¿Por qué el ácido nítrico se descompone a temperatura ambiente y cómo se relaciona la estabilidad térmica del ácido nítrico con su estructura?

Answer 1

De acuerdo con la cinética de la descomposición térmica del ácido nítrico en la fase líquida, la descomposición térmica del HNO3 se debe a la presencia de N2O5. (Lo siento; no puedo copiar el resumen para publicar aquí).

Del ácido nítrico

El ácido nítrico anhidro puro (100%) es un líquido móvil incoloro con una densidad de 1.522 g / cm3 que se solidifica a -42 ° C para formar cristales blancos y hierve a 83 ° C. Al hervir en luz, y lentamente incluso a temperatura ambiente, hay una descomposición parcial con la formación de dióxido de nitrógeno después de la reacción:
lo que significa que el ácido nítrico anhidro debe almacenarse por debajo de 0 ° C para evitar la descomposición. El dióxido de nitrógeno (NO2) permanece disuelto en el ácido nítrico y lo tiñe de amarillo o rojo a temperaturas más altas. Mientras que el ácido puro tiende a desprender humos blancos cuando se expone al aire, el ácido con dióxido de nitrógeno disuelto emite vapores de color marrón rojizo, lo que lleva al nombre común de “ácido rojo fumante” o “ácido nítrico fumante”. El ácido nítrico fumante también se conoce como ácido nítrico 16 molar . Es la forma más concentrada de ácido nítrico a temperatura y presión estándar (STP).

Este tema también se discute en un artículo de 1953 (de nuevo uno que no puedo copiar) Página en caltech.edu

Answer 2

Probablemente porque el nitrógeno en el ácido nítrico tiene más de 3 enlaces que sobrepasan su valencia, lo que lo hace inestable o también podría ser porque tiene una carga positiva en el nitrógeno (un átomo altamente electronegativo).

Answer 3

De acuerdo con la cinética de la descomposición térmica del ácido nítrico en la fase líquida, la descomposición térmica del HNO3 se debe a la presencia de N2O5. (Lo siento; no puedo copiar el resumen para publicar aquí).

Del ácido nítrico

El ácido nítrico anhidro puro (100%) es un líquido móvil incoloro con una densidad de 1.522 g / cm3 que se solidifica a -42 ° C para formar cristales blancos y hierve a 83 ° C. Al hervir en luz, y lentamente incluso a temperatura ambiente, hay una descomposición parcial con la formación de dióxido de nitrógeno después de la reacción:
lo que significa que el ácido nítrico anhidro debe almacenarse por debajo de 0 ° C para evitar la descomposición. El dióxido de nitrógeno (NO2) permanece disuelto en el ácido nítrico y lo tiñe de amarillo o rojo a temperaturas más altas. Mientras que el ácido puro tiende a desprender humos blancos cuando se expone al aire, el ácido con dióxido de nitrógeno disuelto emite vapores de color marrón rojizo, lo que lleva al nombre común de “ácido rojo fumante” o “ácido nítrico fumante”. El ácido nítrico fumante también se conoce como ácido nítrico 16 molar . Es la forma más concentrada de ácido nítrico a temperatura y presión estándar (STP).

Answer 4

¿Por qué el ácido nítrico se descompone a temperatura ambiente y cómo se relaciona la estabilidad térmica del ácido nítrico con su estructura?

Answer 5

El ácido nítrico se descompone lentamente para formar dióxido de nitrógeno, NO2, por la misma razón que la mayoría de los químicos se descomponen; La energía de formación de los productos de descomposición es menor que la energía de formación de la molécula original. Las moléculas rebotan constantemente entre sí y si golpean lo suficientemente fuerte, entran en un estado de transición de alta energía que puede volver a caer en el estado original o en otro estado que puede ser más bajo o más alto que el estado original. Cuanto más baja es la energía del estado, más probable es que la molécula caiga de nuevo a ese estado.

Considere una mesa con dominós en él. Algunos están de pie sobre sus extremos, algunos están de pie en el borde largo y otros están acostados. Si simulo una temperatura por encima de 0K golpeando la mesa con mi puño, puedo excitar a los dominós en un estado de transición inestable. En otras palabras, puedo golpear la mesa con la fuerza suficiente para hacer que reboten en el aire y se vuelvan a caer en la mesa porque volar por el aire no es un estado estable para un dominó. Si solo han rebotado a una altura muy pequeña de la mesa, es probable que vuelvan a su estado anterior y no se vuelquen. Si golpeo lo suficientemente fuerte, los que están de pie comenzarán a caerse cuando caigan del aire. Si realmente golpeo la mesa, incluso puedo hacer que los que están de pie en su borde largo se caigan. Si golpeo lo suficientemente fuerte, puedo hacer que algunos de los que están acostados se apoyen en una posición de pie, pero eso rara vez sucederá, mientras que casi todos los dominós de pie caerán si estoy a una temperatura alta simulada, es decir, si realmente estoy golpeando. la mesa dura En esta analogía, las fichas de dominó están en el estado de energía más bajo (siempre que no cuentes las que rebotaron en el piso). Cualquier sistema a una temperatura superior al cero absoluto agitará sus moléculas y si las moléculas se agitan lo suficiente, caerán a la configuración de energía más baja posible, al igual que los dominós tenderán a caer completamente cuando golpee la mesa con suficiente fuerza.

En el caso del ácido nítrico, la diferencia de energía entre él y los productos de descomposición es pequeña a temperatura ambiente, por lo que la descomposición es lenta. Considere la forma de un huevo con un gran extremo aplanado sobre el que descansa. Es poco probable que los golpes moderados en la mesa vuelquen las formas de los huevos, pero una vez que se vuelven, es muy poco probable que se vuelvan a colocar sobre el extremo plano, aunque se necesita muy poca energía para mantenerlos en posición vertical. Los golpes duros, las altas temperaturas, harán que los huevos se peguen más rápidamente a sus lados, por lo que las temperaturas más altas generalmente significan una descomposición más rápida.

La ecuación de descomposición del ácido nítrico:
2HNO3 -> H2O + 2NO2 + ½O2
Esto es en realidad una reacción de 2 pasos con N2O5 como un producto de descomposición intermedia, pero para la contabilidad de la energía esto es irrelevante.

Energía de formación de HNO3 = -207 KJ / mol
Energía de formación de H2O (l) = -285.83 KJ / mol
Energía de formación NO2 = 33.12 KJ / mol
Energía de formación de O2 = 0 KJ / mol (por convención, los compuestos puros tienen energía de formación cero a 273.15 K)

Suma de productos de descomposición = -285.83 + 2 * 33.12 = -219.59 KJ / mol que es menor que -207 KJ / mol para el ácido nítrico (tenga en cuenta las energías negativas de formación para todo menos el NO2).

Así que las moléculas de ácido nítrico tienen una ligera tendencia a “caer” la escala de energía en las moléculas de NO2 y hay más oportunidades para que hagan esto cada segundo a temperaturas más altas, por lo que la descomposición es más rápida a temperaturas más altas. Golpear la mesa con más fuerza golpea todos los dominós antes.