Koks yra azoto rūgšties ir sieros rūgšties ryšys?

Azoto rūgštis ir sieros rūgštis yra dvi svarbiausios pramoninės cheminės medžiagos ir jų gaminama didžiuliai kiekiai. Jie yra sujungti įvairiais būdais, atsižvelgiant į jų gamybą ir naudojimą. Abi rūgštys yra gyvybiškai svarbios trąšų ir sprogmenų pramonei ir yra vienos plačiausiai naudojamų laboratorinių reagentų. Jie taip pat yra rimti teršalai ir prisideda prie rūgštaus lietaus.

Ankstyvas sieros rūgšties gamybos būdas buvo salietros (NaNO3) ir sieros kaitinimas garais. Azoto rūgštis (HNO3) pirmą kartą buvo gauta distiliuojant salietrą su koncentruota sieros rūgštimi (H2SO4). Dvi cheminės medžiagos reaguoja, kad susidarytų azoto rūgštis ir natrio vandenilio sulfatas: H2SO4 + NaNO3 → NaHSO4 + HNO3. Mišinys kaitinamas ir azoto rūgštis, kuri verda 181.4 °C (83 °F) temperatūroje, susidaro kaip garai, kurie kondensuojasi imtuve.

Šie gamybos metodai buvo pakeisti pramoniniame kontekste, tačiau metalo nitrato distiliavimas sieros rūgštimi vis dar gali būti naudojamas, norint gauti nedidelį kiekį azoto rūgšties laboratorijoje. Karšti azoto rūgšties garai linkę iš dalies suskaidyti į azoto dioksidą, vandenį ir deguonį, todėl susidaro nešvari rūgštis. Norint gauti gryną rūgštį, distiliuojama sumažintame slėgyje, todėl reikia mažiau šilumos. Naudojami aparatai turi būti tik stikliniai, nes azoto rūgštis greitai ardo gumą, kamštį ir daugumą plastikų.

Šiandien azoto rūgštis komerciškai gaminama kataliziškai oksiduojant amoniaką, susidarant azoto dioksidui, kuris ištirpinamas vandenyje, kad susidarytų rūgštis. Neapdorota rūgštis gali būti distiliuojama iki 68.5 % koncentracijos, tada ji sudaro azeotropą su vandeniu. Tai yra komercinė azoto rūgštis, naudojama daugeliu atvejų ir kaip laboratorinis reagentas. Didesnės koncentracijos negalima gauti paprasčiausiai distiliuojant. Kai reikalinga bevandenė arba labai koncentruota azoto rūgštis, dažnai vadinama „rūkstančia azoto rūgštimi“, ją galima gauti distiliuojant sumažintame slėgyje su koncentruota sieros rūgštimi, kuri pašalina vandenį.

Didžiausias azoto ir sieros rūgšties panaudojimas yra trąšų pramonėje. Azoto rūgštis naudojama nitratinių trąšų gamyboje, kurios išskiria būtinąjį azotą tokia forma, kurią augalai gali lengvai pasisavinti. Amonio salietra yra viena iš plačiausiai naudojamų trąšų. Sieros rūgštis reaguoja su fosfato uolienomis arba kaulų miltais, kad susidarytų „superfosfatas“, kuris suteikia fosforo, dar vieno augalams būtino elemento. Ši rūgštis taip pat naudojama gaminant amonio sulfatą – įprastą trąšą.

Kitas svarbus pramoninis azoto ir sieros rūgšties pritaikymas yra sprogmenų gamyba. Dauguma karinės ir komercinės paskirties sprogmenų yra sintezuojami nitrinant organinius junginius; šiame procese nitronio (NO2+) jonai naudojami hidroksilo (OH) grupėms pakeisti nitro (NO2) grupėmis. NO2+ jonai gaunami sujungus azoto rūgštį ir sieros rūgštį, kurios reaguoja taip: HNO3 + 2H2SO4 → H3O+ + NO2+ + 2HSO4-.
Kai kurių sprogstamųjų medžiagų, pavyzdžiui, trinitrotolueno (TNT), mišinys turi būti be vandens. Tai galima užtikrinti naudojant bevandenę arba „rūkstančią“ azoto rūgštį. Arba prekybinė azoto rūgštis gali būti naudojama su oleumu, pagaminta ištirpinant sieros trioksidą (SO3) koncentruotoje sieros rūgštyje, kad vanduo būtų pašalintas kartu su SO3, kad susidarytų daugiau sieros rūgšties. Paprastai pirmenybė teikiama pastarajam metodui, nes oleumas lengvai gaminamas tuo pačiu būdu, kuriuo gaunama daugiausia sieros rūgšties. Rūkančios azoto rūgšties gamyba yra gana brangi, ją pavojinga transportuoti ir ji gali suirti, nebent ji laikoma šaldytuve.

Be pramoninio naudojimo, azoto rūgštis ir sieros rūgštis yra vieni dažniausiai naudojamų laboratorinių reagentų. Abu naudingi atliekant procedūras, kurioms reikia stiprių rūgščių. Sieros rūgštis yra galingas sausinantis agentas, kuris gali būti naudojamas kai kurioms ką tik paruoštoms dujoms džiovinti ir reakcijose, kurių metu pašalinamas vanduo iš junginių. Jis taip pat gali būti naudojamas kitoms rūgštims išleisti iš jų druskų. Azoto rūgštis yra naudinga kaip oksidatorius, kaip nitrinanti medžiaga ir plačiai naudojama atliekant cheminę analizę, ypač nustatant metalus, esančius dirvožemio ir mineralų mėginiuose.
Sieros ir azoto rūgštys taip pat yra pagrindiniai teršalai ir prisideda prie rūgštaus lietaus. Azoto rūgštis susidaro, kai azoto dioksidas, randamas transporto priemonių išmetamosiose dujose ir natūraliai gaminamas veikiant žaibai, ištirpsta vandenyje. Sieros rūgštis susidaro, kai sieros dioksidas, susidarantis deginant iškastinį kurą ir natūraliai ugnikalnių, reaguoja su deguonimi ir susidaro sieros trioksidas, kuris ištirpsta vandenyje ir susidaro sieros rūgštis. Nepaisant natūralios šių junginių gamybos, daugiausia rūgščių lietus sukelia žmogaus sukurti šaltiniai. Sieros rūgštis yra didžiausias indėlis, nes sieros dioksidas yra labiau paplitęs teršalas nei azoto dioksidas.