Ácido nítricoEl compuesto químico ácido nítrico es un líquido corrosivo y tóxico que puede ocasionar graves quemaduras.

Tanto el ácido nítrico, como el clorhídrico y el sulfúrico fueron descubiertos por Jabir ibn Hayyan.

Es utilizado comúnmente como un reactivo de laboratorio, se utiliza para fabricar explosivos como

la nitroglicerina ytrinitrotolueno (TNT), así como fertilizantes como el nitrato de amonio. Tiene usos

adicionales en metalurgia y en refinado, ya que reacciona con la mayoría de los metales y en la síntesis

química. Cuando se mezcla con el ácido clorhídrico forma el agua regia, un raro reactivo capaz de disolver

el oro y el platino. El ácido nítrico también es un componente de la lluvia ácida.

Síntesis

El ácido nítrico se obtiene mezclando pentóxido de dinitrógeno (N2O5) y agua . Sintetizar ácido nítrico puro

impone habitualmente la destilación con ácido sulfúrico, ya que el ácido nítrico forma un azeótropo con el agua

en una composición del 68% de ácido nítrico y 32% de agua. Las soluciones comerciales incluyen entre un 52%

y un 68% de ácido nítrico. Si la solución incluye más de un 86% de ácido nítrico se nombra como ácido nítrico

fumante y viene en dos variedades, blanco y rojo. El ácido nítrico blanco fumante también se llama 100% ya

que no tiene casi agua (menos de un 1%) según el proceso.

A nivel industrial, se fabrica mediante la síntesis del amoniaco y oxígeno. Ambos elementos se combinan en un

reactor de grandes proporciones ante la presencia de un catalizador metálico. Debido a las altas temperaturas

que se soportan (700-900 grados Celsius), se utilizan metales que mantengan sus características físicas a estas

temperaturas, siendo el más apropiado el platino, en combinación con rodio (5-10%) que le aporta más rigidez.

Propiedades

Propiedades físicas

El ácido nítrico puro es un líquido viscoso, incoloro e inodoro. A menudo, distintas impurezas lo colorean de

amarillo-marrón. A temperatura ambiente libera humos rojos o amarillos. El ácido nítrico concentrado tiñe

la piel humana de amarillo al contacto, debido a una reacción con la cisteina presente en la queratina de la

piel.

Punto de ebullición: 121 °C Punto de fusión: -41,6 °C Densidad relativa (agua = 1): 1,4 Solubilidad en agua:

Miscible Presión de vapor, kPa a 20 °C: 6,4 Densidad relativa de vapor (aire = 1): 2,2

Propiedades químicas

El ácido nítrico es un agente oxidante potente; sus reacciones con compuestos como los cianuros, carburos, y

polvos metálicos pueden ser explosivas. Las reacciones del ácido nítrico con muchos compuestos orgánicos,

como de la trementina, son violentas, la mezcla siendo hipergólica (es decir, autoinflamable). Es

un oxácido fuerte: en solución acuosa se disociacompletamente en un ion nitrato NO3- y un protón hídrico. Las

sales del ácido nítrico (que contienen el ion nitrato) se llamannitratos.

Aplicaciones

1. Como agente nitrante en la fabricación de explosivos.

2. En la fabricación de abonos. El nitrosulfato amónico es un abono nitrogenado simple obtenido

químicamente de la reacción del ácido nítrico y sulfúrico con amoniaco.2

3. El ácido nítrico es empleado, en algunos casos, en el proceso de pasivación.

4. El ácido nítrico es utilizado en grabado artístico (aguafuerte), también se usa para comprobar el oro y

el platino.

Ácido nítrico

Ácido nítrico

GeneralOtros nombres Trioxonitrato (V) de hidrógenoÁcido de grabadoresAqua fortisÁcido azóicoNitrato de HidrógenoEspíritu de NitroÁcido de SalitreScheidewasserÁcido azóticoEspíritu de SalitreÁcido de nitroFórmula estructuralVéase imagen arribaFórmula molecularHNO3IdentificadoresNúmero CAS7697-37-21Número RTECSQU5775000PubChem944Propiedades físicasEstado de agregaciónLíquidoApariencia Límpido - transparente (si es puro) o amarillento (si posee residuos de la síntesis industrial)Densidad1500 kg/m3; 1,5 g/cm3Masa molar

63.012 g/molPunto de fusión231 K (-42 °C)Punto de ebullición356 K (83 °C)Propiedades químicasSolubilidaden agua Miscible en cualquier proporciónMomento dipolar2,17 DTermoquímicaS0gas, 1 bar266,39 J•mol-1•K

RiesgosIngestión Corrosivo. Dolor abdominal, sensación de quemazón, shock.Inhalación Corrosión del tracto respiratorio, tos, dificultad respiratoria, pérdida del conocimiento.Piel Puede causar graves quemaduras.Ojos Quemaduras graves e irritación ocular.Valores en el SI y en condiciones normales(0 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.

4. Estabilidad y reactividad

La sustancia se descompone al calentarla suavemente, produciendo óxidos de nitrógeno. La sustancia es un oxidante fuerte y reacciona violentamente con materiales combustibles y reductores, ej., trementina, carbón, alcohol. La sustancia es un ácido fuerte, reacciona violentamente con bases y es corrosiva para los metales. Reacciona violentamente con compuestos orgánicos (ej., acetona, ácido acético, anhídrido acético) originando peligro de incendio y explosión. Ataca a algunos plásticos.Condiciones que deben evitarse: NO poner en contacto con sustancias inflamables. NO poner en contacto con compuestos orgánicos o combustibles.Materiales a evitar: Trementina, carbón, alcohol, acetona, ácido acético anhídrido acético, bases y metales.Productos de descomposición: Oxidos de nitrógeno.Polimerización: No aplicable.

5. Información toxicológica

Efectos agudos Efectos crónicos

Contacto con la piel

Corrosivo. Quemaduras cutáneas graves, dolor, decoloración amarilla.

No hay información disponible.

Contacto con los ojos

Corrosivo. Enrojecimiento, dolor, quemaduras profundas graves.

No hay información disponible.

Inhalación

Sensación de quemazón, tos, dificultad respiratoria, pérdida del conocimiento.

No hay información disponible.

IngestiónCorrosivo. Dolor abdominal, sensación de quemazón, shock.

No hay información disponible.

Otros

Está indicado examen médico periódico dependiendo del grado de exposición. Los síntomas del edema pulmonar no se ponen de manifiesto, a menudo, hasta pasadas algunas horas y se agravan por el esfuerzo físico. Reposo y vigilancia médica son, por ello, imprescindibles.Enjuagar la ropa contaminada con agua abundante (peligro de incendio).

Límite en aire de lugar de trabajo (s/ Res. 444/91)CMP: 5 mg/m3 CMP-CPT: 10 mg/m3

Límite biológico (s/ Res. 444/91): No establecido.Límite NIOSH REL: TWA 2 ppm (5 mg/m3) ST 4 ppm (10 mg/m3)Límite OSHA PEL: TWA 2 ppm (5 mg/m3)Nivel guía para fuentes de agua de bebida humana (s/ Dto. 831/93): 50 ug/l

6. Riesgos de incendio y explosión

Incendio: No combustible pero facilita la combustión de otras sustancias. En caso de incendio desprenden humos (o gases) tóxicos e irritantes.Explosión: Riesgo de incendio y explosión en contacto con muchos compuestos orgánicos.Puntos de inflamación: No aplicable.Temperatura de autoignición: No aplicable.

7. Efectos ecotóxicos

Residuo clasificado peligroso / especial

S/ Ley 24-051 - Dto. 831/93 (Nación)

S/ Ley 11.720 - Dto. 806/97 (Bs.As.)

SI NO SI NO

Límite en emisiones gaseosas

S/ Dto. 831/93 (Nación)

S/ Dto. 3395/96 (Bs.As.)

Nivel guía de Nivel guía de

emisión:No establecido.Nivel guía de calidad de aire: No establecido.

emisión:No establecido.Nivel guía de calidad de aire: No establecido.

Límite en vertidos líquidos

S/ Res. 79179/90 (Nación)

S/ Res. 287/90 (Bs.As.)

No establecido. No establecido.

8. Equipos de protección personal

Protección respiratoria: Sí.Protección de manos: Sí.Protección de ojos: Sí.Protección del cuerpo: Sí.Instalaciones de seguridad: Ducha y lavaojos.

9. Manipuleo y almacenamiento

Condiciones de manipuleo: NO poner en contacto con sustancias inflamables. NO poner en contacto con compuestos organicos o combustibles. No comer, ni beber, ni fumar, durante el trabajo.Condiciones de almacenamiento: Separado de sustancias combustibles y reductoras, bases, compuestos orgánicos, alimentos y piensos. Mantener en lugar fresco, seco y bien ventilado.

10. Medidas a tomar en caso de derrames y/o fugas

Precauciones personales: Traje de protección personal completa incluyendo equipo autónomo de respiración..Precauciones ambientales: No verter al alcantarillado.Métodos de limpieza: Evacuar la zona de peligro. Consultar a un experto. Ventilar. Recoger el líquido procedente de la fuga en recipientes precintables, neutralizar cuidadosamente el residuo con carbonato sódico y eliminarlo a continuación con agua abundante. NO absorber en aserrín u otros absorbentes combustibles.

11. Medidas a tomar en caso de contacto con el producto - Primeros Auxilios

En general: EVITAR TODO TIPO DE CONTACTO. En todos los casos luego de aplicar los primeros auxilios, derivar al médico.Contacto con la piel: Quitar las ropas contaminadas, aclarar la piel con agua abundante o ducharse y

proporcionar asistencia médica.Contacto con los ojos: Enjuagar con agua abundante durante varios minutos (quitar las lentes de contacto si puede hacerse con facilidad) y proporcionar asistencia médica.Inhalación: Aire limpio, reposo, posición de semiincorporado, respiración artificial si estuviera indicada y proporcionar asistencia médica.Ingestión: NO provocar el vómito, dar a beber abundante agua, reposo y proporcionar asistencia médica.

12. Medidas a tomar en caso de incendio y explosión

Medidas de extinción apropiadas : Polvo químico y dióxido de carbono.Medidas de extinción inadecuadas: No utilizar agua ni espuma, en contacto directo con el material.Productos de descomposición: Oxidos de nitrógenoEquipos de protección personal especiales: Traje de protección personal completa incluyendo equipo autónomo de respiración.Instrucciones especiales para combatir el fuego: Mantener fríos los recipientes y demás instalaciones rociando con agua. Evitar el contacto directo con el producto.

13. Medidas a tomar para la disposición final de residuos

Los restos de producto químico deberían eliminarse por incineración o mediante cualquier otro medio de acuerdo a la legislación local.El envase contaminado, debe tratarse como el propio residuo químico.No vertir en ningún sistema de cloacas, sobre el piso o extensión de agua.

Fabricación industrial por el método de Ostwald. 

Éste es el proceso industrial de síntesis de ácido nítrico más común, y consiste en la oxidación

catalítica del amoníaco a monóxido de nitrógeno (se usa como catalizador platino con un

pequeño porcentaje de paladio o rodio), con una posterior oxidación del mismo a dióxido de

nitrógeno para, finalmente, reaccionar con agua, produciendo ácido nítrico. Las tres reacciones

especificadas son:

2NH3 + 5O2 –> 4NO + 6H2O                  Catalizada por platino a 800ºC

2NO + O2 –> 2NO2

3NO2 + H2O –> 2HNO3 + NO

El NO producido en la última reacción se recicla, volviendo a la cámara de reacción para producir

NO2 a partir de la segunda reacción.

Curiosamente, lo que más encarece el proceso de producción de ácido nítrico por medio

delmétodo de Ostwald es que una pequeña cantidad del platino utilizado como catalizador se va

perdiendo por oxidación, pasando a PtO2. Se necesitan en torno a 50 toneladas anuales de platino

para reponer el que se va perdiendo por oxidación.Considerando que el precio del platino a 28 de marzo de 2012 (ayer) era de 1640 dólares por onza (1 onza = 28,3495 gramos, por lo que hablamos de 58 dólares el gramo), 50 toneladas anuales de platino cuestan la friolera de 2900 millones de dólares, es decir, unos 2184 millones de euros.

Proceso de Elaboración del Ácido Nítrico Uno de los métodos más conocidos es llevado a cabo por medio de la Oxidación de Amoniaco.

El proceso consiste en oxidar el amoniaco con aire en presencia de un catalizador que generalmente es de platino, para luego hacer pasar el resultado de esta operación por unas torres de absorción con el fin de hidratar los óxidos de nitrógeno y convertirlos en ácido nítrico.

El aire es presurizado por medio de un compresor impulsado por una turbina de gas y vapor, además es purificado. Se precalienta por medio de un intercambio de calor con los gases del producto. El amoniaco proporcionado como materia prima líquida se evapora y precalienta a la misma temperatura por medio de vapor. Después se mezclan las dos corrientes y se alimentan a un reactor adiabático donde el aire oxida el amoniaco, a NO, que forman gases nitrosos con el aire en exceso; dentro del reactor se encuentra una malla o tela de platino que se usa como catalizador. La relación de alimentación es de 10% de amoniaco y 90 % de oxígeno, por eso se cree que es mas barato y cómodo transportar el amoniaco que el ácido nítrico.

Los gases desprendidos en esta parte del proceso se usan en una caldera para la producción de vapor, el precalentador de aire y un calentador de gas residual, antes de hacerlos pasar por un condensador enfriador, del cual sale a 40°C aproximadamente. De allí pasan a un proceso de absorción, que se puede realizar en una torre que se alimenta con agua o en un sistema de varias torres en las cuales se bombea ácido cada vez más diluido de la torre anterior, hasta agua, intercalando un refrigerante, en contracorriente con los óxidos de nitrógeno que salen del reactor. En la torre se hace circular agua en contracorriente con los óxidos que salen del reactor, esta debe tener un sistema de refrigeración, como por ejemplo, chaquetas de enfriamiento. En el proceso se llega al equilibrio, y entonces el ácido ya producido se descompone y se vuelve a producir NO, por lo cual no es suficiente la absorción ácida, entonces el ácido débil en algunas plantas se somete a una absorción alcalina si se desea aumentar la concentración de este. Este método consiste en pasar el ácido por torres de absorción rociadas con líquidos alcalinos, generalmente este lavado se hace con una suspensión de cal en una disolución de nitrato de calcio, esta solución reacciona con los óxidos de nitrógeno formando nitritos, los cuales se pueden recuperar por inyección de aire en una torre de inversión. Este método de absorción alcalina disminuye en gran cantidad la posible contaminación de los óxidos de nitrógeno (NOx) y también evita que se entorpezcan las reacciones de producción de HNO3, aumentando un poco la concentración, de 50% que sale de la absorción ácida, a 60% después de la alcalina.

Los métodos mas usados de fabricación de ácido alcanzan máximo concentraciones de 60%, aunque en algunos casos con la preconcentración se llega hasta 68%, por lo cual se deben someter a procesos de concentración, el más usado es la captación del agua con ácido sulfúrico, el cual después se recupera evaporando el agua a 325°C.

QUIMICA DEL PROCESO

La reacción global del proceso, es la siguiente:

1. NH3 (g)+ 2O2 (g)  ---------------------> HNO3(aq) + H2O(l)

Durante el proceso se presentan las siguientes reacciones. La que aparece a continuación se lleva a cabo en el reactor adiabático y representa la oxidación del amoniaco.

2. 4NH3(g) + 5O2(g)----------------------->  4NO(g) + 6H2O(l)

Esta reacción también se presenta en el reactor, y se genera gracias al oxígeno en exceso presente. Es una reacción muy lenta y difícil de manejar, ya que presenta cinética de tercer orden, y si se tratara de optimizar se afectaría la reacción 2.

3. 2NO(g) + O2(g) -----------------------> 2NO2(g)

Esta reacción es muy importante y se lleva a cabo en la torre de absorción, cuando se ponen a circular en contracorriente el H20 y los gases que salen del reactor anteriormente condensados.

4. 3NO2(g) + H2O(l) ------------------------------> 2HNO3(l) +NO(g)

Las siguientes reacciones no son fundamentales durante el proceso, pero en diferentes formas afectan la eficiencia de éste. Por lo que se tendrán en cuenta.

5. 4NH3(g) + 3O2(g) ------------------------------------> 2N2(g) + 6H2O(g)

6. 4NH3(g) + 6NO(g)   5N2(g) + 6H2O(g)

7. 2NO2(g)   N2O4

En la torre de absorción alcalina se presenta la siguiente reacción, que representa la conversión de los óxidos de nitrógeno a nitritos, en este caso de calcio, ya que la solución utilizada es una lechada de cal, pero se pueden utilizar otras soluciones.

8. 4NO2 + 2Ca(OH)2   Ca(NO3)2 + 2H2O

Si se desean recuperar los nitritos producidos en la absorción alcalina, se les oxida a nitratos para que así puedan ser utilizados en la fabricación de otros compuestos, o de las nuevas lechadas a agregar en la torre.

9. 3Ca(NO2)2 + 4HNO3   3Ca(NO3)2 + 2H2O

TERMODINAMICA DEL PROCESO

La reacción 2 es una reacción de cambio cuando es catalizada, que se completa en menos de un milisegundo. Debe, por lo tanto, realizarse como una reacción adiabática. La concentración de amoniaco en el aire alimentado se debe limitar, para que al alcanzar la temperatura máxima no dañe el costoso catalizador.

Las temperaturas a las que se realiza esta reacción son de 800 a 900° C, a presión atmosférica o más elevada. La reacción es exotérmica y produce 216,7 Kcal.

La reacción 3 se produce en fase gaseosa, lenta, con una velocidad que decrece a medida que

aumenta la temperatura, por lo cual la conversión completa a NO2 no resulta práctica desde el punto de vista comercial. En la reacción se liberan 26,9 Kcal.

La reacción 4 causa ciertos problemas ya que llega rápidamente al equilibrio, que en este caso no es conveniente, porque significa que a medida que se produzca ácido, también se descompondrá, y es por ello que no se pueden conseguir altas concentraciones con facilidad. La reacción de absorción es complicada ya que todos los óxidos de nitrógeno y el ácido nitroso son absorbidos y reaccionan para producir ácido nítrico, pero una tercera parte de estos gases disueltos son luego expelidos como NO, requiriendo reoxidación y reabsorción hasta que la cantidad de NO sea pequeña. Este es un proceso muy dispendioso. Esta reacción también es exotérmica y produce 32,5 Kcal.

Las reacciones presentadas durante el proceso son altamente exotérmicas, por lo cual los vapores generados se pueden usar como fuentes energéticas, para el funcionamiento de los equipos en el proceso. Siendo muy benéfico, ya que bien utilizados los vapores disminuyen los costos de las operaciones.

Aplicaciones del Ácido Nítrico

Se utiliza como base de fabricación de abonos y fertilizantes, explosivo y pinturas especialmente. También se emplea para la preparación de nitratos. Para la formación de agua regia.

Obtención del Ácido Nítrico

Para la obtención del ácido nítrico de forma industrial se utiliza el denominado proceso de Ostwald. Consiste en la oxidación catalítica del amoniaco procedente de la síntesis de Haber, a óxidos de nitrógeno que por acción del agua pasan a ácido nítrico. Podemos dividir el proceso en tres fases:

Oxidación del amoniaco a óxido nítrico: La mezcla gaseosa de amoniaco y aire enriquecido en oxígeno se calienta a unos 800 ºC a través de un catalizador de platino, la reacción es:

4NH3 + 502 4NO + 6 H2O

Oxidación de NO a NO2: El monóxido de nitrógeno pasa a la torre de oxidación donde se añade más aire, oxidándose a dióxido de nitrógeno:

2NO + O2 2NO2

Paso de NO2 a HNO3: El dióxido de nitrógeno formado se conduce a la torre de hidratación donde, siempre en presencia de un exceso de aire, reacciona con el agua.

3NO2 + H2O 2HNO3 + NO

El ácido así obtenido se concentra por destilación, hasta que se obtiene una disolución de punto de ebullición constante, que es el ácido nítrico comercial (68% en peso y densidad 1,4 g/cm3)

Formación del HNO3 por oxidación de NH3 1