L’acide nitrique et l’acide sulfurique sont deux des produits chimiques industriels les plus importants et sont produits en quantités énormes. Ils sont liés de plusieurs manières, tant par leur fabrication que par leurs utilisations. Les deux acides sont vitaux pour les industries des engrais et des explosifs et sont parmi les réactifs de laboratoire les plus largement utilisés. Ils sont également de sérieux polluants et contribuent aux pluies acides.
Une première méthode de fabrication d’acide sulfurique consistait à chauffer du salpêtre (NaNO3) et du soufre avec de la vapeur. L’acide nitrique (HNO3) a d’abord été produit en distillant du salpêtre avec de l’acide sulfurique concentré (H2SO4). Les deux produits chimiques réagissent pour produire de l’acide nitrique et de l’hydrogénosulfate de sodium : H2SO4 + NaNO3 → NaHSO4 + HNO3. Le mélange est chauffé et l’acide nitrique, qui bout à 181.4 °F (83 °C), est produit sous forme de vapeur qui est condensée dans un récepteur.
Ces méthodes de production ont été dépassées dans le contexte industriel, mais la distillation d’un nitrate métallique avec de l’acide sulfurique peut encore être employée pour produire de petites quantités d’acide nitrique en laboratoire. La vapeur d’acide nitrique chaude a tendance à se décomposer partiellement en dioxyde d’azote, eau et oxygène, ce qui donne un acide impur. Pour obtenir l’acide pur, la distillation est effectuée sous pression réduite, de sorte que moins de chaleur est nécessaire. L’appareil utilisé doit être entièrement en verre, car l’acide nitrique détruit rapidement le caoutchouc, le liège et la plupart des plastiques.
Aujourd’hui, l’acide nitrique est fabriqué commercialement par oxydation catalytique de l’ammoniac, formant du dioxyde d’azote, qui est dissous dans l’eau pour produire l’acide. L’acide brut peut être distillé pour produire des concentrations allant jusqu’à 68.5%, moment auquel il forme un azéotrope avec l’eau. C’est l’acide nitrique commercial utilisé pour la plupart des applications et comme réactif de laboratoire. Des concentrations plus élevées ne peuvent pas être obtenues par simple distillation. Lorsque de l’acide nitrique anhydre ou très concentré — souvent appelé acide nitrique fumant — est requis, il peut être produit par distillation sous pression réduite avec de l’acide sulfurique concentré, qui élimine l’eau.
La plus grande utilisation de l’acide nitrique et de l’acide sulfurique est dans l’industrie des engrais. L’acide nitrique est utilisé dans la production d’engrais azotés, qui libèrent de l’azote essentiel sous une forme facilement absorbable par les plantes. Le nitrate d’ammonium est l’un des engrais les plus largement utilisés. L’acide sulfurique réagit avec de la roche phosphatée ou de la farine d’os pour produire du superphosphate, qui fournit du phosphore, un autre élément essentiel pour les plantes. Cet acide est également utilisé dans la production de sulfate d’ammonium, un engrais courant.
Une autre application industrielle majeure de l’acide nitrique et de l’acide sulfurique est la production d’explosifs. La majorité des explosifs à usage militaire et commercial sont synthétisés par nitration de composés organiques ; dans ce processus, des ions nitronium (NO2+) sont utilisés pour remplacer les groupes hydroxyle (OH) par des groupes nitro (NO2). Les ions NO2+ sont fournis en combinant l’acide nitrique et l’acide sulfurique, qui réagissent comme suit : HNO3 + 2H2SO4 → H3O+ + NO2+ + 2HSO4-.
Pour certains explosifs, par exemple le trinitrotoluène (TNT), le mélange doit être exempt d’eau. Ceci peut être assuré en utilisant de l’acide nitrique anhydre ou fumant. Alternativement, l’acide nitrique commercial peut être utilisé avec de l’oléum – fabriqué en dissolvant du trioxyde de soufre (SO3) dans de l’acide sulfurique concentré – de sorte que l’eau soit éliminée par combinaison avec du SO3 pour produire plus d’acide sulfurique. Cette dernière méthode est généralement préférée, car l’oléum est facilement fabriqué par le même procédé qui produit la plupart de l’acide sulfurique. L’acide nitrique fumant est relativement coûteux à produire, dangereux à transporter et sujet à la décomposition s’il n’est pas conservé au réfrigérateur.
Outre leurs applications industrielles, l’acide nitrique et l’acide sulfurique sont parmi les réactifs de laboratoire les plus couramment utilisés. Les deux sont utiles dans les procédures nécessitant des acides forts. L’acide sulfurique est un puissant agent déshydratant qui peut être utilisé pour sécher certains gaz fraîchement préparés et dans des réactions impliquant l’élimination de l’eau des composés. Il peut également être utilisé pour libérer d’autres acides de leurs sels. L’acide nitrique est utile en tant qu’agent oxydant, en tant qu’agent nitrant et est largement utilisé dans l’analyse chimique, en particulier pour identifier les métaux présents dans les échantillons de sol et de minéraux.
Les acides sulfurique et nitrique sont également des polluants majeurs et des contributeurs aux pluies acides. L’acide nitrique se forme lorsque le dioxyde d’azote gazeux — présent dans les gaz d’échappement des véhicules et produit naturellement par l’action de la foudre — se dissout dans l’eau. L’acide sulfurique se forme lorsque le dioxyde de soufre – produit par la combustion de combustibles fossiles et naturellement par les volcans – réagit avec l’oxygène pour former du trioxyde de soufre, qui se dissout dans l’eau pour produire de l’acide sulfurique. Malgré la production naturelle de ces composés, les sources artificielles sont à l’origine de la plupart des pluies acides. L’acide sulfurique est le plus gros contributeur, car le dioxyde de soufre est un polluant plus courant que le dioxyde d’azote.