Nitrik asit

Nitrik asit (HNO₃); tipik olarak keskin bir kokuya sahip, renksizden uçuk sarıya kadar değişen dumanlı bir sıvı olarak görünen, gübrelerin, patlayıcıların ve çeşitli endüstriyel kimyasalların üretiminde yaygın olarak kullanılan, oldukça aşındırıcı, güçlü bir mineral asit ve kuvvetli bir oksitleyici maddedir.^[1] Kimyasal formülü, bir nitrat grubuna bağlı bir hidrojen atomundan oluşur, molekül ağırlığı 63.01 g/mol’dür ve suda yaklaşık -1.4 pKa değerine sahip monoprotik bir asit olarak tamamen ayrışır.^[1] Fiziksel olarak, saf nitrik asit 1.51 g/cm³ yoğunluğa, 83°C kaynama noktasına ve -42°C erime noktasına sahiptir; ancak ticari derişimler (genellikle %65-70), su içeriği nedeniyle biraz farklı özellikler sergiler.^[1] Güçlü bir oksitleyici olarak, organik malzemeler ve metallerle şiddetli tepkimeye girerek azot oksitler üretir ve potansiyel olarak yanıcı maddeleri tutuşturabilir; bu durum, soluma yoluyla ciddi yanıklardan veya zehirlenmelerden kaçınmak için dikkatli bir kullanım ve taşıma gerektirir.^[2]

Nitrik asidin birincil endüstriyel üretimi, amonyağın (NH₃) üç ana adımda katalitik oksidasyonunu içeren Ostwald işlemi yoluyla gerçekleşir: ilk olarak, amonyak (NH₃), yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 750-900°C) bir platin-rodyum katalizörü üzerinde nitrik okside (NO) oksitlenir; ikinci olarak, NO daha sonra azot dioksite (NO₂) oksitlenir; ve üçüncü olarak, 3 NO₂ suda emilerek nitrik asit oluşturur (2 HNO₃ + NO).^[2] 20. yüzyılın başlarında geliştirilen bu süreç, küresel üretimin büyük çoğunluğunu oluşturur ve başlangıçta %55-65’lik derişimler sağlar; bu, özel uygulamalar için sülfürik asit ile damıtılarak %98-99’a kadar konsantre edilebilir.^[2] 2024 itibarıyla, öncelikle tarımı desteklemek amacıyla dünya çapında yıllık yaklaşık 58 milyon metrik ton üretim yapılmaktadır.^[3] Azot oksit (NOₓ) emisyonları, çevresel etkiyi en aza indirmek için absorpsiyon kuleleri ve katalitik indirgeme yoluyla kontrol edilmektedir.^[2]

Nitrik asidin en önemli uygulaması, yaklaşık %70-80’inin amonyum nitrat ve mahsul büyümesi için gerekli diğer azot bazlı bileşikleri üretmek için kullanıldığı gübre imalatıdır.^[1] Ayrıca, nitrogliserin ve trinitrotoluen (TNT) gibi patlayıcıların üretiminde ve naylon için adipik asit, sikloheksanon, dinitrotoluen ve nitrobenzen gibi organik ara maddelerin sentezinde kilit bir rol oynar; bunların her biri toplam kullanımın %3-10’unu oluşturur.^[1] Ek uygulamalar arasında metal dağlama ve asitleme (örneğin, paslanmaz çelik ve pirinç için), fotogravür, roket yakıtları ve madencilikte altın ve gümüşün ayrıştırılması yer alır.^[4] Reaktivitesi nedeniyle nitrik asit, korozyon, yangınlar veya zehirli duman salınımını içeren kazaları önlemek için endüstriyel ortamlarda katı güvenlik protokolleri gerektirir.^[1]

Tarihçe

Erken Üretim

Nitrik asit, ilk olarak 8. yüzyılda Fars simyacı Cabir bin Hayyan (Geber olarak da bilinir) tarafından simya geleneklerinde, güherçilenin (potasyum nitrat) sülfürik asit ile damıtılmasından elde edilen güçlü bir çözücü olan aqua fortis (kezzap) olarak tanındı. Cabir’in El-Havass el-Kebir gibi yazıları, bu aşındırıcının yenilikçi damıtma teknikleri yoluyla hazırlanmasını tarif ederek, mineral asitlerin doğal tuzlardan izole edilmesinde erken bir ilerlemeye işaret etti.^[5]^[6]

Ortaçağ Avrupa’sında bu yöntemler uyarlandı ve geliştirildi; muhtemelen 13. yüzyıldan kalma ve eserlerini takma adla Cabir’e atfeden Avrupalı bir yazar olan sahte-Geber (pseudo-Geber), Summa perfectionis magisterii gibi metinlerde nitrik asidi vitriolden (sülfürik asit) ısıtma ve yoğunlaştırma süreçleri yoluyla ayırmak için ayrıntılı tarifler sundu. Tanınmış bir 13. yüzyıl Alman bilgini olan Albertus Magnus da, 1300 civarında güherçile ve şap veya vitriol karışımını damıtarak nitrik asit hazırlanmasını belgeledi ve yoğun reaktivitesiyle bilinen dumanlı, renksiz sıvının en eski yazılı Avrupa tanımlarından birini sundu. Bu anlatımlar, imbiklerde kontrollü ısıtmayı vurguluyordu.^[6]^[7]

Nitrik asidin erken uygulamaları, baz metalleri çözmek ve değerli olanları ayırmak için kilit bir ajan olarak hizmet ettiği metalurjiye odaklandı; özellikle altını gümüş alaşımlarından izole etmek için yapılan ayırma analizlerinde kullanıldı. Sahte-Geber gibi simyacılar, alaşımlar asitle işlendiğinde gümüşü aşındırırken altını sağlam bırakma yeteneğine dikkat çektiler; bu da soy metallerin eritilmeden saflaştırılmasını ve analiz edilmesini sağladı. 13.-14. yüzyıl uygulamalarına dayanan bu teknik, asidin seçici oksitleyici özelliklerinden yararlanarak ilkel metal rafinerisinde devrim yarattı.^[8]^[9]

Modern Gelişmeler

17. yüzyılda, Johann Rudolf Glauber, güherçileyi derişik sülfürik asit ile damıtarak nitrik asit üretimini geliştirdi ve daha zayıf asitlere veya nitratların doğrudan ısıtılmasına dayanan önceki damıtma tekniklerinden daha yüksek verim sağladı.^[10]

19. yüzyılda nitrik asit, özellikle Christian Friedrich Schönbein’in 1846’da pamuğun nitrik ve sülfürik asit karışımıyla işlenmesiyle üretilen ve kara baruttan daha üstün patlayıcı güce sahip olan pamuk barutunu veya nitroselülozu keşfetmesiyle patlayıcıların geliştirilmesinde çok önemli bir rol oynadı.^[11]

20. yüzyılın başları, Kristian Birkeland ve Sam Eyde tarafından geliştirilen ve havadaki azot ve oksijeni elektrik arkları kullanarak nitrik okside (daha sonra oksitlenip emilerek nitrik asit oluşturulur) dönüştüren 1903 tarihli Birkeland-Eyde işlemi ile örneklendirilen büyük ölçekli atmosferik azot fiksasyonuna doğru bir kaymaya işaret etti.

Wilhelm Ostwald, 1902’de Ostwald işlemini tanıtarak amonyağı bir platin katalizör üzerinde oksitleyerek nitrik asit üretme yönteminin patentini aldı; ilk pilot tesis 1908’de Bochum, Almanya’da kuruldu ve 1913’ten itibaren Haber-Bosch işlemiyle bolca bulunan amonyaktan verimli sentezde devrim yarattı.^[12]^[13]

20. yüzyıl boyunca Ostwald işlemi, yüksek sıcaklık koşullarında seçiciliği ve dayanıklılığı artırmak, platin kayıplarını azaltmak ve genel verimliliği iyileştirmek için 1920’lerde katalizör olarak platin-rodyum alaşımlı gazlı bezlerin benimsenmesi de dahil olmak üzere optimizasyonlardan geçti.^[14] II. Dünya Savaşı’ndan sonra, savaş zamanı mühimmatlarından kalan amonyak sentezi kapasitesi tarımsal kullanımlara kaydıkça gübre uygulamaları için nitrik asit üretimi önemli ölçüde arttı; yalnızca ABD üretimi, patlayıcıları desteklemekten 1950’lere kadar yıllık milyonlarca ton amonyum nitrat gübresi üretmeye doğru büyüdü.^[15]

Özellikler

Fiziksel Özellikler

Nitrik asit oda sıcaklığında renksiz ila uçuk sarı bir sıvıdır; sarı renklenme ticari numunelerdeki azot dioksit safsızlıklarından kaynaklanır.^[1] Saf susuz nitrik asit tipik olarak renksizdir, ancak nemli havada kolayca dumanlanır ve nitrik asit hidratlarının (HNO₃·nH₂O) oluşumu nedeniyle beyaz buharlar üretir.^[1] Farklı dereceler derişim ve NO₂ içeriği ile ayırt edilir: derişik nitrik asit, ağırlıkça yaklaşık %68 HNO₃ içeren yaygın azeotropik formdur, dumanlı nitrik asit ise %86 ila %98 HNO₃ aralığındadır; beyaz dumanlı nitrik asit (WFNA) minimum çözünmüş NO₂ içerir ve neredeyse renksiz kalırken, kırmızı dumanlı nitrik asit (RFNA) daha yüksek NO₂ seviyeleri içerir, bu da kırmızımsı-kahverengi bir görünüme ve kırmızı-kahverengi dumanlara neden olur.^[1]^[16]^[17]

Saf nitrik asidin yoğunluğu 20 °C’de 1.5129 g/cm³’tür.^[1] Standart basınçta -41.6 °C erime noktasına ve 83 °C kaynama noktasına sahiptir.^[1] Dinamik viskozite sıcaklıkla azalır; 0 °C’de 1.092 mPa·s, 25 °C’de 0.746 mPa·s ve 40 °C’de 0.617 mPa·s ölçülür.^[1] Benzer şekilde, yüzey gerilimi 0 °C’de 0.04356 N/m, 20 °C’de 0.04115 N/m ve 40 °C’de 0.03776 N/m’dir.^[1]

Nitrik asit su ile her oranda tamamen karışabilir ve homojen çözeltiler oluşturur.^[1] Ancak, ağırlıkça %68 HNO₃’te su ile maksimum kaynama noktalı bir azeotrop oluşturur; bu azeotrop 120.5 °C kaynama noktasına ve 20 °C’de 1.41 g/cm³ yoğunluğa sahiptir.^[1] Bu azeotrop, ek işlemler olmadan daha yüksek derişimler üretmek için basit damıtmayı sınırlar.^[1]

Sıvı nitrik asit için standart oluşum entalpisi (ΔH_f°), 25 °C’de -174.1 kJ/mol’dür.^[1] Sabit basınçtaki molar ısı kapasitesi 298.15 K’de 109.9 J/mol·K’dir.

Kimyasal Özellikler

Nitrik asit, kolayca proton verme eğilimini gösteren -1.3’lük bir pKa değerine sahip güçlü bir asittir. Sulu çözeltilerde, HNO₃ + H₂O → H₃O⁺ + NO₃⁻ şeklinde davranarak hidronyum iyonlarına (H₃O⁺) ve nitrat iyonlarına (NO₃⁻) tamamen ayrışır.^[1] Ancak, derişik çözeltilerde, daha düşük su aktivitesi nedeniyle ayrışma derecesi azalır ve ayrışmamış HNO₃ moleküllerini içeren daha karmaşık bir türleşmeye ve kısmi hidrolize yol açar.^[18]

Güçlü bir oksitleyici madde olarak nitrik asit, NO₃⁻ + 4H⁺ + 3e⁻ → NO + 2H₂O yarı tepkimesi için +0.96 V standart indirgenme potansiyeli sergiler; bu, birçok maddeyi oksitlerken kendisinin nitrik okside veya diğer azot oksitlere indirgenmesini sağlar. Özellikle ağırlıkça %68’in üzerindeki derişik nitrik asit, azot dioksit (NO₂) açığa çıkararak bozunmaya yatkındır ve dumanlı doğasına katkıda bulunur.^[19]

Bozunmadan kaynaklanan çözünmüş NO₂, çözeltiye sarı bir renk verir ve daha agresif nitrolama ve oksitleme türleri oluşturarak aşındırıcılığını artırır.^[20] Bu bozunma şu genel tepkimeyi izler:

$$ 4\text{HNO}_3 \rightarrow 4\text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2 $$

^[21]

Nitrik asit sınırlı ısıl kararlılık gösterir; yüksek sıcaklıklarda bozunarak azot oksit (N₂O), nitrik oksit (NO) ve azot dioksit (NO₂) karışımının yanı sıra su ve oksijen verir; kesin ürünler sıcaklığa ve derişime bağlıdır.^[22] Fotokimyasal olarak ışığa duyarlıdır, NO₂ ve diğer oksitlere bozunarak sararmayı ve kararsızlığı hızlandırır.^[23]

Nitrik asidin susuz formu oldukça reaktif ve kararsızdır; sulu çözeltilerde bozunmasını ılımlı hale getiren suyun dengeleyici etkisinden yoksundur ve ılımlı sıcaklıklarda bile kolayca azot oksitlerine ayrışır.^[1] Susuz nitrik asidin hazırlanması zordur, suyu uzaklaştırmak için genellikle derişik sülfürik asit ile vakum damıtması gerektirir, ancak ürün yine de hızlı bozunmaya ve indirgeyici maddelerle şiddetli tepkimelere yatkındır.^[24]

Yapı ve Bağlar

Nitrik asit HNO₃ kimyasal formülüne sahiptir. Molekül, üç oksijen atomuna bağlı merkezi bir azot atomundan oluşur; bir oksijen atomu da bir hidrojen atomuna bağlanarak bir hidroksil (OH) grubu oluşturur. Azot atomu etrafındaki düzenleme, yaklaşık 120°’lik bağ açılarıyla düzlemsel üçgen geometriyi benimser; spesifik olarak, deneysel O-N-O açıları hidroksil grubunun etkisini yansıtacak şekilde 113.9°, 115.1° ve 130.3° olarak ölçülmüştür.^[25]

Nitrik asitteki bağlar, rezonans nedeniyle elektronların delokalizasyonunu içerir. Azot atomu üç σ-bağı oluşturur: biri OH grubuna ve ikisi terminal oksijen atomlarına. Rezonans yapıları, terminal N-O bağlarını kısmi çift bağ karakterine sahip olarak tasvir eder; çift bağ iki terminal oksijen arasında değişir ve bu N-O bağları için yaklaşık 120 pm’lik eşdeğer bağ uzunlukları ile sonuçlanır. Lewis yapısı, merkezi azotu üç oksijen atomuna bağlı, hidrojeni ise bir oksijene bağlı olarak yerleştirir; formal yükler azotta +1 ve OH grubundaki oksijende -1’dir, ancak rezonans negatif yükü terminal oksijenler arasında delokalize eder.^[1]^[26]

Titreşim spektroskopisi, bağlar ve yapı hakkında bilgi sağlar. Temel kızılötesi absorpsiyon bantları arasında gaz fazında yaklaşık 3550 cm⁻¹’de O-H gerilme modu ve yaklaşık 1710 cm⁻¹’de simetrik N=O gerilme modu bulunur; asimetrik NO₂ gerilme titreşimi 1305 cm⁻¹ civarında görünür. Bu frekanslar, çift bağ karakterine sahip güçlü N-O bağlarının ve karakteristik O-H bağının varlığını doğrular.^[27]

Nitrik asit, düzlemsel, rezonans kararlı NO₃⁻ yapısının bir oksijen atomuna ek hidrojenin bağlandığı nitrat iyonunun (NO₃⁻) protonlanmış formu olarak kabul edilebilir. Sıvı halde, OH grubu ile komşu oksijen atomları arasındaki moleküller arası hidrojen bağı, moleküler birleşmeye ve fiziksel özelliklere katkıda bulunur.^[1]

Üretim

Laboratuvar Sentezi

Laboratuvarda, nitrik asit genellikle potasyum nitrat ve derişik sülfürik asit karışımının cam bir imbikte damıtılmasıyla küçük ölçekte hazırlanır. Tepkime şu şekilde ilerler:

$$ \mathrm{KNO_3 + H_2SO_4 \stackrel{\text{ısı}}{\longrightarrow} HNO_3 + KHSO_4} $$

Nitrat tuzu imbiğe yerleştirilir ve derişik sülfürik asit yavaşça eklenirken, tepkimeyi başlatmak ve daha sonra yoğunlaştırılarak bir alıcıda toplanan nitrik asidi buharlaştırmak için hafifçe 100–150°C’ye ısıtılır. Bu klasik yöntem, su ile azeotrop ve azot oksitlere kısmi bozunma ile sınırlı olarak yaklaşık %60-70 derişimde nitrik asit üretir.^[28]^[29]

Bu yöntemin varyasyonları, benzer tepkime stokiyometrisi ile sodyum nitrat (NaNO₃) veya amonyum nitrat (NH₄NO₃) gibi diğer nitrat tuzlarını kullanır (NaNO₃ + H₂SO₄ → HNO₃ + NaHSO₄; NH₄NO₃ + H₂SO₄ → HNO₃ + NH₄HSO₄). Düzenek tipik olarak, aşındırıcı buharlara dayanmak için borosilikat camdan yapılmış, bir yoğunlaştırıcı ve bir toplama şişesi ile donatılmış yuvarlak tabanlı bir balon veya imbikten oluşur. Isıtma, bozunmaya ve düşük verime yol açabilecek 200°C üzerindeki aşırı sıcaklıklardan kaçınmak için kontrol edilir.^[30]^[31]

Ham ürün genellikle sarı ila kırmızı bir renk veren çözünmüş azot dioksit (NO₂) içerir; bu, düşük basınç altında fraksiyonel damıtma ile veya NO safsızlıklarını oksitlemek için asitten oksijen geçirilerek giderilir. İşlem zehirli kırmızı-kahverengi NO₂ dumanları ürettiğinden güvenlik önlemleri esastır; solunmayı veya deri temasını önlemek için koruyucu ekipmanla iyi havalandırılan bir çeker ocakta yapılmalıdır.^[32]^[33]

Alternatif bir laboratuvar yöntemi, bakırın seyreltik nitrik asit ile tepkimesi yoluyla nitrik oksit (NO) üretilmesini, ardından havada NO₂‘ye oksidasyonu ve seyreltik nitrik asit oluşturmak için suda emilmesini içerir. Bu yöntem, klasik damıtmaya kıyasla daha düşük verimlilik nedeniyle daha az yaygındır.^[28]

Endüstriyel Üretim

Endüstriyel nitrik asit üretimi için birincil yöntem, küresel üretimin %90’ından fazlasını oluşturan Ostwald işlemidir.^[2] Bu işlem, amonyağın (NH₃) yaklaşık 900°C sıcaklıklarda platin-rodyum katalizörü kullanılarak nitrik okside (NO) katalitik oksidasyonunu, ardından NO’nun havada azot dioksite (NO₂) oksidasyonunu ve son olarak NO₂’nin suda emilerek nitrik asit oluşturulmasını içerir.^[2] Toplam tepkime verimliliği yaklaşık %95’e ulaşarak minimum hammadde kaybıyla büyük ölçekli üretime olanak tanır.^[34]

Daha eski bir alternatif olan Birkeland-Eyde işlemi, yüksek enerji talepleri (sabit azot kg başına yaklaşık 60 kWh) nedeniyle artık endüstriyel olarak kullanılmayan tarihi bir yöntemdir, ancak amonyak bazlı yöntemlerin hakimiyetinden önce nitrik asit sentezi için erken bir yol sağlamıştır. Bu yöntemde, atmosferik azot (N₂) ve oksijen (O₂), 3000°C’yi aşan sıcaklıklarda bir elektrik arkı yoluyla NO’ya sabitlenir, ardından NO₂’ye oksitlenir ve suda emilerek nitrik asit elde edilir.^[35]

2024 itibarıyla, küresel nitrik asit üretimi, öncelikle gübre ve kimyasal talebiyle yaklaşık 58 milyon metrik tona ulaşmıştır.^[3] Çin ve Amerika Birleşik Devletleri, entegre amonyak ve gübre endüstrileri nedeniyle kapasitenin önemli bir kısmını oluşturan lider üreticilerdir.^[36] Modern Ostwald tesisleri, buhar geri kazanımı yoluyla HNO₃ tonu başına 1-3 GJ net enerji ihracatı sağlarken, büyük ölçüde amonyak oksidasyonunda kullanılan doğal gazdan kaynaklanan brüt girdi yaklaşık 7-8 GJ/t’dur.^[34]

Yan ürünlerin, özellikle atık gazlardan kaynaklanan NOx emisyonlarının yönetimi, endüstriyel tesislerde çevresel uyumluluk için kritiktir.^[2] Vanadyum bazlı katalizörler üzerinde amonyak kullanan seçici katalitik indirgeme (SCR), NOx’i %95’e kadar azaltarak azot ve suya dönüştürürken N₂O gibi ikincil kirleticileri en aza indirir.^[34]

Son gelişmeler, oksidasyona kıyasla (4-5 bar) absorpsiyonu daha yüksek basınçlarda (12 bar’a kadar) çalıştıran, güç ihracatı için buhar üretimini artırarak NO₂ çözünürlüğünü ve enerji verimliliğini iyileştiren çift basınçlı süreçlere odaklanmaktadır.^[37] Bu tasarımlar, ton başına 11 GJ’ye kadar yüksek basınçlı buhar geri kazanımı sağlayarak genel enerji girdisini azaltabilir.^[34] Ek olarak, yerinde amonyak üretimi için Haber-Bosch işlemiyle entegrasyon, hammadde tedarik zincirlerini optimize ederek gübre komplekslerinde maliyetleri ve emisyonları düşürür.^[38]

Tepkimeler

Asit-Baz Özellikleri

Nitrik asit, seyreltik sulu çözeltilerde güçlü bir Brønsted-Lowry asidi olarak hareket eder ve aşağıdaki dengeye göre tam ayrışmaya uğrar:

$$ \mathrm{HNO_3 + H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + NO_3^-} $$

Bu koşullar altında neredeyse tam iyonlaşmayı gösteren K_a > 20 (pK_a ≈ −1.4) asit ayrışma sabiti ile. 0.1 M’lik bir çözelti için bu, yaklaşık 0.1 M’lik bir hidrojen iyonu derişimi ile sonuçlanır ve ayrışma etkili bir şekilde tamamlandığı için yaklaşık 1.0 pH verir.^[39] Güçlü bir asidin eşlenik bazı olan nitrat iyonu (NO₃⁻) son derece zayıftır ve önemli ölçüde hidrolize olmaz, bu da nitrik asit çözeltilerinde herhangi bir tamponlama kapasitesini önler.^[40]

Derişik sulu çözeltilerde (~8 M üzeri), yüksek iyonik kuvvet ve aktivite etkileri nedeniyle ayrışma derecesi azalır, bu da ayrışmamış HNO₃ ile dengede olan nitronyum iyonu öncüsü H₂NO₃⁺’u oluşturmak için nitrik asit moleküllerinin kısmi protonasyonuna yol açar. Susuz nitrik asit, suyun kendi kendine iyonlaşmasına benzer şekilde, aşağıdaki tepkime yoluyla otoprotoliz sergiler:

$$ \mathrm{2HNO_3 \rightleftharpoons H_2NO_3^+ + NO_3^-} $$

Bu, saf sıvıda düşük ancak ölçülebilir bir iletkenlik sağlar ve otoprotolizin kapsamı sıcaklığa ve saflığa bağlıdır.^[41]

Nitrik asit, baz derişimlerini belirlemek için asit-baz titrasyonlarında standart bir titrant olarak görev yapar; burada eşdeğerlik noktası, güçlü asidik karakteri nedeniyle keskin bir şekilde tanımlanır; güçlü veya orta derecede zayıf bazları içeren titrasyonlarda bitiş noktasını tespit etmek için metil oranj (pH 3.1–4.4’te sarıdan kırmızıya renk değişimi) gibi indikatörler yaygın olarak kullanılır. Metaller, metal oksitler veya hidroksitlerle tepkime, gümüş (20°C’de AgNO₃ çözünürlüğü ≈ 222 g/100 mL) ve amonyum (NH₄NO₃) dahil olmak üzere alkali metaller, toprak alkali metaller ve geçiş metalleri gibi çoğu katyonda suda genellikle oldukça çözünür olan nitrat tuzları üretir. Bu yüksek çözünürlük, analitik kimyadaki kullanımlarını kolaylaştırır ve sulu ortamlarda nitratların yaygınlığının altını çizer.

Metallerle Tepkimeler

Nitrik asit, aktif metallerle redoks süreçleri yoluyla tepkimeye girer; burada metal nitrat tuzuna oksitlenir ve nitrik asit koşullara bağlı olarak çeşitli azot oksitlere indirgenir. Örneğin, seyreltik nitrik asit içinde çinko ile tepkime çinko nitrat, amonyum nitrat ve su üretir:

$$ 4\text{Zn} + 10\text{HNO}_3 \rightarrow 4\text{Zn(NO}_3)_2 + \text{NH}_4\text{NO}_3 + 3\text{H}_2\text{O} $$

^[42]

Derişik nitrik asitte çinko bunun yerine azot dioksit verir:

$$ \text{Zn} + 4\text{HNO}_3 \rightarrow \text{Zn(NO}_3)_2 + 2\text{NO}_2 + 2\text{H}_2\text{O} $$

^[43]

Altın ve platin gibi soy metaller, oksidasyona karşı yüksek dirençleri nedeniyle nitrik asite karşı inerttir ve çözünme için kral suyu gibi bir karışım gerektirir.^[44] Benzer şekilde, alüminyum ve krom gibi metaller pasivasyona uğrayarak asitle daha fazla tepkimeyi önleyen koruyucu oksit katmanları oluşturur.^[43]

Bakır ile seyreltik nitrik asit, kahverengi dumanlar olarak gözlemlenebilen nitrik oksit gazı üretir:

$$ 3\text{Cu} + 8\text{HNO}_3 \rightarrow 3\text{Cu(NO}_3)_2 + 2\text{NO} + 4\text{H}_2\text{O} $$

^[43]

Demir, seyreltik nitrik asitle şiddetli bir şekilde tepkimeye girerek hızla demir(II) nitrat ve nitrik oksit oluşturur, ancak derişik nitrik asitle tepkime, yüzey oksit tabakası tarafından pasivasyon nedeniyle daha yavaştır.^[45]

Bu tepkimelerin ürünleri nitrik asit derişimine ve sıcaklığa bağlıdır: seyreltik koşullar (genellikle <%20) NO veya amonyum türlerine indirgenmeyi desteklerken, derişik asit (>%60) NO₂ oluşumunu teşvik eder ve daha yüksek sıcaklıklar genel redoks sürecini hızlandırır.^[43]

Ametallerle Tepkimeler

Nitrik asit, ametallerle tepkimelerinde güçlü bir oksitleyici madde olarak hareket eder ve metallerle olan davranışından farklı oksidasyon süreçlerindeki rolünü vurgulayarak, onları tipik olarak oksi asitler veya oksitler olarak daha yüksek oksidasyon basamaklarına dönüştürürken kendisi azot dioksite (NO₂) veya diğer azot oksitlere indirgenir. Bu tepkimeler genellikle derişik nitrik asit ve sıklıkla yüksek sıcaklıklar gerektirir.

Kükürt ile derişik nitrik asit, elementel kükürdü sülfürik aside (H₂SO₄) oksitler. Bu tepkime için denkleştirilmiş denklem:

$$ \mathrm{S + 6HNO_3 \rightarrow H_2SO_4 + 6NO_2 + 2H_2O} $$

Bu süreç, nitrik asidin +5’ten NO₂’de +4’e indirgenmesiyle kükürdün sıfır oksidasyon basamağından +6’ya tam oksidasyonunu içerir.^[46]

Derişik nitrik asit ayrıca kömür veya grafit gibi karbonu karbondioksite (CO₂) oksitler ve kahverengi NO₂ dumanları üretir. Tepkime şu şekilde gösterilebilir:

$$ \mathrm{C + 4HNO_3 \rightarrow CO_2 + 4NO_2 + 2H_2O} $$

Bu oksidasyon, laboratuvar gösterimlerinde ve karbon bazlı malzemelerin seçici oksidasyon yoluyla safsızlıkların giderilerek saflaştırılmasında kullanılır.^[47]

Fosfor, özellikle beyaz fosfor, derişik nitrik asit ile şiddetli bir şekilde tepkimeye girerek fosforik asit (H₃PO₄) oluşturur. Denkleştirilmiş denklem:

$$ \mathrm{P + 5HNO_3 \rightarrow H_3PO_4 + 5NO_2 + H_2O} $$

Burada fosfor sıfır durumundan +5’e oksitlenir ve nitrik asidin ametalleri kararlı oksi asitlere dönüştürme yeteneğini gösterir.^[48]

Halojenler arasında nitrik asit, özellikle derişik koşullar altında, potasyum iyodür (KI) gibi bileşiklerden iyodür iyonlarını elementel iyoda (I₂) oksitler. Tepkime şu şekilde ilerler:

$$ \mathrm{2KI + 4HNO_3 \rightarrow 2KNO_3 + I_2 + 2NO_2 + 2H_2O} $$

İyodun bu şekilde açığa çıkması, iyodürün -1’den 0’a oksitlendiği bir redoks sürecidir ve birincil sonuç iyot oluşumu olsa da, belirli derişimlerdeki salınımlı davranışı açısından incelenmiştir.^[49]^[50]

Genellikle ametallerle gruplandırılan metaloidler olan silikon ve bor, sıcak derişik nitrik asit ile tepkimeye girerek sırasıyla silikon dioksit (SiO₂) ve bor trioksit (B₂O₃) oluşturur. Silikon için süreç, nitrik asidin yüzeyi dağladığı ve yarı iletken işlemede yararlı SiO₂ katmanları ürettiği oksidasyon-indirgemeyi içerir. İnce bölünmüş bor, B₂O₃ vermek üzere yavaşça saldırıya uğrar, ancak kristal formlar daha dirençlidir.^[51]^[52] Buna karşılık, nitrik asit, inert doğaları ve tam elektron kabukları nedeniyle soy gazlarla tepkimeye girmez.^[53]

Diğer Tepkimeler

Nitrik asit, proteinlerdeki tirozin ve triptofan gibi aromatik amino asitleri tespit etmek için nitel bir biyokimyasal analiz olan ksantoproteik testine katılır. Bu tepkimede, derişik nitrik asit ısıtıldığında bu amino asitlerin aromatik halkalarını nitrolar ve nitrotirozin gibi sarı renkli nitro türevleri oluşturur. Sarı renk, nitrolanmış bileşikten bir tuz oluşması nedeniyle alkali eklendiğinde turuncuya döner. Bu test fenolik veya indol gruplarına özgüdür ve kararlı fenil halkası nedeniyle fenilalanin ile tipik olarak tepkime vermez.^[54]

Nitrik asidin termal bozunması yüksek sıcaklıklarda meydana gelir ve birincil ürünler olarak azot dioksit, su ve oksijen verir. Denkleştirilmiş tepkime $$ 4 \mathrm{HNO_3} \rightarrow 4 \mathrm{NO_2} + 2 \mathrm{H_2O} + \mathrm{O_2} $$ olup, 300°C’nin üzerinde önemli ölçüde ilerler ve hızlı gaz çıkışı nedeniyle derişik çözeltiler için patlayıcı hale gelebilir. Bu bozunma otokatalitiktir, NO₂ varlığından etkilenir ve daha düşük kapsamlarda 150–200°C civarındaki sıcaklıklarda buhar fazında kinetik olarak incelenmiştir.^[55]

Elektrokimyasal uygulamalarda nitrik asit, özellikle organik ve tehlikeli atıklar için atık su arıtımında aracılı elektrokimyasal oksidasyon (MEO) işlemlerinde elektrolit olarak görev yapar. Anotta, gümüş(I) nitrattan nitrik asit çözeltilerinde (tipik olarak 8–12 M HNO₃) üretilen gümüş(II) iyonları, kirleticileri CO₂ ve suya oksitlemek için bir aracı görevi görürken varsa transuranikleri çözer. İşlem 30–70°C’de çalışır ve çeşitli organik maddeler için %99.9’un üzerinde imha verimliliği sağlar; katodik nitrat indirgenmesi nitröz aside dönüşürken, nitrik asidi yeniden oluşturmak için oksijen püskürtme ile dengelenir.^[56]

Güneş öğlen yoğunluğuna eşdeğer ultraviyole (UV) ışınımı altında nitrik asidin fotolizi, HNO₃’ü yüzeylerde parçalayarak hidroksil (OH) radikalleri ve NO₂ ve HONO dahil olmak üzere azot oksitleri (NOx) üretir. Bu yüzey katalizli tepkime, gaz veya sulu fazlardan 1-2 kat daha hızlıdır; düşük nemde NO₂ için 6.0 × 10⁻⁵ s⁻¹’e varan hızlar ve daha yüksek bağıl nemde (%0–80) artan HONO üretimi (1.4 × 10⁻⁵ s⁻¹’e kadar) görülür. OH radikalleri dolaylı olarak HONO fotolizinden kaynaklanır ve düşük NOx ortamlarında atmosferik radikal bütçelerine önemli ölçüde katkıda bulunur.^[57]

Nitrik asit, benzen gibi organik bileşiklerin nitrolanmasını, genellikle sülfürik asit ile karışık bir asit sisteminde elektrofilik aromatik sübstitüsyon yoluyla gerçekleştirir. Mekanizma, nitrik asidin H₂SO₄ tarafından protonlanmasıyla başlar, ardından aktif elektrofil olarak nitronyum iyonunu (NO₂⁺) oluşturmak için dehidrasyon gelir: $$ \mathrm{HNO_3 + 2 H_2SO_4 \rightleftharpoons NO_2^+ + H_3O^+ + 2 HSO_4^-} $$. Bu NO₂⁺ daha sonra benzen halkasına saldırarak bir sigma kompleksi ara maddesi oluşturur ve bu da nitrobenzen vermek üzere bir proton kaybeder. Tepkime, seçiciliği kontrol etmek için 50°C’nin altındaki sıcaklıklarda gerçekleştirilir.^[58]

Kullanım Alanları

Azot Bileşikleri Öncüsü

Nitrik asit, amonyak ile nötrleşme tepkimesi yoluyla hayati bir gübre olan amonyum nitratın üretiminde kilit bir öncü olarak hizmet eder:

$$ \mathrm{HNO_3 + NH_3 \rightarrow NH_4NO_3} $$

Bu işlem, gaz halindeki amonyağın bir nötrleştiricide %50-60 nitrik asit ile tepkimeye girmesini içerir ve prilleme veya granülasyon için derişik bir çözelti üretmek üzere yönetilen önemli miktarda ısı üretir. Küresel nitrik asit üretiminin yaklaşık %80’i, ağırlıklı olarak yaklaşık %34’lük yüksek bir azot içeriği sağlayan amonyum nitrat olmak üzere gübre imalatına yönlendirilmektedir.^[59]^[60]^[61]

Nitrik asitten türetilen bir diğer önemli inorganik tuz, kireçtaşının (kalsiyum karbonat) asitle nötrleştirilmesiyle sentezlenen kalsiyum nitrattır:

$$ \mathrm{CaCO_3 + 2HNO_3 \rightarrow Ca(NO_3)_2 + CO_2 + H_2O} $$

Bu tepkime, %40-48 nitrik asidin kireçtaşını çözdüğü sirkülasyonlu asit kulelerinde meydana gelir ve istenen derişim elde edilene kadar çözeltiyi geri dönüştürür, ardından buharlaştırma ve kristalleştirme yapılır. Kalsiyum nitrat, kalsiyum eksikliği olan topraklardaki rolü ve bileşik gübrelerde bir bileşen olarak tarımda değerlidir.^[62]^[63]

Bu azot tuzlarının yaygın uygulaması küresel tarımı derinden etkilemiştir; nitrik asit bazlı süreçlerle mümkün kılınan sentetik azot gübreleri, mahsul verimini artırmak için doğal azot fiksasyonunu taklit ederek dünya gıda üretiminin kabaca yarısını desteklemektedir. Sodyum ve potasyum nitratlar gibi diğer tuzlar da nitrik asidin ilgili bazlarla nötrleştirilmesi yoluyla üretilir; cam imalatında kabarcıkları gidermek için arıtma maddeleri olarak ve piroteknikte kontrollü yanma için oksitleyiciler olarak kullanım alanı bulurlar. Gübre üretim tesislerinde, nötrleştirme kuleleri veya reaktörleri verimli karıştırma ve ısı dağılımı sağlarken, tarımsal güvenlik ve etkinlik gereksinimlerini karşılamak için amonyum nitrat için minimum %33 azot içeriği ve 4.0’ın üzerinde pH gibi katı saflık standartları uygulanır.^[64]^[65]^[66]^[61]

Oksitleyici Uygulamalar

Nitrik asit, organik bileşiklere nitro grupları eklediği nitrolama tepkimelerinde, genellikle nitronyum iyonunu (NO₂⁺) oluşturmak için sülfürik asit ile birlikte güçlü bir oksitleyici madde olarak hizmet eder. Öne çıkan bir örnek, tolüenin nitrik ve sülfürik asitlerden oluşan karışık bir asit kullanılarak kademeli nitrolanmasıyla sentezlenen bir patlayıcı olan 2,4,6-trinitrotoluenin (TNT) üretimidir. Tepkime aşamalar halinde ilerler: ilk mononitrolama, orto- ve para-nitrotoluen karışımı verir, ardından 2,4-dinitrotoluene dinitrolama ve son olarak TNT’ye trinitrolama yapılır. Genel süreç şu şekilde gösterilebilir:

$$ \text{C}_6\text{H}_5\text{CH}_3 + 3\text{HNO}_3 \stackrel{\text{H}_2\text{SO}_4}{\longrightarrow} \text{C}_6\text{H}_2(\text{CH}_3)(\text{NO}_2)_3 + 3\text{H}_2\text{O} $$

Bu yöntem, 20. yüzyılın başlarından bu yana endüstriyel standart olmuştur ve ham TNT, kalan asitleri gidermek için yıkanarak saflaştırılır.^[67]^[68]

Bir diğer önemli uygulama, yüksek oranda nitrolandığında (sübstitüsyon derecesi yaklaşık 2.8–3.0) yaygın olarak pamuk barutu olarak bilinen nitroselülozu üretmek için selülozun nitrolanmasıdır. Selüloz lifleri, kalıntı bırakmadan hızlı yanması nedeniyle itici ve patlayıcı olarak kullanılan bir malzeme elde etmek üzere hidroksil gruarını esterleştirmek için kontrollü sıcaklıklarda (tipik olarak 0–30°C) karışık bir nitrik-sülfürik asit banyosu ile işlenir. Tepkime, askeri uygulamalar için bileşiğin enerji yoğunluğunu artıran nitrat esterlerinin oluşumunu içerir.^[69]^[70]

Naylon-6,6’nın öncüsü olan adipik asit sentezinde nitrik asit, sikloheksanolü (genellikle fenol veya sikloheksanın hidrojenasyonundan elde edilen sikloheksanon ile bir karışım) oksitler. İşlem, 80–100°C’de basınç altında sulu nitrik asitte gerçekleşir ve ardışık oksidasyon adımlarını içerir: alkolden ketona, ardından nitrosonyum ara maddeleri yoluyla halka açılmasıyla dikarboksilik aside. Bu yol, küresel adipik asit üretiminin önemli bir kısmını oluşturur, ancak azot oksit yan ürünleri üretir.^[71]^[72]

Nitrik asidin oksitleyici rolü, TNT’nin ötesinde, fünyelerde kullanılan ve amonyum nitrat bazlı formülasyonlarda bir duyarlılaştırıcı olarak kullanılan kararlı, yüksek azotlu bir bileşik olan guanidin nitratın üretimi de dahil olmak üzere patlayıcılara kadar uzanır. Guanidin nitrat, guanidinin nitrik asit ile nötrleştirilmesiyle oluşturulur ve alevsiz iticilerde bir bileşen olan nitroguanidine derişik nitrik asit ile daha fazla dehidre edilebilir. II. Dünya Savaşı sırasında, TNT, RDX ve diğer mühimmatları desteklemek için yıllık ABD üretiminin 500.000 tonu aşmasıyla patlayıcı imalatı için nitrik asit talebi arttı ve stratejik önemi vurgulandı.^[73]^[74]

Boya ve farmasötik ara maddelerin üretiminde nitrik asit, aromatik bileşikleri kinonlara oksitler; örneğin hidrokinon veya katekol türevlerini, antrasiklin boyaları ve tetrasiklin sentezindekiler gibi antibiyotik öncüleri için gerekli olan p-benzokinon yapılarına dönüştürür. Bu oksidasyonlar, aşırı oksidasyondan kaçınmak için tipik olarak hafif koşullar altında seyreltik nitrik asit kullanır ve elektron çekici özelliklere sahip renkli ara maddeler verir.^[75]^[76]

Nitrik asit kullanan endüstriyel nitrolamalar genellikle ekzotermikliği (soğutma yoluyla 80°C’nin altında tutulur) kontrol ederken nitronyum iyonu oluşumunu optimize etmek için ağırlıkça %20–30 HNO₃:%55–65 H₂SO₄ ve %5–25 su oranlarına sahip karışık asitler kullanır. NO ve NO₂ dahil olmak üzere bu işlemlerden kaynaklanan atık NOx gazları, absorpsiyon kuleleri aracılığıyla seyreltik nitrik asite geri dönüştürülür, %95’e kadarı kullanılabilir HNO₃ olarak geri kazanılır ve emisyonlar en aza indirilir.^[77]^[78]

İtici Yakıt Kullanımları

Nitrik asit, roket itki sistemlerinde depolanabilir bir sıvı oksitleyici olarak, özellikle hidrazin türevleri veya anilin bazlı karışımlar gibi yakıtlarla temas ettiğinde kendiliğinden tutuşan ve karmaşık ateşleyiciler olmadan güvenilir ateşleme sağlayan hipergolik kombinasyonlarda hizmet eder.^[79] Çözünmüş azot oksitleri içeren dumanlı varyantları, füzelerde ve üst kademe motorlarda uzun süreli depolama için kararlılığı ve performansı artırır. Bu itici yakıtlar, yüksek yoğunlukları ve orta düzeydeki özgül itici kuvvetleri nedeniyle değerlidir, ancak önemli korozyon ve toksisite zorlukları oluştururlar.^[80]

Neredeyse susuz nitrik asitten (tipik olarak minimum su içeriği ile >%98 HNO₃) oluşan beyaz dumanlı nitrik asit (WFNA), bozunmayı önlemek için stabilize edilir ve trietilamin boran veya N,N,N′,N′-tetrametiletilendiamin gibi yakıtlarla hızlı ateşleme özellikleri nedeniyle hipergolik sistemlerde bir oksitleyici olarak kullanılır.^[81] Stabilizasyon işlemi, depolama sırasında saflığı korumak için inhibitörleri içerir ve WFNA’yı, genellikle milisaniyeler mertebesinde ateşleme gecikmeleri üzerinde hassas kontrol gerektiren uygulamalar için uygun hale getirir.^[82] Buna karşılık kırmızı dumanlı nitrik asit (RFNA), %2-20 NO₂ (dinitrogen tetroksit çözünmesinden türetilmiştir) ile zenginleştirilmiş %85-98 HNO₃ içerir, bu da kırmızı bir renk ve artan oksitleme gücü verir; depolanabilir iki bileşenli yakıt sistemlerinde hidrazin yakıtlarıyla etkili bir şekilde eşleşir.^[80]

RFNA’nın metaller ve elastomerler üzerindeki agresif korozyonunu hafifletmek için, inhibe edilmiş kırmızı dumanlı nitrik asit (IRFNA), alüminyum alaşımları gibi yüzeylerde koruyucu bir florür tabakası oluşturan bir stabilizatör olarak %0.4-0.7 hidroflorik asit (HF) içerir.^[83] Tip IIIB dumanlı nitrik asit olarak da bilinen bu varyant, 1950’lerde askeri uygulamalar için standartlaştırılmıştır ve eski sistemlerde geçerliliğini korumaktadır.^[84] IRFNA’nın formülasyonu, reaktiviteyi malzeme uyumluluğu ile dengeleyerek itki donanımında uzun süreli operasyonel ömre olanak tanır.^[80]

Tarihsel olarak, nitrik asit itici yakıtları, 1940’larda Peenemünde’de nitrik asit ve vinil izobütil yakıtı (Visol) ile test edilen deneysel V-2 (A-4) varyantları dahil olmak üzere Alman II. Dünya Savaşı programlarında yer aldı, ancak birincil V-2 etanol ve sıvı oksijene dayanıyordu.^[85] Savaş sonrası, bu kavramlar ABD ve Avrupa gelişmelerini etkiledi; örneğin nitrik asit/terebentin kullanan erken Fransız Véronique sondaj roketleri, Ariane programının depolanabilir itici yakıt mirasını bilgilendirdi.^[86] ABD’de, RFNA ve IRFNA, JP-4 yakıtlarıyla yapılan testler de dahil olmak üzere Hava Kuvvetleri programları kapsamında taktik roket motorlarını destekledi.^[87]

2025 itibarıyla modern uygulamalarda, dumanlı nitrik asit itici yakıtları eski sistemlerde varlığını sürdürmekte ve özel görevler için basitlikleri ve maliyet etkinlikleri nedeniyle gelişmekte olan küçük uydu fırlatıcıları için planlanmaktadır. Örneğin, Interorbital Systems’in Neptune aracının, üst kademeler için itici yakıtın yüksek yoğunluğundan yararlanarak düşük maliyetli yörünge yerleşimleri için terebentin/furfuril alkol karışımları ile WFNA kullanması planlanmaktadır. Benzer şekilde, CPM-2 tabanlı Neptune fırlatıcısı, mikro uyduların duyarlı fırlatmalarını sağlamak için depolanabilir WFNA kombinasyonlarını kullanmak üzere geliştirilmektedir.^[88] Bu sistemler, itici yakıtların yerleşik tedarik zincirlerinden yararlanmaktadır, ancak çevresel endişeleri gidermek için daha yeşil alternatiflere yönelik araştırmalar devam etmektedir.^[89]

Nitrik asit/hidrazin sistemleri için performans ölçümleri, tipik olarak 20-30 bar oda basınçlarında verimli yanmayı yansıtan yaklaşık 260 saniyelik bir vakum özgül itici kuvveti verir, ancak gerçek değerler karışım oranı ve nozul genişlemesi ile değişir.^[90] Bu, onları LOX/LH₂ (450 sn üzeri) gibi kriyojenik seçeneklerin altına yerleştirir, ancak uzay manevralarında depolanabilir, yeniden başlatılabilir motorlar için avantajlıdır.^[91]

Niş Uygulamalar

Nitrik asit, işlemeden sonra yüzey kirleticilerini gidermek ve pasivasyon katmanlarını geliştirmek için paslanmaz çelik için bir dağlayıcı olarak hizmet ettiği metal işlemede özel uygulamalar bulur.^[92] Yarı iletken imalatında, hassas desenleme için dağlama oranlarını kontrol ederken silikon, metal veya oksit katmanlarını seçici olarak çıkarmak için genellikle hidroflorik veya asetik asitlerle birleştirilmiş ıslak kimyasal dağlama çözeltilerinde kullanılır.^[93] Dikkate değer bir karışım, altın gibi soy metalleri çözünür kloroaurik asit komplekslerine oksitleyerek çözen ve rafinasyon işlemlerinde geri kazanımı sağlayan, üç birim derişik hidroklorik asit ve bir birim nitrik asitten oluşan kral suyudur.^[94]

Analitik bir reaktif olarak nitrik asit, endüstriyel nitrik asit numunelerindeki nitröz safsızlıkların fazla potasyum permanganat ile oksidasyonu ve ardından düşük seviyeli kirleticileri ölçmek için geri titrasyon gibi titrimetrik standardizasyon prosedürlerinde kullanılır.^[95]

Ahşap işçiliğinde, özellikle kakmacılıkta, seyreltik nitrik asit tarihsel olarak şimşir gibi belirli ağaçları boyamak veya eskitmek için kullanılmış, rengi değiştirmek ve damar kontrastını artırmak için ligninlerle tepkimeye girmiş, genellikle boyama teknikleri için metal tuzlarıyla kombinasyon halinde kullanılmıştır.^[96]

Temizleme ve dağlama için nitrik asit, kalay-kurşun lehim maskesi kalıntılarını soymak veya özel alkali içermeyen işlemlerde bakır ara bağlantılarını dağlamak için devre kartı üretiminde kullanılır ve sonraki kaplama için temiz yüzeyler sağlar.^[97] Fosfat dönüşüm kaplamalarında, otomotiv ve havacılık bileşenlerinde korozyon koruması için fosfat tabakasının yapışmasını teşvik etmek ve çelik yüzeyleri hafifçe dağlamak üzere genellikle hidroflorik asit ile birlikte ön işlem banyolarında işlev görür.^[98]

Nükleer yeniden işlemede nitrik asit, PUREX işleminin merkezinde yer alır; burada derişik çözeltiler (tipik olarak 3-7 M), kullanılmış uranyum oksit yakıt çubuklarını çözerek, tribütil fosfat kullanarak çözücü ekstraksiyonu ayrımı için uranyum ve plütonyumu serbest bırakır, fisyon ürünü atıklarını yönetirken geri dönüşümü kolaylaştırır.^[99]

Güvenlik

Sağlık Tehlikeleri

Nitrik asit deri ile temasında oldukça aşındırıcıdır ve asidin dokudaki proteinlere bağlandığı ksantoproteik tepkime nedeniyle sarı veya kahverengi lekelenme ile karakterize edilen ciddi kimyasal yanıklara neden olur.^[100] Bu yanıklar derinlemesine nüfuz edebilir, doku nekrozuna ve diğer asitlere kıyasla iyileşmenin gecikmesine neden olabilir, genellikle cerrahi müdahale gerektirir.^[101] Göz maruziyeti ani ağrı, konjonktivit ve kornea ülserasyonu ile sonuçlanır, derhal yıkanmazsa potansiyel olarak kalıcı hasara veya körlüğe neden olur.^[102]^[103]

Nitrik asit buharlarının solunması solunum yollarını tahriş ederek öksürük, boğulma ve boğaz ağrısı gibi semptomlar üretir ve maruziyetten 4-24 saat sonra ortaya çıkan, yaşamı tehdit eden bir sıvı birikimi olan gecikmiş başlangıçlı akciğer ödemine ilerleyebilir.^[104]^[105] Yüksek derişimler bronşiyolit obliterans veya akut solunum sıkıntısı sendromuna neden olabilir ve orta düzeyde maruziyet seviyelerinde bile ölümler bildirilmiştir.^[106]

Nitrik asidin yutulması, kusma, karın ağrısı ve yemek borusu delinmesi gibi semptomlarla birlikte ciddi gastrointestinal korozyona yol açar; sıçanlarda oral LD50 yaklaşık 430 mg/kg’dır, bu da yüksek akut toksisiteyi gösterir.^[107] Sistemik olarak, yutulmasından emilen nitratlar bağırsak bakterileri tarafından nitritlere indirgenerek, kandaki oksijen taşınmasını bozan ve siyanoz ve nefes darlığı olarak kendini gösteren methemoglobinemiyi indükleyebilir.^[108]^[109]

Nitrik asit sislerine veya buharlarına kronik maruziyet, özellikle mesleki ortamlarda, gırtlak ve akciğer kanseri riskinin artmasıyla ilişkilidir, çünkü güçlü inorganik asit sisleri Uluslararası Kanser Araştırmaları Ajansı (IARC) tarafından Grup 1 kanserojenler olarak sınıflandırılmıştır.^[110]^[111]

Nitrik asidin bir bozunma ürünü olan azot dioksit (NO2), silaj fermantasyonu sırasında silolarda NO2’nin birikerek ani solunum yetmezliğine neden olduğu “silo gazı” zehirlenmesi yoluyla tarımsal ortamlarda ek riskler oluşturur; akut etkileri önlemek için NO2 için kısa vadeli maruziyet sınırı 5 ppm’dir.^[112]^[113]

Nitrik asit salınımlarını içeren endüstriyel kazalar, 1986’da bir ABD kimyasal tesisinde meydana gelen ve bir sızıntının işçileri dumanlara maruz bıraktığı, yetersiz havalandırma nedeniyle çok sayıda akciğer ödemi vakasına ve ölümlere yol açan bir olay gibi kitlesel kayıplara neden olmuştur.^[20]

Taşıma ve Depolama

Nitrik asit, maruziyet risklerini en aza indirmek ve tepkimeleri önlemek için dikkatli bir kullanım ve taşıma gerektirir. Personel, nitril veya florlu kauçuk gibi kimyasallara dayanıklı eldivenler, yüz siperleri, aside dayanıklı giysiler ve buharlar varsa solunum koruması dahil olmak üzere uygun kişisel koruyucu donanım (KKD) giymelidir. Tüm manipülasyonlar iyi havalandırılan bir alanda veya zehirli dumanları dağıtmak için bir çeker ocak altında yapılmalı ve deri temasını önlemek için kullanımdan sonra eller iyice yıkanmalıdır.^[114]^[115]

Depolama için, nitrik asit, korozyona direnmek için cam, Teflon (PTFE) veya Tip 316 paslanmaz çelik gibi uyumlu kaplarda saklanmalıdır; %70’in üzerindeki derişimler genellikle Tip 304L paslanmaz çelik veya alüminyum alaşımları gerektirir. Kaplar sıkıca kapatılmalı ve doğrudan güneş ışığından, ısı kaynaklarından ve ateşleme noktalarından uzakta, ideal olarak bozunmayı ve azot oksit oluşumunu engellemek için 30°C’nin altındaki sıcaklıklarda, serin, kuru, iyi havalandırılan bir alanda saklanmalıdır. Tehlikeli tepkimeleri önlemek için organik malzemelerden, indirgeyici maddelerden ve diğer uyumsuzlardan ayrılmalıdır.^[116]^[117]^[118]

Bir dökülme durumunda, alan derhal boşaltılmalı ve özellikle kapalı alanlarda azot dioksit gazının solunmasını önlemek için havalandırma sağlanmalıdır. Dökülen madde, derişimi azaltmak için uzaktan büyük miktarlarda su ile seyreltilmeli, ardından pH yaklaşık 7 olacak şekilde izlenerek sodyum hidroksit (NaOH) veya kireç (kalsiyum hidroksit) gibi bir baz kullanılarak nötralize edilmeli, ardından vermikülit veya kum gibi inert malzemelerle emilmelidir. Kirlenmiş emiciler, tehlikeli atık bertarafı için uygun kaplarda toplanmalı ve büyük dökülmeler için profesyonel müdahale önerilir.^[119]^[120]^[114]

Nitrik asidin taşınması, ikincil Sınıf 5.1 oksitleyici tehlikesiyle birlikte Sınıf 8 aşındırıcı olarak sınıflandırılan UN 2031 kapsamında düzenlenir; aşındırıcı ve oksitleyici risklerini gösteren uygun levhalar ve onaylı dış ambalajlar içinde cam gibi uyumlu iç kaplarda paketleme gerektirir. Yolcu uçaklarında yasaktır ve etiketleme ve ayırma için DOT, IATA ve IMDG standartlarına uygun olmalıdır.^[121]^[114]^[115]

Nitrik asit, hidrojen gazı üretebilen reaktif metaller, patlayıcı tuzlar oluşturan amonyak, tutuşabilen veya bozunabilen organik bileşikler ve şiddetli tepkimeleri teşvik eden indirgeyici maddeler dahil olmak üzere birçok maddeyle uyumsuzdur. Depolama ve taşıma alanları, ekzotermik olayları veya gaz çıkışını önlemek için bu malzemeleri dışlamalıdır.^[114]^[115]^[122]

Çevresel Etki

Öncelikle Ostwald işlemi yoluyla nitrik asit üretimi, atmosfere azot oksitleri (NOx) salarak asit yağmuru oluşumuna önemli ölçüde katkıda bulunur. NOx emisyonları, su buharı ve diğer atmosferik bileşenlerle tepkimeye girerek nitrik asit aerosolleri üretir; bunlar topraklara ve su kütlelerine çökerek pH seviyelerini düşürür ve sucul ekosistemlere, ormanlara ve mahsullere zarar verir. Amerika Birleşik Devletleri’nde Çevre Koruma Ajansı (EPA), bu emisyonları Temiz Hava Yasası’nın Yeni Kaynak Performans Standartları (NSPS) kapsamında düzenleyerek, yeni nitrik asit tesislerinden kaynaklanan NOx’i 30 günlük ortalama olarak üretilen asit tonu başına 0.50 pound (yaklaşık 0.25 kg/ton) ile sınırlar. Küresel olarak, bu tür emisyonlar toprak asitleşmesini ve su kalitesinin bozulmasını şiddetlendirir; tarihsel veriler, nitrik asit tesisleri de dahil olmak üzere endüstriyel NOx kaynaklarının, antropojenik asit yağmuru öncülerinin önemli bir kısmını oluşturduğunu göstermektedir.^[123]^[124]^[125]

Nitrik asidin azot bazlı gübreler için bir öncü olarak kullanılması, tatlı su ve kıyı sistemlerinde ötrofikasyonun önemli bir itici gücü olan nitrat akışına yol açar. Tarımsal uygulamalardan kaynaklanan fazla nitratlar nehirlere ve yeraltı sularına sızarak, bozunma üzerine oksijeni tüketen alg patlamalarını uyarır ve sucul yaşamın hayatta kalamadığı hipoksik “ölü bölgeler” yaratır. Meksika Körfezi’nde, Mississippi Nehri havzasından gelen besin akışı (büyük ölçüde gübre kullanımından), 20.000 kilometre kareye kadar uzanan mevsimsel bir ölü bölge yaratarak balıkçılığı ve biyoçeşitliliği ciddi şekilde etkilemiştir. Bu süreç tüm besin ağlarını bozar ve çalışmalar, gübre kaynaklı nitratların etkilenen kıyı bölgelerindeki azot yükünün %70’inden fazlasına katkıda bulunduğunu tahmin etmektedir.^[126]^[127]^[128]

Nitrik asit üretiminden kaynaklanan atmosferik salınımlar ayrıca, 100 yıl boyunca CO2’nin 265 katı küresel ısınma potansiyeline sahip güçlü bir sera gazı olan azot oksit (N2O) ve katalitik döngüler yoluyla stratosferik ozon incelmesine dolaylı olarak katkıda bulunan NOx’i içerir. Nitrik asit tesisleri, öncelikle amonyak oksidasyon adımındaki yan tepkimelerden kaynaklanan ve yıllık toplam 0.3-0.4 teragram azot (2020 itibarıyla) olan küresel antropojenik N2O emisyonlarının yaklaşık %4-6’sından sorumludur.^[129]^[130] Bu emisyonlar, ışınımsal zorlamayı ve troposferik ozon oluşumunu artırarak iklim değişikliği ve hava kalitesi sorunlarını bileşik hale getirir.

Nitrik asit tesislerindeki azaltma stratejileri, Ostwald süreci kuyruk gazı akışlarına entegre edilmiş ve emisyonların %99’una kadar geri kazanılmasını veya imha edilmesini sağlayan seçici katalitik indirgeme (SCR) sistemleri gibi yüksek verimli NOx ve N2O azaltımına odaklanmaktadır. Avrupa Birliği’nde, Endüstriyel Emisyonlar Direktifi (IED), yeni tesisler için %100 nitrik asit tonu başına 0.65 kg’ın altındaki NOx referans seviyelerini en iyi mevcut teknikler (BAT) olarak belirler ve 2030 yılına kadar daha fazla azaltmayı hedefleyen devam eden güncellemelerle birlikte gelir. Genişletilmiş absorpsiyon ve katalitik bozunma dahil olmak üzere bu teknolojiler, uyumlu tesislerde ortalama emisyonları 1-2 kg/tonluk tarihsel seviyelerden 0.5 kg/tonun altına düşürmüştür.^[131]^[132]^[133]

Denitrifikasyon bakterileri kullanan biyoremediasyon, anaerobik koşullarda nitratları zararsız azot gazına dönüştürerek gübre akışından kaynaklanan nitrat kirliliğini azaltmak için biyolojik bir yaklaşım sunar. Meksika Körfezi’ni besleyenler gibi etkilenen su havzalarında, yapay sulak alanlar ve mikrobiyal işlemler %80’e varan nitrat giderme verimliliği göstererek kimyasal girdiler olmadan su kalitesini geri kazandırmıştır. 1984 Bhopal felaketi, nitrik asit ara maddelerini kullanan pestisit tesislerinden kaynaklanan potansiyel dolaylı çevresel salınımlar da dahil olmak üzere kimyasal üretimdeki daha geniş endüstriyel riskleri vurgularken, modern düzenlemeler entegre kirlilik kontrolü yoluyla bu tür ekosistem çapındaki etkilerin önlenmesini vurgulamaktadır.^[134]^[135]