Zaznacz Poprawne Zapisane Równanie Reakcji Dysocjacji Kwasu Azotowego 5

Oto odpowiedź na pytanie dotyczące dysocjacji kwasu azotowego(V) (HNO₃).

Kwas azotowy(V), HNO₃, jest mocnym kwasem, co oznacza, że w roztworze wodnym ulega praktycznie całkowitej dysocjacji. Poprawne równanie reakcji dysocjacji, uwzględniające charakter reakcji w środowisku wodnym, przedstawia się następująco:

HNO₃(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + NO₃⁻(aq)

To równanie jest najdokładniejsze, ponieważ uwzględnia obecność wody jako rozpuszczalnika i przedstawia powstanie jonu hydroniowego (H₃O⁺) zamiast samego jonu wodorowego (H⁺). Chociaż często używa się uproszczonego zapisu:

HNO₃(aq) ⇌ H⁺(aq) + NO₃⁻(aq)

Należy pamiętać, że w rzeczywistości jon H⁺ natychmiast reaguje z cząsteczką wody, tworząc jon hydroniowy. Dlatego też, pierwsze równanie jest bardziej poprawne i precyzyjne, oddając rzeczywisty przebieg procesu dysocjacji w roztworze wodnym.

Szczegółowe omówienie procesu dysocjacji

Dysocjacja kwasu azotowego(V) jest procesem heterolitycznego rozpadu wiązania kowalencyjnego polarnego pomiędzy atomem wodoru a atomem tlenu w cząsteczce HNO₃. Woda, jako rozpuszczalnik o wysokiej stałej dielektrycznej, sprzyja jonizacji kwasu. Cząsteczki wody otaczają cząsteczki HNO₃, stabilizując powstające jony.

Proces dysocjacji można opisać w kilku etapach:

1. Solwatacja cząsteczki HNO₃: Cząsteczki wody otaczają cząsteczkę kwasu azotowego(V), tworząc wiązania wodorowe z atomami tlenu i wodoru w HNO₃. To osłabia wiązanie O-H w cząsteczce kwasu.
2. Heterolityczny rozpad wiązania O-H: Wiązanie O-H ulega heterolitycznemu rozpadowi, co oznacza, że para elektronowa z wiązania przechodzi w całości na atom tlenu. Powstaje jon wodorowy (H⁺) i jon azotanowy(V) (NO₃⁻).
3. Protonacja wody: Jon wodorowy (H⁺), będący bardzo reaktywnym indywiduum, natychmiast przyłącza się do cząsteczki wody, tworząc jon hydroniowy (H₃O⁺). Dzieje się to poprzez utworzenie wiązania koordynacyjnego pomiędzy wolną parą elektronową atomu tlenu w cząsteczce wody a pustym orbitalem 1s jonu wodorowego.
4. Solwatacja jonów: Powstałe jony hydroniowe (H₃O⁺) i azotanowe(V) (NO₃⁻) są otaczane przez kolejne cząsteczki wody, co stabilizuje je w roztworze i zapobiega ich rekombinacji.

Równowaga dysocjacji

Ponieważ kwas azotowy(V) jest mocnym kwasem, równowaga reakcji dysocjacji jest silnie przesunięta w prawo, co oznacza, że w roztworze występuje bardzo mała ilość niezdysocjowanych cząsteczek HNO₃. Stopień dysocjacji kwasu azotowego(V) w roztworach wodnych jest bliski 100%.

Wpływ stężenia na dysocjację

Chociaż kwas azotowy(V) jest mocnym kwasem, w bardzo stężonych roztworach stopień dysocjacji może być nieco niższy ze względu na efekt jonów wspólnych oraz zmniejszoną aktywność wody. Jednak nawet w stężonych roztworach, dysocjacja jest nadal bardzo wysoka.

Właściwości jonów powstających podczas dysocjacji

• Jon hydroniowy (H₃O⁺): Jest to jon odpowiedzialny za kwaśne właściwości roztworów wodnych. Określa pH roztworu. Wysokie stężenie jonów hydroniowych powoduje niski pH, co oznacza silny kwas. Jon hydroniowy ma strukturę piramidy trygonalnej, gdzie atom tlenu znajduje się w wierzchołku, a atomy wodoru w podstawie.
• Jon azotanowy(V) (NO₃⁻): Jest to anion, który wykazuje właściwości utleniające. Jon azotanowy(V) ma strukturę płaskiego trójkąta równobocznego, gdzie atom azotu znajduje się w centrum, a atomy tlenu na wierzchołkach. Ładunek ujemny jest rozproszony na trzech atomach tlenu, co stabilizuje jon.

Zastosowania kwasu azotowego(V) związane z jego dysocjacją

Kwaśne właściwości kwasu azotowego(V), wynikające z jego silnej dysocjacji, są wykorzystywane w wielu procesach przemysłowych i laboratoryjnych:

• Produkcja nawozów: Kwas azotowy(V) jest używany do produkcji nawozów azotowych, takich jak azotan amonu (NH₄NO₃) i azotan wapnia (Ca(NO₃)₂).
• Produkcja materiałów wybuchowych: Kwas azotowy(V) jest używany do produkcji materiałów wybuchowych, takich jak nitrogliceryna i trotyl (TNT).
• Trawienie metali: Kwas azotowy(V) jest używany do trawienia metali, np. w procesie wytrawiania płytek drukowanych.
• Synteza organiczna: Kwas azotowy(V) jest używany jako utleniacz i katalizator w wielu reakcjach syntezy organicznej.
• Regeneracja wymieniaczy jonitowych: Wymieniacze jonitowe, używane do zmiękczania wody, są regenerowane za pomocą roztworów kwasu azotowego(V).
• Czyszczenie i dezynfekcja: Rozcieńczone roztwory kwasu azotowego(V) mogą być używane do czyszczenia i dezynfekcji powierzchni.

Podsumowanie

Reasumując, poprawne równanie dysocjacji kwasu azotowego(V) w roztworze wodnym to:

HNO₃(aq) + H₂O(l) ⇌ H₃O⁺(aq) + NO₃⁻(aq)

To równanie odzwierciedla fakt, że jon wodorowy (H⁺) natychmiast reaguje z cząsteczką wody, tworząc jon hydroniowy (H₃O⁺). Dysocjacja kwasu azotowego(V) jest procesem heterolitycznym, w którym wiązanie O-H ulega rozpadowi, a powstałe jony są stabilizowane przez solwatację. Wysoki stopień dysocjacji kwasu azotowego(V) sprawia, że jest on silnym kwasem, a jego kwaśne właściwości są wykorzystywane w wielu zastosowaniach przemysłowych i laboratoryjnych. Pamiętaj, że stosowanie uproszczonego zapisu (HNO₃(aq) ⇌ H⁺(aq) + NO₃⁻(aq)) jest akceptowalne, ale mniej dokładne.