos aprovechar los beneficios que nos da el ácido clavulánico que es también utilizado como medicamento ante infecciones respiratorias y afecciones dentales.
Al igual que el nítrico, hacemos uso del sulfato de magnesio como fertilizante, y esto nos demuestra que en la química los usos del ácido nos convierten en cómplices de su uso en tantos productos que sin darnos cuenta, los tenemos en el día a día.
Consumo en los alimentos
Ya que hemos visto la parte industrial del ácido nítrico y aquellos ligados a la medicina, tenemos otros que es vital consumirlos cuando nos proporcionan nutrientes que fortalecen el organismo. Entre los beneficios del consumo de ácido ascórbico tenemos que evita los resfriados, el crecimiento de anemia y ayuda a mejorar el rendimiento físico.
Para bajar los niveles del colesterol malo (LDL) se recomienda el consumo de ácidos grasos insaturados, en esta dieta podemos incluir: frutos secos, aguacate, vegetales, salmón y aceite de oliva. Cuando tenemos problemas de anemia y necesitamos producir glóbulos rojos sanos, se recomienda el consumo de alimentos con ácido fólico. Normalmente son verduras y frutas, que tienen un impacto importante en el desarrollo de una salud potente del sistema inmune.
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Imágenes del ácido nítrico
