¿Cuál es la conexión entre el ácido nítrico y el ácido sulfúrico?

El ácido nítrico y el ácido sulfúrico son dos de los productos químicos industriales más importantes y se producen en grandes cantidades. Están conectados de varias maneras, en términos de su fabricación y sus usos. Ambos ácidos son vitales para las industrias de fertilizantes y explosivos y se encuentran entre los reactivos de laboratorio más utilizados. También son contaminantes graves y contribuyen a la lluvia ácida.

Un primer método para hacer ácido sulfúrico fue calentando salitre (NaNO3) y azufre con vapor. El ácido nítrico (HNO ₃ ) se produjo primero destilando salitre con ácido sulfúrico concentrado (H ₂ SO ₄ ). Los dos productos químicos reaccionan para producir ácido nítrico e hidrogenosulfato de sodio: H ₂ SO 4 + NaNO ₃ → NaHSO ₄ + HNO ₃ . La mezcla se calienta y el ácido nítrico, que hierve a 181.4 ° F (83 ° C), se produce como un vapor que se condensa en un receptor.

Estos métodos de producción han sido reemplazados en el contexto industrial, pero la destilación de un nitrato metálico con ácido sulfúrico todavía puede emplearse para producir pequeñas cantidades de ácido nítrico en el laboratorio. El vapor de ácido nítrico caliente tiende a descomponerse parcialmente en dióxido de nitrógeno, agua y oxígeno, dando como resultado un ácido impuro. Para obtener el ácido puro, la destilación se realiza a presión reducida, por lo que se requiere menos calor. El aparato utilizado debe ser todo de vidrio, ya que el ácido nítrico destruye rápidamente el caucho, el corcho y la mayoría de los plásticos.

Hoy en día, el ácido nítrico se fabrica comercialmente mediante la oxidación catalítica del amoníaco, formando dióxido de nitrógeno, que se disuelve en agua para producir el ácido. El ácido crudo puede ser destilado para producir concentraciones de hasta 68.5%, en cuyo punto forma un azeótropo con agua. Este es el ácido nítrico comercial utilizado para la mayoría de las aplicaciones y como reactivo de laboratorio. No se pueden obtener concentraciones más altas por simple destilación. Cuando se requiere ácido nítrico anhidro o muy altamente concentrado, a menudo llamado "ácido nítrico fumante", se puede producir por destilación a presión reducida con ácido sulfúrico concentrado, que elimina el agua.

El mayor uso tanto del ácido nítrico como del ácido sulfúrico es en la industria de los fertilizantes. El ácido nítrico se usa en la producción de fertilizantes de nitrato, que liberan nitrógeno esencial en una forma que las plantas pueden absorber fácilmente. El nitrato de amonio es uno de los fertilizantes más utilizados. El ácido sulfúrico se hace reaccionar con harina de fosfato o harina de hueso para producir "superfosfato", que proporciona fósforo, otro elemento esencial para las plantas. Este ácido también se usa en la producción de sulfato de amonio, un fertilizante común.

Otra aplicación industrial importante para el ácido nítrico y el ácido sulfúrico es la producción de explosivos. La mayoría de los explosivos de uso militar y comercial se sintetizan mediante compuestos orgánicos nitrantes; En este proceso, los iones nitronio (NO ₂ ⁺ ) se utilizan para reemplazar los grupos hidroxilo (OH) con grupos nitro (NO ₂ ). Los iones NO ₂ ⁺ se proporcionan combinando ácido nítrico y ácido sulfúrico, que reaccionan de la siguiente manera: HNO ₃ + 2H ₂ SO ₄ → H ₃ O ⁺ + NO ₂ ⁺ + 2HSO ₄ ^- .

Para algunos explosivos, por ejemplo trinitrotolueno (TNT), la mezcla debe estar libre de agua. Esto puede garantizarse mediante el uso de ácido nítrico anhidro o "humeante". Alternativamente, el ácido nítrico comercial se puede usar con el oleum, hecho disolviendo el trióxido de azufre (SO ₃ ) en ácido sulfúrico concentrado, de modo que el agua se elimine en combinación con SO ₃ para producir más ácido sulfúrico. Generalmente se prefiere el último método, ya que el oleum se fabrica fácilmente mediante el mismo proceso que produce la mayoría del ácido sulfúrico. La producción de ácido nítrico fumante es relativamente costosa de producir, peligrosa de transportar y propensa a la descomposición a menos que se mantenga refrigerada.

Además de sus aplicaciones industriales, el ácido nítrico y el ácido sulfúrico se encuentran entre los reactivos de laboratorio más utilizados. Ambos son útiles en procedimientos que requieren ácidos fuertes. El ácido sulfúrico es un poderoso agente deshidratante que puede usarse para secar algunos gases recién preparados y en reacciones que implican la eliminación de agua de los compuestos. También se puede usar para liberar otros ácidos de sus sales. El ácido nítrico es útil como agente oxidante, como agente nitrante y se usa ampliamente en análisis químicos, especialmente en la identificación de metales presentes en muestras de suelo y minerales.

Los ácidos sulfúrico y nítrico también son contaminantes importantes y contribuyen a la lluvia ácida. El ácido nítrico se forma cuando el dióxido de nitrógeno gaseoso, que se encuentra en el escape del vehículo y se produce naturalmente por la acción de los rayos, se disuelve en agua. El ácido sulfúrico se forma cuando el dióxido de azufre, producido por la quema de combustibles fósiles y naturalmente por los volcanes, reacciona con el oxígeno para formar trióxido de azufre, que se disuelve en agua para producir ácido sulfúrico. A pesar de la producción natural de estos compuestos, las fuentes artificiales representan la mayor parte de la lluvia ácida. El ácido sulfúrico es el mayor contribuyente, ya que el dióxido de azufre es un contaminante más común que el dióxido de nitrógeno.