شارح الدرس: خواص حمض النيتريك الكيمياء • الصف الثاني الثانوي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف الخواص الفيزيائية والكيميائية لحمض النيتريك واستخداماته.

حمض النيتريك () عبارة عن حمض معدني عديم اللون يوجد عادةً في صورة مخفَّفة في المختبرات المدرسية. وهو مسبِّب للتآكل بشكل كبير في صورته المركَّزة، التي تحتوي تقريبًا على من حمض النيتريك. والصورة المركَّزة له عبارة عن سائل في درجة حرارة الغرفة، ويغلي عند درجة حرارة تقريبًا.

يمكن توضيح التركيب الجزيئي لحمض النيتريك من خلال بِنى رنين مختلفة. سيكون التركيب الجزيئي الفعلي في مكان ما بين بنيتَي الرنين الرئيسيتين الموضَّحتين في الشكل الآتي.

من الممكن تحضير حمض النيتريك في المختبر، وذلك على الرغم من ضرورة توخي الحذر؛ نظرًا للطبيعة المسبِّبة للتآكل للأحماض المركَّزة المتضمنة. يوضِّح الشكل الآتي الإعداد التجريبي.

في هذا التحضير، تُضاف نيترات البوتاسيوم (أو الصوديوم) إلى حمض الكبريتيك. فَوْر خلط نيترات البوتاسيوم وحمض الكبريتيك المركَّز، يُسخَّنان برفق للتأكد من عدم تجاوز درجة الحرارة ، التي يمكن أن تؤدِّي إلى انحلال حمض النيتريك الناتج. يُجمَع بعد ذلك حمض النيتريك، ناتج التقطير في هذا التفاعل، في دورق مستدير القاع، ويُحفَظ بحيث يظل باردًا في حمام ثلج.

المعادلة الكيميائية لهذا التحضير لحمض النيتريك هي:

في تجربة التحضير السابقة، تجنَّبنا درجات الحرارة المرتفعة عند التعامل مع حمض النيتريك. يجب توخي الحذر دائمًا لتجنُّب تسخين حمض النيتريك المركَّز؛ لأنه يمكن أن ينحلَّ ويُنتج أبخرة بنية سامة من ثاني أكسيد النيتروجين:

يحدث هذا الانحلال بدرجة أقل بكثير حتى في درجة حرارة الغرفة؛ حيث يكون حمض النيتريك المركَّز عرضةً أيضًا للانحلال بالضوء. لهذين السببين، ينبغي حفظ الحمض في زجاجات كواشف بُنية اللون في مخزن بارد. اللون البُني لثاني أكسيد النيتروجين الناتج عن هذا الانحلال هو ما يعطي العيِّنات الأقدم من حمض النيتريك المركَّز اللون الأصفر المميز. أما الغاز الآخر الناتج عن الانحلال فهو الأكسجين، إلى جانب الماء السائل.

سيتفاعل حمض النيتريك مع الفلزات. لكن تعتمد نواتج التفاعل كثيرًا على الفلز المتفاعل وتركيز حمض النيتريك.

عند النظر إلى الفلزات التي تكون أكثر فاعليةً من الهيدروجين، مثل المغنيسيوم والزنك، سيتفاعل حمض النيتريك المخفَّف جدًّا بطريقة مماثلة للأحماض المعدنية الأخرى، منتجًا ملحًا وغاز الهيدروجين:

لكن، عند تركيزات أكبر، يمكن أن يبدأ حمض النيتريك في العمل عاملًا مؤكسدًا. ويمكننا ملاحظة الطبيعة المؤكسدة لحمض النيتريك في التفاعل الآتي بين فلز الحديد وحمض النيتريك المركَّز لإنتاج أيونات :

بالنسبة إلى الفلزات الأقل نشاطًا من الهيدروجين، فإن حمض النيتريك يعمل عاملًا مؤكسدًا؛ فهو أولًا يؤكسد الفلز ليصبح أكسيدًا، يتفاعل بعد ذلك مع حمض النيتريك لتكوين ملح نيترات الفلز وأكسيد النيتريك وماء:

يمكن أن ينتج عن تفاعلات الفلزات مع حمض النيتريك المركَّز تأثيرات مؤكسدة أكبر، مثل تفاعل حمض النيتريك المركَّز مع فلز النحاس:

لكن، عندما يتفاعل الحديد والكوبالت والكروم والنيكل والألومنيوم مع حمض نيتريك مركَّز، فإنها تكوِّن طبقة من أكسيد الفلز على سطح الفلز. تُسمَّى هذه العملية التخميل، وتحمي الفلز الموجود تحتها من مزيد من التفاعل مع حمض النيتريك المركَّز.

لن ينجح اختبار الحلقة البنية الموضَّح سابقًا في وجود أيونات النيتريت ()؛ ومن ثَمَّ، فمن المفيد امتلاك القدرة على التمييز بين أيونات النيتريت والنيترات.

مثال ٤: اختبار وجود أيونات النيترات باستخدام اختبار الحلقة البُنية

أراد أحد الطلاب الكشف عن وجود أيونات النيترات في محلولٍ ما. أضاف أولًا كبريتات الحديد الثنائي إلى المحلول، ثم أضاف ببطء حمض الكبريتيك المركَّز. لاحَظ الطالب تكوُّن طبقتين وحلقة ملوَّنة عند السطح البيني. إذا كانت أيونات النيترات موجودة، فما لون الحلقة؟

الحل

لاختبار وجود أنيونات النيترات، يجب استخدام محلول كبريتات الحديد الثنائي المُحضَّر حديثًا. يُخلط محلول كبريتات الحديد بعد ذلك مع المحلول الذي قد يحتوي على أيونات النيترات.

يُضاف حمض الكبريتيك المركَّز بعناية إلى داخل أنبوب الاختبار، ويُسمح له بالنزول لأسفل الجدران الداخلية. عندما يصل الحمض إلى سطح السائل، فإنه يلامس أكسيد النيتريك الناتج عن التفاعل بين كبريتات الحديد الثنائي وأيونات النيترات. يتفاعل الحمض مع أكسيد النيتريك، وتتكوَّن مادة صلبة بُنية تحتوي على الأيون المعقد لـ وأكسيد النيتريك.

إذن الإجابة الصحيحة هي بُني.

يمكن التمييز بين أيونات النيترات والنيتريت بواسطة تفاعلهما (أو عدم تفاعلهما) مع برمنجنات البوتاسيوم المحمَّضة. في حالة النيتريت، ستَفقد برمنجنات البوتاسيوم المحمَّضة لونها الأرجواني الداكن المميز نتيجة اختزالها إلى أيونات المنجنيز الثنائي:

أيونات النيترات لن تختزل أيونات البرمنجنات؛ لذا، لن يحدث تغيُّر في اللون.

لكن تجدر الإشارة إلى أن نتائج هذين الاختبارين لا تقتصر على أيونات النيترات والنيتريت، وأن الأنيونات الأخرى قد تُنتج النتائج نفسها. بذلك لا تؤكد النتائج الإيجابية لهذين الاختبارين وجود أيونات النيترات أو النيتريت قطعيًّا.

مثلما رأينا، فحمض النيتريك يُعَد عاملًا مؤكسدًا جيدًا ويُستخدم على المستوى الصناعي في إنتاج النايلون، وكذلك يُستخدم مؤكسدًا في الصواريخ ذات الوقود السائل. يمكن استخدامه أيضًا عاملَ تنظيف، وفي صناعة السماد، وحتى في مجال تصنيع الأخشاب لإعطاء الصنوبر والقيقب مظهرًا عتيقًا اصطناعيًّا!