- ✓Kyselina dusičná (HNO₃) je silný oxidant vyráběný Ostwaldovým procesem z amoniaku – roční světová produkce přesahuje 60 milionů tun.
- ✓Koncentrovaná HNO₃ pasivuje železo, hliník a chrom – tvoří ochranné oxidické vrstvy, díky čemuž lze kyselinu skladovat v ocelových nádobách.
- ✓Lučavka královská (aqua regia) – směs 3 dílů HCl + 1 díl HNO₃ – rozpouští i zlato a platinu, které odolávají všem jednotlivým kyselinám.
- ✓Výpary NO₂ z HNO₃ jsou zákeřné: latentní perioda otravy může být 4–24 hodin, přičemž po zdánlivém zlepšení nastupuje smrtelný plicní edém.
- ✓Přibližně 75 % produkce HNO₃ směřuje do výroby dusíkatých hnojiv (NH₄NO₃, NaNO₃), zbytek do výbušnin a chemické syntézy.
Co je kyselina dusičná (HNO₃)?
Kyselina dusičná (vzorec HNO₃, molární hmotnost Mr = 63,01 g/mol) je silná jednosytná kyselina a velmi účinné oxidační činidlo. V čistém stavu jde o bezbarvou kapalinu s charakteristickým dráždivým zápachem po výparech NO₂. Při stání se pomalu rozkládá světlem na NO₂, O₂ a vodu, čímž žloutne.
Klíčové fyzikální vlastnosti:
- Molární hmotnost: 63,01 g/mol
- Hustota (65 %): 1,391 g/cm³
- Hustota (100 %): 1,51 g/cm³
- Bod varu: azeotrop s vodou při 68,4 % koncentraci a 120,5 °C
- Bod tání (100 %): −42 °C
Azeotropní chování HNO₃ je důležité pro průmysl: prostou destilací nelze koncentrovat vodný roztok HNO₃ nad 68,4 % – tato koncentrace se odpařuje nezměněna. Pro výrobu vysoce koncentrované HNO₃ (>90 %) je nutná extrakce za přítomnosti H₂SO₄ nebo jiné metody.
Ostwaldův výrobní proces
Průmyslová výroba HNO₃ probíhá výhradně Ostwaldovým procesem (patentovaným roku 1902), který využívá čpavek (NH₃) jako výchozí surovinu:
- Katalytická oxidace NH₃: 4 NH₃ + 5 O₂ → 4 NO + 6 H₂O (katalyzátor Pt-Rh, 850–950 °C, kontaktní čas <0,001 s)
- Oxidace NO na NO₂: 2 NO + O₂ → 2 NO₂ (probíhá spontánně při ochlazení)
- Absorpce NO₂ do vody: 3 NO₂ + H₂O → 2 HNO₃ + NO (NO se recykluje zpět do kroku 2)
Výsledná kyselina má koncentraci 50–70 %. Čpavek (NH₃) pro Ostwaldův proces pochází z Haber-Boschova procesu (N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃). Celý řetězec NH₃ → HNO₃ → NH₄NO₃ je základem průmyslové výroby dusíkatých hnojiv.
Typy kyseliny dusičné podle koncentrace
| Typ | Koncentrace | Hustota (g/cm³) | Vlastnosti | Hlavní použití |
|---|---|---|---|---|
| Zředěná | < 30 % | 1,00–1,19 | Kyselé vlastnosti, slabý oxidant | Hnojiva, laboratorní práce |
| Průmyslová | 65–68 % | 1,38–1,41 | Standardní, azeotropní směs | Výroba hnojiv, chemická syntéza |
| Koncentrovaná | 68–98 % | 1,41–1,51 | Silný oxidant, pasivace Fe/Al/Cr | Nitrování, lučavka, leptání |
| Kouřivá (fuming) | > 90 % | 1,48–1,52 | Nestabilní, silně dýmá NO₂ | Raketová paliva, syntéza výbušnin |
| Bílá kouřivá (WFNA) | > 97,5 % | 1,51 | Téměř čistá HNO₃, min. NO₂ | Vojenské a raketové aplikace |
Průmyslová 65–68% kyselina dusičná se vyrábí a přepravuje v obrovských množstvích. Lze ji skladovat v hliníkových, nerezových nebo speciálních plastových nádobách. Kouřivá HNO₃ je extrémně nebezpečná a vyžaduje speciální tlakové nádoby z nerezové oceli.
Lučavka královská (Aqua Regia)
Lučavka královská (latinsky: aqua regia – královská voda) je směs koncentrovaných kyselin v poměru 3 díly HCl + 1 díl HNO₃. Tento název dostala proto, že rozpouští 'ušlechtilé kovy' – zlato a platinu – které odolávají všem jiným kyselinám.
Chemická podstata
V lučavce královské vznikají reaktivní meziprodukty: chlor (Cl₂) a nitrosylchlorid (NOCl):
HNO₃ + 3 HCl → NOCl + Cl₂ + 2 H₂O
Tyto látky oxidují zlato a chloridové ionty Cl⁻ tvoří stabilní koordinační komplex:
Au + HNO₃ + 4 HCl → H[AuCl₄] + NO↑ + 2 H₂O
Tetrachloroauritá kyselina H[AuCl₄] je stabilní komplexy, díky které zlato zůstává v roztoku a neprecipituje zpět. Platina se chová analogicky za vzniku H₂[PtCl₆].
Historická anekdota: Nobelistické medaile v lučavce
V roce 1940, po německé invazi do Dánska, fyzici Max von Laue a James Franck ukryli své zlaté Nobelovy ceny v chemickém ústavu Nielse Bohra v Kodani. Protože vyvézt zlato z Německa bylo za nacistické éry trestným činem, chemik George de Hevesy přišel s geniálním řešením: medaile rozpustil v lučavce královské a lahvičku se zlatým roztokem nechal na laboratorní polici. Po válce byl roztok bez problémů znovu zpracován a zlato bylo přetaveno zpět do medailí, které byly slavnostně vráceny jejich majitelům. Chemie zachránila historii.
Lučavku královskou připravujte VŽDY v digestoři s dobrým odtahem!
Při smíchání okamžitě vznikají toxické výpary NO₂ a Cl₂.
Lučavka je nestabilní – použijte do 30 minut od přípravy.
Poměr přidávání: nejprve HCl, poté POMALU přilijte HNO₃ (nikdy naopak!).
OOP: butylkaučukové rukavice, obličejový štít, respirátor s filtrem NO-P3.
Lučavka se používá v analytické chemii pro rozklad a přípravu vzorků zlatých a platinových slitin, v galvanotechnice pro čištění platinových elektrod, při hydrometalurgii vzácných kovů a v mikroelektronice pro leptání zlatých kontaktů.
Průmyslové použití kyseliny dusičné
Výroba hnojiv (75 % spotřeby)
Největší průmyslové využití HNO₃ je výroba dusíkatých hnojiv, zejména:
- Dusičnan amonný (NH₄NO₃): HNO₃ + NH₃ → NH₄NO₃. Nejdůležitější průmyslové hnojivo – 34 % N. Také výbušnina ANFO!
- Dusičnan sodný (NaNO₃, chilský ledek): HNO₃ + NaOH → NaNO₃ + H₂O. Používá se v organickém zemědělství (přírodní původ) a pro konzervaci masa (E251).
- Dusičnan draselný (KNO₃): HNO₃ + KOH → KNO₃ + H₂O. Hnojivo i součást střelného prachu (viz dusičnan draselný – vlastnosti a použití).
- Vápenatý ledek Ca(NO₃)₂: rychle dostupný zdroj dusíku pro rostliny.
Výroba výbušnin
HNO₃ je klíčovou surovinou pro nitraci organických sloučenin za vzniku výbušnin:
- TNT (trinitrotoluen): nitrací toluenu (3× HNO₃ + toluene)
- RDX (cyklonit): z hexaminu a HNO₃
- Nitroglycerin: nitrací glycerolu (základ dynamitu)
- Nitrocelulóza: nitrací celulózy (bezdýmový prach, filmové emulze)
Leptání desek plošných spojů (DPS)
Historicky se HNO₃ používala k leptání mědi na DPS. Dnes je v amatérské elektronice zcela nahrazena chloridem železitým (FeCl₃) nebo persulfátem amonným ((NH₄)₂S₂O₈), které jsou bezpečnější a selektivnější. Průmyslové leptání DPS nyní využívá hydrazin a alkalické leptací roztoky. Přesto se HNO₃ stále používá ve speciálních aplikacích při výzkumu a při opracování vzácných kovů (Au, Ag, Pt kontakty).
Více o domácím galvanovnictví a povrchových úpravách kovů naleznete na stránce galvanoplastika doma – průvodce pro začátečníky.
Pasivace kovů koncentrovanou HNO₃
Pasivace je jednou z nejdůležitějších a nejpraktičtějších vlastností koncentrované kyseliny dusičné. Týká se především trojice kovů: železo (Fe), hliník (Al) a chrom (Cr).
Mechanismus pasivace
Koncentrovaná HNO₃ oxiduje povrch kovu tak rychle, že vzniká kompaktní, adherující oxidická vrstva (pasivační film):
- Železo: povrch oxiduje na Fe₂O₃ (nebo spinel Fe₃O₄)
- Hliník: povrch oxiduje na Al₂O₃ (podobné jako anodizace)
- Chrom: povrch oxiduje na Cr₂O₃ (základ korozivzdornosti nerezové oceli)
Tento film je nepropustný pro kyselinu a zastavuje další reakci. Výsledkem je, že koncentrovanou HNO₃ lze bezpečně skladovat a přepravovat v ocelových cisternách – za studena. Při zahřátí pasivace selhává!
Xanthoproteinová reakce
Charakteristickým příznakem kontaktu pokožky s koncentrovanou HNO₃ je žluté zbarvení. Tato xanthoproteinová reakce (z řeckého xanthos = žlutý) vzniká nitrací aromatických aminokyselin v kůži:
Bílkovina (Tyr/Phe/Trp) + HNO₃ → nitro-derivát (žlutý) + H₂O
V alkalickém prostředí (pot, mýdlo) se žlutá barva zesiluje na oranžovou. Zbarvení přetrvává několik dní až týdnů a nelze jej snadno odstranit. Slouží jako zřetelný indikátor nedostatečné ochrany při práci s HNO₃.
GHS bezpečnost a ochrana zdraví
Klasifikace nebezpečnosti
Kyselina dusičná má přiděleny výstražné věty H dle GHS/CLP nařízení:
- H290: Může být korozivní pro kovy
- H272: Může zesílit požár; oxidant (pro ≥65 % HNO₃)
- H314: Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí
- H318: Způsobuje vážné poškození očí
- H330: Při vdechnutí může způsobit smrt (výpary NO₂)
GHS piktogramy: Koroze (GHS05), Oxidant (GHS03), Lebka/kosti (GHS06). Signální slovo: NEBEZPEČÍ.
Meze expozice NO₂
Výpary NO₂ z HNO₃ jsou jedním z nejzákeřnějších průmyslových plynů:
- PEL (přípustný expoziční limit, ČR): 3 mg/m³ (krátkodobě 6 mg/m³)
- IDLH (okamžitě nebezpečná pro život): 20 ppm NO₂
- Pach: silný, dráždivý – ale při adaptaci lze přivyknout a podcenit!
Vdechnutí výparů NO₂ z koncentrované HNO₃ NEBOLÍ okamžitě!
Postižený se po expozici může cítit relativně dobře 4 až 24 hodin.
Poté nastupuje akutní plicní edém – plíce se plní tekutinou.
Léčba: hospitalizace, kortikosteroidy, O₂, v těžkých případech ECMO.
Po každé expozici výparům NO₂ → IHNED na pohotovost, i bez příznaků!
Osobní ochranné prostředky
- Rukavice: Butylkaučukové min. 0,5 mm (odolnost >480 min pro HNO₃). Neopren a nitril jsou pro HNO₃ krátkodobé!
- Obličej: Obličejový štít (face shield), nikoli pouze brýle. Pro kouřivou HNO₃ plná izolační maska!
- Respirátor: Dle EN 14387 filtr kombinovaný NO-P3 (pro NO₂/NO výpary). Aktivní uhlí samo nestačí – nutný specifický filtr pro oxidy dusíku.
- Oděv: PVC kyselinoodolná zástěra nebo plášť.
První pomoc
Při potřísnění kůže:
- Okamžitě smýt proudem vody po dobu 20 minut.
- Neutralizovat zbytky 1M NaHCO₃ roztokem.
- Vyhledat lékaře – žluté zbarvení (xanthoproteinová reakce) nevymizí samo.
Po vdechnutí výparů NO₂:
- Okamžitě na čerstvý vzduch – i při absenci příznaků!
- Volat 155 a nahlásit expozici NO₂ z HNO₃.
- Hospitalizace min. 24 hodin k monitorování plicních funkcí.
- NEČEKAT na příznaky plicního edému – je pak pozdě!
Reakce kyseliny dusičné s kovy
Kyselina dusičná je oxidant, nikoli protická kyselina jako H₂SO₄ nebo HCl. Proto nemá uvolňovat H₂ při reakci s kovy – místo toho redukujeme dusík v HNO₃. Redukční produkt závisí na koncentraci HNO₃ a aktivitě kovu.
Reakce mědi s kyselinou dusičnou
Měď (méně aktivní než vodík) skvěle ilustruje rozdíl mezi zředěnou a koncentrovanou HNO₃:
-
Zředěná HNO₃ + Cu:
3 Cu + 8 HNO₃(zř.) → 3 Cu(NO₃)₂ + 2 NO↑ + 4 H₂O
Vzniká bezbarvý plyn NO a modrý roztok Cu(NO₃)₂ -
Koncentrovaná HNO₃ + Cu:
Cu + 4 HNO₃(konc.) → Cu(NO₃)₂ + 2 NO₂↑ + 2 H₂O
Vznikají hnědé výpary NO₂ a modrý roztok
Pokud při práci s HNO₃ a kovy vidíte hnědé/oranžové výpary, jedná se o NO₂.
Okamžitě přerušte práci, opusťte místnost a vyvětrejte.
Vyhledejte lékařskou pomoc i bez příznaků – latentní plicní edém!
| Kov | Zředěná HNO₃ (<30 %) | Koncentrovaná HNO₃ (>68 %) | Hlavní produkt N |
|---|---|---|---|
| Mg, Zn, Al | Reaguje rychle | Pasivace (Al, Zn), rychlá reakce (Mg) | NH₄⁺, N₂, N₂O (s velmi zř.) |
| Fe | Reaguje, tvoří Fe²⁺/Fe³⁺ | PASIVACE – nereaguje | NO, NO₂ |
| Cu | Reaguje, NO, modrý roztok | Reaguje, NO₂ hnědé výpary | NO (zř.) / NO₂ (konc.) |
| Ag | Reaguje snadno | Reaguje (pasivace NE) | NO (zř.) / NO₂ (konc.) |
| Au, Pt | Nereaguje | Nereaguje | Pouze lučavka! |
Pro srovnání s kyselinou sírovou jako oxidantem viz článek kyselina sírová (H₂SO₄) – vlastnosti a bezpečnost.
Časté otázky: hno3
Jak funguje Ostwaldův proces výroby kyseliny dusičné?
Ostwaldův proces (1902, Wilhelm Ostwald) probíhá ve třech fázích. Zaprvé, katalytická oxidace amoniaku: 4 NH₃ + 5 O₂ → 4 NO + 6 H₂O při 850–950 °C na platino-rhodiovém katalyzátoru (Pt:Rh = 90:10). Zadruhé, oxidace NO na NO₂: 2 NO + O₂ → 2 NO₂. Zatřetí, absorpce NO₂ do vody: 3 NO₂ + H₂O → 2 HNO₃ + NO (recyklovaný zpět). Výsledná kyselina má koncentraci 50–70 %. Pro vyšší koncentrace je nutná rektifikace nebo extrakce s H₂SO₄.
Proč koncentrovaná HNO₃ pasivuje kovy, ale zředěná je leptá?
Klíčem je oxidační schopnost a rychlost reakce. Koncentrovaná HNO₃ reaguje s povrchem Fe, Al a Cr tak rychle, že okamžitě vytvoří kompaktní oxidický film (Fe₂O₃, Al₂O₃, Cr₂O₃). Tento film je nepropustný pro kyselinu i vzduch a zabraňuje dalšímu leptání – kov je pasivní. Zředěná HNO₃ oxiduje povrch pomaleji, oxidický film nestihne vzniknout v kompaktní formě, kov se rozpouští. Podobně funguje pasivace u nerezové oceli (Cr₂O₃ vrstva) a hliníku (Al₂O₃ anodizace).
Co je xanthoproteinová reakce a k čemu se používá?
Xanthoproteinová reakce je charakteristická žlutá diskolorace pokožky při kontaktu s koncentrovanou kyselinou dusičnou. Probíhá nitrace aromatických aminokyselin (tyrosin, tryptofan, fenylalanin) v proteinu pokožky – HNO₃ přidá nitroskupinu (-NO₂) do aromatického jádra za vzniku žlutého nitroderivátu. V alkalickém prostředí (pocení, mýdlo) se žlutá barva zesiluje na oranžovou (sůl). V analytické chemii lze tuto reakci využít jako jednoduchý test na přítomnost aromatických aminokyselin nebo bílkovin.
Proč lučavka královská (aqua regia) rozpouští zlato?
Lučavka funguje díky synergickému efektu HNO₃ a HCl. HNO₃ oxiduje zlatý povrch: Au → Au³⁺ (slabě), ale Au³⁺ by se za normálních okolností vysrážel nebo reverzibilně redukoval. HCl poskytuje chloridové ionty Cl⁻, které tvoří se Au³⁺ stabilní komplex tetrachloroauritý [AuCl₄]⁻ (nebo H[AuCl₄]). Tím se rovnováha posunuje ve prospěch rozpouštění zlata. Celková rovnice: Au + HNO₃ + 4 HCl → H[AuCl₄] + NO↑ + 2 H₂O. Platina se rozpouští analogickým komplexem [PtCl₆]²⁻.
Jaká je latentní perioda otravy oxidem dusičitým a proč je nebezpečná?
Latentní perioda otravy NO₂ je 4–24 hodin. Po expozici se postižený zpočátku cítí dobře nebo má jen mírné příznaky (kašel, pálení v krku). Mezitím NO₂ v plicích reaguje s vodou za vzniku HNO₃ a HNO₂, které způsobují chemické popáleniny plicní tkáně. Po latentní době nastupuje fulminantní (prudký) plicní edém – plíce se plní tekutinou. Smrtnost neléčeného plicního edému je vysoká. Proto je každá expozice NO₂ výparům z HNO₃ lékařská pohotovost, i když se postižený cítí dobře!
Jak se bezpečně připraví lučavka královská v laboratoři?
Lučavka se musí připravovat vždy čerstvá – nestabilizuje se a rozpadá na toxické složky. Postup: do odměrné zkumavky nebo baňky v digestoři přidejte 3 objemy koncentrované HCl a poté 1 objem koncentrované HNO₃ (poměr 3:1 HCl:HNO₃). NIKDY naopak! Okamžitě vzniká žlutooranžová kapalina s výpary NO₂. Použijte ihned – do 30 minut. Vždy pracujte v digestoři v OOP (butylkaučukové rukavice, obličejový štít, respirátor s filtrem NO-P3). Zbytky neutralizujte za chlazení NaHCO₃.
Jaký je rozdíl mezi nitroglycerinem a nitrocelulózou jako výbušninami?
Oba jsou produkty nitrace organických sloučenin kyselinou dusičnou (přes nitrocentraci HNO₃/H₂SO₄). Nitroglycerin (trinitroglycerin, TNG) je kapalná výbušnina získaná nitrací glycerolu: C₃H₅(OH)₃ + 3 HNO₃ → C₃H₅(NO₃)₃ + 3 H₂O. Je extrémně citlivá na náraz a teplo. Alfred Nobel vyřešil problém tím, že nitroglycerin absorboval do křemeliny a vyrobil dynamit. Nitrocelulóza vzniká nitrací celulózy a je méně citlivá; používá se v střelném prachu (černý = ne, bezdýmový prach = ano), filmové emulzi a lacích.