El ácido nítrico, HNO3, (también conocido por sus nombres ancestrales como “Aqua Fortis” o “Spirit of Nitre”) es en la actualidad uno de los ácidos más usados tanto a nivel industrial como a nivel de laboratorio; su producción anual en los últimos años asciende a 60 millones de toneladas. El proceso industrial más frecuente para la producción del ácido nítrico está basado en la oxidación catalítica del amoniaco, proceso patentado por vez primera por el químico alemán Wilhelm Ostwald en 1902.

CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES

El ácido nítrico es un líquido incoloro en condiciones ambientales (en ausencia de agua) que se descompone lentamente por acción de la luz, adoptando una coloración amarilla por el NO2 que se produce en la reacción.

4HNO3  →  4NO2 + 2H2O + O2

El ácido nítrico anhidro posee una densidad de 1,522 kg/m3, un peso molecular de 63,0 g/mol y su fórmula estructural es la siguiente:

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El HNO3 es miscible con agua en todas proporciones y forma un azeótropo con él a la composición de 68% ácido nítrico y 32% agua. Cuando la concentración de ácido nítrico en la disolución se encuentra por encima del 86%, se adjunta el “apellido” fumante al ácido. Se diferencian entre ácido nítrico fumante rojo o blanco, en función de la cantidad de dióxido de nitrógeno en la disolución. Se denomina ácido nítrico fumante rojo cuando contiene un mínimo de 10% en NO2 y blanco, cuando contiene 0,5% de NO2 y no más de 2% de agua. En función de la composición de la disolución varían las propiedades físicas de la misma, tal como se puede observar en la siguiente tabla:

Tabla 1. Propiedades físicas de las diferentes disoluciones de ácido nítrico.

Propiedad

Ác. nítrico 100%

Aceótropo con agua (68% Ác.)

   Ác. nítrico rojo fumante

P. de ebullición (°C) (1atm)

  84

121,8

60

P. de fusión (°C)

 -41,6

-41

  -52

Presio de vapor (mmHg)

 62

   42

   103

 

El ácido nítrico es uno de los ácidos más fuertes desde el punto de vista iónico pero lo que de verdad lo caracteriza químicamente es su capacidad oxidante, que se manifiesta sobre casi todos los metales excepto en el caso del oro y el platino.

El ácido nítrico, a pesar de no ser combustible facilita la combustión de otras sustancias. Así, el HNO3 reacciona violentamente con sustancias orgánicas como acetona, ácido acético, anhídrido acético, alcoholes, etc. causando riesgo de fuego y explosión. Del mismo modo, puede ser agente de reacciones explosivas si se mantiene en presencia de polvos metálicos, carburos o sulfuro de hidrógeno.

Además de su capacidad corrosiva, cabe destacar su toxicidad ya que una exposición prolongada puede provocar daños importantes en el tejido blando de las fosas nasales, las vías respiratorias, el tracto respiratorio, el tracto digestivo y los pulmones. En suma, el contacto con él puede ser causa de irritaciones y quemaduras agudas. En las zonas donde es manipulado, se necesita  tanto una ventilación adecuada así como una correcta protección corporal  (usando trajes de protección y pantalla facial). En caso de darse su vertido accidental, el ácido debe neutralizarse con arena o tierras inertes.

El ácido nítrico se almacena normalmente en tanques cubiertos de fondo plano, hechos de acero (de bajo carbono austenítico) inoxidable, instalados en las zonas provistas de sistemas de contención adecuados.

Las principales emisiones que genera la manufactura del ácido nítrico consisten en óxidos de nitrógeno, trazas de amoniaco y ácido nítrico, siendo el NO2 el compuesto más tóxico generado en la producción. 

APLICACIONES

El ácido nítrico, como ya se ha resaltado en el anterior apartado, es uno de los ácidos más importantes desde el punto de vista de aplicación industrial, pues es consumido en grandes cantidades dentro del sector. A partir de la Figura 1 se pude coger una idea de las aplicaciones que posee este ácido y en qué porcentaje se aplica en cada una de ellas.

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Figura 1. Aplicaciones del acido nítrico en el sector industrial.

Alrededor del 60% de la producción mundial de ácido nítrico se emplea para la fabricación de nitrato de amonio, usado bien como fertilizante o como materia prima para la obtención de explosivos mineros. En torno a un 15% de la producción se dedica a fabricación de fibras sintéticas, el 10% a la fabricación de ésteres de ácido nítrico y nitroderivados tales como: nitrocelulosa, pólvora, pinturas acrílicas, nitrobenceno, nitrotolueno, acrilonitrilos, etc y el 1,5% a la obtención de isocianatos (poliuretanos). En un porcentaje menor también es utilizado para diversas aplicaciones que se mencionan acto seguido.

Debido a la capacidad oxidante del ácido nítrico, es muy eficaz en la purificación de metales de sus respectivos minerales. Por otro lado, también es utilizado en la obtención de uranio, manganeso, niobio, circonio o ácido fosfórico (acidificando la roca fosfórica).

Una aplicación muy interesante es la mezcla de ácido nítrico con ácido clorhídrico para producir “agua regia”. Esta disolución es una de las pocas disoluciones capaces de disolver el oro y platino, y que a su vez se puede utilizar para purificar ambos metales.

Otra de las aplicaciones de este ácido es la de generar artificialmente un efecto de antigüedad en muebles de pino a partir de una disolución de aproximadamente 10% de ácido nítrico en agua. Este proceso produce un color "gris-oro" para la madera que no es muy diferente al color de la madera envejecida con otros tratamientos.

Asimismo, mezclas acuosas de ácido nítrico 5-30% y ácido fosfórico 15-40%  se utilizan comúnmente para la limpieza de alimentos y equipamiento de ordeño con el fin de eliminar los compuestos de magnesio y calcio precipitado.

Entre sus aplicaciones a nivel de laboratorio, es utilizado para análisis por espectrometría de absorción atómica de llama e ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) de diferentes metales, debido a su capacidad de disolverlos. Además de ello, el ácido nítrico es aplicable para limpiar los materiales de vidrio del laboratorio.  

INTRODUCCIÓN A LA PRODUCCIÓN DE ÁCIDO NÍTRICO

Aunque la química básica del proceso de obtención de ácido nítrico no ha cambiado en los últimos cien años, el desarrollo de la tecnología ha dado lugar a plantas más eficientes, compactas y amigables con el entorno.

A lo largo de la historia reciente se han propuesto diversas rutas de síntesis; entre ellos se encuentra el proceso Birkeland-Eyde (inventado a comienzos del siglo XX), que consiste la combinación directa del oxígeno y nitrógeno atmosféricos en un arco eléctrico. La implatación de dicha tecnología no tuvo éxito debido a sus elevados costes energéticos.

A nivel de laboratorio, el ácido nítrico se puede preparar calentando nitrato de potasio con ácido sulfúrico concentrado en un recipiente de vidrio, siguiendo la reacción (2).

                                                         KNO3 + H2SO4 → KHSO4 + HNO3                                                                            

Los vapores de ácido nítrico se condensan en un receptor, que es enfriado por agua tal como se aprecia en la Figura 2.

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Figura 2. Esquema de la producción de ácido nítrico a nivel de laboratorio.

Hoy en día, como ya se ha mencionado al comienzo del trabajo, el proceso utilizado para la generación de ácido nítrico se basa en la oxidación del amoniaco en presencia de un catalizador y una posterior absorción en agua  de los óxidos de nitrógeno generados para producir el producto en custión. Este proceso fue llevado a cabo por vez primera en 1838 por C. F. Kuhlmann, sin embargo, este descubrimiento no fue comercializado debido al elevado coste del amoniaco en comparación con el salitre de Chile (compuesto por nitrato de sodio). No obstante, los avances en la síntesis del amoniaco a partir del proceso Haber-Bosch le dieron al proceso un impulso importante, abaratando los costes de la materia prima y favoreciendo la implatación de esta tecnología en las primeras décadas del siglo XX.

En la actualidad, se puede producir ácido nítrico débil, con una concentración entre 30-70%, y ácido nítrico de concentraciones superiores al 90%. En el siguiente artículo me centraré en la obtención del ácido nítrico débil, poniendo énfasis en las diferentes etapas que constan en su producción así como en las diferentes tecnologías que se emplean o se han empleado en su obtención. 

 

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