Kwas azotowy HNO3 należy do najważniejszych kwasów nieorganicznych. Jako kluczowy składnik nawozów jest jednym z najpowszechniej produkowanych surowców chemicznych na świecie. Zdaniem analityków Fortune Business Insights w najbliższych dekadach zapotrzebowanie na niego będzie stale wzrastać.
Kwas azotowy – właściwości
Najwcześniejsze wzmianki o kwasie azotowym sięgają XIV w. i pierwszych śmiałych prób alchemicznych. Wykorzystywano go wówczas do produkcji tzw. wody królewskiej (aqua regia), czyli roztworu zdolnego do rozpuszczania złota i platyny. Faktycznie, HNO3 jest substancją silnie korodującą i bardzo aktywną chemicznie.
Kwas azotowy (V) jest bezbarwną cieczą o wyjątkowo ostrym zapachu i właściwościach żrących. Przy dłuższym przechowywaniu pod wpływem temperatury zmienia barwę na żółtą wskutek spontanicznego rozkładu na tlenki azotu oraz wodę. Łatwo reaguje z wieloma substancjami, a rozpuszczany w wodzie produkuje ciepło. Znacząca część reakcji z jego udziałem ma wręcz charakter wybuchowy.
Zarówno sam kwas azotowy, jak i jego sole są silnymi utleniaczami. Fakt ten tłumaczy gwałtowność reakcji z metalami, w wyniku których uwalniany jest wodór. Reakcjom z HNO3 podlegają jednak również nieaktywne metale oraz niektóre niemetale, np. siarka, fosfor oraz węgiel w postaci grafitu. Te ostatnie utleniają się do postaci kwasów.
Stężony kwas azotowy jest substancją wysoce niebezpieczną dla zdrowia. Przy kontakcie ze skórą powoduje poważne oparzenia, a nawet martwicę. W postaci oparów atakuje drogi oddechowe, prowadząc do obrzęku i zapalenia płuc. Przypadkowa konsumpcja HNO3 może natomiast spowodować śmierć wskutek perforacji ściany żołądka lub jelit.
Jak powstaje kwas azotowy (V)?
Kwas azotowy można otrzymać w wyniku reakcji dwutlenku azotu z wodą. W celach komercyjnych podstawową metodą produkcji jest tzw. proces Ostwalda. Mowa o katalitycznym utlenianiu amoniaku do tlenku azotu, który za pomocą specjalnych wież absorpcyjnych pozwala uzyskać stężony kwas HNO3. Do celów handlowych najbardziej pożądane jest stężenie na poziomie 65–68%.
W warunkach laboratoryjnych alternatywnym sposobem produkcji jest reakcja saletry potasowej z kwasem siarkowym, w wyniku której powstaje czysty kwas azotowy (V).
Zastosowania kwasu azotowego
W rezultacie neutralizacji kwasu azotowego amoniakiem powstaje azotan amonu – najważniejszy składnik nawozów mineralnych stosowanych na całym świecie. Dostarcza on roślinom uprawnym i ozdobnym potrzebnego do wzrostu azotu w wysokich, dobrze przyswajalnych dawkach. Ponadto kwas HNO3 może być stosowany w ogrodnictwie do zakwaszania podłoża.
W przemyśle chemicznym kwas azotowy (V) jest przede wszystkim prekursorem do pozyskiwania organicznych związków azotu, np. nitrobenzenów. W połączeniu ze związkami aromatycznymi daje substancje wykorzystywane do produkcji materiałów wybuchowych, takich jak TNT (trotyl) czy nitrogliceryna.
Kolejnym ważnym zastosowaniem jest paliwo rakietowe. W tym celu przygotowuje się mieszaninę HNO3, tetratlenku diazotu oraz nadtlenku wodoru, znaną również jako czerwony dymiący kwas azotowy. Jego wykorzystanie w przemyśle kosmicznym uwarunkowane jest możliwością efektywnego magazynowania surowca.
Na uwagę zasługuje również potencjał kwasu azotowego w zakresie produkcji tworzyw sztucznych. Dzięki zainicjowanej przez niego oksydacji powstaje kwas adypinowy, służący dalej do wytwarzania włókien syntetycznych takich jak nylon.
Inne, bardziej niszowe sposoby wykorzystania kwasu azotowego (V) obejmują:
- produkcję barwników organicznych oraz lakierów;
- przemysł farmaceutyczny;
- produkcję środków grzybobójczych;
- oczyszczanie i wytrawianie powierzchni metali;
- rafinację metali szlachetnych w przemyśle biżuteryjnym;
- sztuczne postarzanie drewna w celu uzyskania pożądanego odcienia;
- produkcję środków czyszczących do domowego wykorzystania;
- wykrywanie śladów metali w badanych laboratoryjnie substancjach.
Stężony kwas azotowy a środki ostrożności
Ze względu na wybuchowy charakter reakcji oraz otrzymanych w ich wyniku mieszanin, jak również wyjątkowe zagrożenie dla zdrowia, kwas azotowy (V) wymaga szczególnej ostrożności podczas składowania i używania. W zgodzie z przepisami ADR dotyczącymi transportu towarów niebezpiecznych powinien być przewożony w aluminiowych zbiornikach lub cysternach z odpowiednim oznaczeniem.
Do magazynowania kwasu azotowego stosuje się specjalne zbiorniki odporne na jego działanie. Muszą być one odpowiednio szczelne i przechowywane bez dostępu promieni słonecznych, w temperaturze poniżej 20°C. W pobliżu nie powinny znajdować się metale ani substancje łatwopalne. Samo pomieszczenie musi być dobrze wentylowane.
Stężony kwas azotowy wymaga również wykorzystania środków indywidualnej ochrony podczas manipulacji surowcem. Każda osoba mająca styczność z kwasem powinna obowiązkowo nosić respirator, okulary ochronne oraz kwasoodporne ubranie i rękawice. Po pracy wskazane jest dokładne umycie rąk i twarzy oraz pokrycie skóry kremem barierowym.
Jak kwas azotowy (V) wpływa na środowisko naturalne?
Przypadkowe uwolnienie kwasu HNO3 do środowiska stwarza zagrożenie dla ludzi, zwierząt oraz roślin. Za wszelką cenę należy więc zapobiec przedostawaniu się kwasu do wód powierzchniowych i gruntowych. Ewentualne wycieki muszą być natychmiastowo likwidowane za pomocą materiałów absorpcyjnych lub przez odpompowanie.
Kwas azotowy to surowiec o masowym wykorzystaniu i kluczowej roli w przemyśle nawozów sztucznych, materiałów wybuchowych oraz tworzyw syntetycznych. Korzyści związane z jego wykorzystaniem nie mogą jednak przyćmiewać potencjalnych zagrożeń. Odpowiedzialne stosowanie się do obowiązujących przepisów jest najlepszą formą zapobiegania groźnym dla życia wypadkom.