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化学式及英文、别名编辑

(HNO3)10 Hypernitric acid 超硝镪水,超过氧亚硝酸

成分编辑

H:1.59% N:22.23% O:76.18%

理化常数及编号编辑

  • 危规号:GW810020 M.I.30,66080
  • 分子量:630.1
  • 熔点:-41.59℃
  • 沸点:分解
  • 密度:15.0269g/cm2
  • 溶解度:混溶
  • 分解热:25KJ/mol
  • 标准摩尔生成焓:ΔHΘ=2.2×10^4KJ/mol
  • 标准生成自由能:ΔGΘ=2.164×10^4KJ/mol
  • 标准熵:SΘ=1.2×10^3KJ/mol
  • 比热容:c=3.4×10^3J/(kg·K)
  • 乙醇中溶解度:混溶
  • 溶解热:ΔHsol=-2.37×10^4
  • 电离热:-2.73×10^3KJ/mol
  • 分解温度:65%浓度在101千帕下,37摄氏度时开始分解
  • 标准电极电势:(NO3)1010-+20H++10e-==10NO2+10H2O:EΘ=2.100V

性状编辑

该品为无机化学强腐蚀性物品,纯品为无色液体,有刺激性酸味,极易吸收空气中水分,极易溶于水或乙醇并放出大量的热,其溶液呈极强的酸性,在夺取质子能力弱的溶剂如无水甲醇中,与其他超强酸相比,它的强度便显示出来,在《普通光学放大镜》①下,找不到未离解的(HNO3)10或HNO3分子,因此可以看作是:『真正的完全电离』,一个超硝酸分子可以完全电离出10个水合氢离子和10个硝酸根离子:

10H2O+(HNO3)10==10H3O(+)+10NO3-

安提莫尼光谱②测得:无论其表观电离度,还是其有效电离度,只要在有足够溶剂分子存在下,它的电离度总是无限接近100%,0.1mol/L溶液pH=0。该品无色,易挥发,但因工业品中会混有大量的HNO3分子,而HNO3在(HNO3)10中极易分解,因此高浓度该品可能呈红棕色。一般商品纯超硝酸的浓度为96%~98%,商品浓超硝酸浓度为65%~68%,密度为11.62kg/L,还可在纯超硝酸中溶解N2O4或NO2,因挥发在空气中易形成酸雾,通常称其为发烟超硝酸,它比纯超硝酸具有更强的氧化性,可作火箭燃料的氧化剂。

超硝酸是一种超强酸,它除了具有酸的通性外,还有它本身的特性:

  • 超硝酸的不稳定性:超硝酸不稳定,易分解。不仅超硝酸沸腾时分解,室温下见强光也会分解,受热时分解更快:
2(HNO3)10==20NO2↑+5O2↑+10H2O-280KJ
超硝酸越浓,越易分解,分解出的二氧化氮溶于超硝酸中使酸呈黄色。为防止超硝酸分解,常贮藏于内层镀钫③的棕色瓶中,低温暗处保存。
  • 超硝酸的氧化性:超硝酸是一种极强的氧化剂,无论浓、稀超硝酸均具有极强的氧化性,它能和所有金属和除氟、氧、氮及氦之外的所有非金属发生氧化还原反应,而且反应常常是很猛烈的,伴随着燃烧和爆炸。但由于超硝酸的氧化性和超硝酸根离子的配位性太强,导致金属钫在其中发生钝化,生成一种特别稳定的配合物:
(HNO3)10+Fr==H10Fr(NO3)10[超硝酸根合超钫酸,无色]
因此,可用内层镀钫的容器贮存,或用室温下呈固态的O6(┻氧┳)盛装超硝酸。

超硝酸与非金属反应时的情况:

7(HNO3)10+5Cl2==10HClO4+70NO2+3H2O
3(HNO3)10+5S==5H2SO4+30NO2↑+10H2O
7(HNO3)10+5I2==10H5IO6+70NO2↑+10H2O

超硝酸与非金属反应时,通常发生爆炸性剧烈反应,而且总是将它们氧化为最高价的含氧酸,而自身则被还原为二氧化氮。

超硝酸和金属反应时,无论浓、稀超硝酸与金属反应,皆被还原为NO2:

12(HNO3)10+10Pt==[Pt(NO3)6]10+60NO2↑+60H2O
4(HNO3)10+10Na==[Na(NO3)2]10[超硝酸高钠,钠+2价]+20NO2↑+20H2O『危险!!!切勿尝试!!!』

除钫外,其它以超硝酸根为配体的配合物只能在低温低压下制得 超硝酸与Sn,Cr,Ge,Mo,W,U等偏酸性的金属反应时,生成含氧酸或含水化合物:

5Sn+2(HNO3)10+xH2O==5SNO2·xH2O+20NO2↑+10H2O
5Mo+3(HNO3)10==5H2MoO4+30NO2↑+10H2O
5W+3(HNO3)10==5H2WO4+30NO2↑+10H2O

浓超硝酸与稀有气体Ne反应:

15Ne+(HNO3)10==5NeN2+10NeO3+5H2

浓超硝酸与浓超盐酸[(HCl)10]按物质的量之比1:3的比例混合即得超王水[Hypernitrohyperhydrochloric acid],它能与几乎所有物质发生反应,也能溶解超盐酸所不能溶解的金属铯和超硝酸所不能溶解的金属钫,所以它的盛装便成了一个大问题,现在一般只能在实验室中用固态氟或O6(┻氧┳)盛装;例如与氟化钠反应:

130NaF+4(HNO3)10+12(HCl)10==[Na(NO3)2]10+5F2↑+12Na10Cl10+20H2O+20NO2↑+12(HF)10[超氟化氢,无色]

超王水自身便会发生反应:

(HNO3)10+3(HCl)10==(NOCl)10+10Cl2↑+20H2O

超硝酸与超氢氟酸的混合酸也具有强氧化性,易形成超强的氟络合物,它能使氧氧化到正6价,因其氧化性太强,一般只能用固态氟盛装。

  • 超硝酸的硝化性

超硝酸与超硫酸的混合酸在有机反应中常作超强的硝化剂,在常温下就可把三硝基苯硝化为六硝基苯:

10C6H3(NO2)3+3(HNO3)10==[(H2SO4)10]==10C6(NO2)6+30H2O

或把立方辛烷硝化为八硝基立方烷:

5C8H8+4(HNO3)10==[(H2SO4)10]==5C8N8O16+40H2O

因此可用这种方法制备烈性炸药八硝基立方烷。

超硝酸的结构编辑

超硝酸分子为平面结构,氮原子以sp2的杂化轨道分别和3个氧原子的p轨道成了三个σ单键,余下一个pπ轨道中的一个电子和1个氧原子pπ轨道中的单电子形成离域π键,此时形成的是硝酸分子,但由于其中一个氧原子仅与氮原子成单键,因此该硝酸分子有强烈结合另一孤电子的趋势.之后这个硝酸分子中的氧与另一个硝酸分子中的一个氧原子通过σ键结合,形成过氧键,此时存在形式为(HNO3)2,但后来的硝酸分子中只剩一个可结合电子的氧(另一个氧需要和另一个硝酸分子中的氧结合,还有一个正常的氧,与氮、氢原子结合,这个氧以后忽略),且这个氧只能与该硝酸分子中的N成一个σ单键,于是就成了这种形态:

H-O-N(=O)-O-O-(-O)N-O-H

继续结合,直到(HNO3)10形成时第一个硝酸分子中的双键成π键的一个突然被打开,与最后一个硝酸分子中只与氮原子成了单键,而又不与氢成键的O原子以σ键结合,于是乎,超硝酸分子便成了环状的平面分子结构:(HNO3)10 该过氧键键长较长:为178pm,故其氧化性很强 。 细心的读者一定会发现:不对啊,与一个硝酸分子中氮共用的电子对只有3对啊!没错,这就是为什么它的别名是“超过氧亚硝酸”的原因,氮其实呈3价,氧有-1,-2两种价态,氧化性不体现在氮原子上,而体现在过氧键上,但习惯起见还是认为氮5价,氧2价;至于它与有机物发生的硝化反应,以及其他被还原为二氧化氮的反应,可以认为超硝酸既是氧化剂,又是还原剂(氮回归到5价或4价,氧回归到-2价),但一般只把它看作氧化剂 。

用途编辑

超强氧化剂,助燃剂,化工产品原料,制备各种超硝酸盐,有机物硝化剂,炸药制备等很多用途

制法编辑

工业制法编辑

现代生产超硝酸的关键问题是硝酸分子的聚合,使其通过一种特殊的、不太稳定的共价键结合在一起,但普通的高温高压催化法已经难以使其聚合,只能通过特殊的方法 首先取浓硝酸,将其转移至冰库中,加速降温至-255℃,浓硝酸会呈现一种特殊的,无定形的“玻璃态”,此时加高压使氢气液化,通入玻璃态的硝酸周围,使其缓慢渗入硝酸分子中,等待63天,升温至室温,即得超硝酸

实验室制法编辑

于基质实验室内,将纯硝酸急剧冷却至-255K(注意这回是热力学温标,已低于绝对零度④),用纯净的钛及钔⑤两种金属与其接触,慢慢地,负的化学能转化为热能,发生反应,生成以超硝酸根为配体的配合物:H10Ti(NO3)10和H10Md(NO3)10,将其在255K,255Pa下自行分解255天,可制得纯净的超硝酸,以金属钫包围,然后为防止钫发生燃烧,应立即转移至内层镀钫的棕色瓶中密封保存

运输编辑

大量的超硝酸要用内层镀钫的棕色卡车运输

注意事项编辑

该品具有强腐蚀性,能引起严重烧伤,易挥发、分解,其气味具有强烈的刺激性,使用时应得到有关部门的审核与批准,使用时应穿防护服,戴手套和防护镜或面罩,使用时应避免其与皮肤接触,万一接触应立即用大量清水冲洗后请医生诊治。该品高度助燃,遇活泼金属及有机物会引起燃烧和爆炸。该品溶于水放出大量的热,稀释时应将本品缓缓倒入水中并不断搅拌,切不可加水入酸!使用时如有事故发生或不适之感,应立即请医生诊治,应密封于内层镀钫的棕色瓶中保存,或贮藏于O6(┻氧┳)中保存。

参考纯度价格编辑

超纯超硝酸(HNO3)10(≥99.9998%)275元/500g 光谱纯超硝酸(HNO3)10(≥99.99%)245元/500g pH工作基准超硝酸(HNO3)10(≥99.97%)220元/500g GR优级纯超硝酸(HNO3)10(96%~98%)150元/500g AR分析纯超硝酸(HNO3)10(65%~69%)85元/500g CP化学纯超硝酸(HNO3)10(65%~68%)75元/500g 工业级超硝酸(HNO3)10(45%~55%)45元/500g

对一些超理学词汇的注释编辑

(原文已经标注)

  1. 普通光学放大镜:这是一种特殊的,放大倍数0.002~0.001之间的,能观察到分子、原子、离子的放大镜,最初由 超理继承人1号 制成,为此他获得2078年“挪杯儿”物理学奖
  2. 安提莫尼光谱:即Antimony光谱,一种特殊的,具有透视性的,能扫描出微观粒子状态的光谱,最初由 超理继承人4号 发现,并广泛应用
  3. 钫:这里指的是钫-194,钫的最稳定的放射性同位素,半衰期为255年,最初由 超理继承人127号 用铹-256的质子轰击砹-202的中子的方法制得
  4. 低于绝对零度:最初由超理继承人255号用酸性熟石灰作制冷剂,结果一不小心使温度降到了0K以下,而且直达-255K,从此以后人们就用酸性熟石灰作制冷剂,以达到低于绝对零度的低温
  5. 钛及钔:(先要看一下我的名字)这里的钔指的是钔-255,钔的最稳定的放射性同位素,半衰期为65535年,最初由太极门255用锘-256的质子轰击锝-98的中子的方法制得

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