L’acido nitrico e l’acido solforico sono due dei più importanti prodotti chimici industriali e sono prodotti in enormi quantità. Sono collegati in vari modi, in termini di fabbricazione e di utilizzo. Entrambi gli acidi sono vitali per l’industria dei fertilizzanti e degli esplosivi e sono tra i reagenti di laboratorio più utilizzati. Sono anche gravi inquinanti e contribuiscono alle piogge acide.
Un primo metodo per produrre acido solforico era il riscaldamento del salnitro (NaNO3) e dello zolfo con il vapore. L’acido nitrico (HNO3) è stato prodotto per la prima volta distillando il salnitro con acido solforico concentrato (H2SO4). Le due sostanze chimiche reagiscono per produrre acido nitrico e idrogeno solforato di sodio: H2SO4 + NaNO3 → NaHSO4 + HNO3. La miscela viene riscaldata e l’acido nitrico, che bolle a 181.4°C (83°F), viene prodotto come vapore che viene condensato in un ricevitore.
Questi metodi di produzione sono stati superati nel contesto industriale, ma la distillazione di un nitrato metallico con acido solforico può ancora essere impiegata per produrre piccole quantità di acido nitrico in laboratorio. Il vapore di acido nitrico caldo tende a decomporsi parzialmente in biossido di azoto, acqua e ossigeno, risultando in un acido impuro. Per ottenere l’acido puro, la distillazione viene eseguita a pressione ridotta, in modo da richiedere meno calore. L’apparecchio utilizzato deve essere tutto in vetro, poiché l’acido nitrico distrugge rapidamente gomma, sughero e la maggior parte delle materie plastiche.
Oggi, l’acido nitrico viene prodotto commercialmente dall’ossidazione catalitica dell’ammoniaca, formando biossido di azoto, che viene sciolto in acqua per produrre l’acido. L’acido grezzo può essere distillato per produrre concentrazioni fino al 68.5%, a quel punto forma un azeotropo con l’acqua. Questo è l’acido nitrico commerciale utilizzato per la maggior parte delle applicazioni e come reagente di laboratorio. Concentrazioni più elevate non possono essere ottenute per semplice distillazione. Quando è richiesto acido nitrico anidro o molto concentrato – spesso chiamato “acido nitrico fumante” – può essere prodotto per distillazione a pressione ridotta con acido solforico concentrato, che rimuove l’acqua.
L’uso più grande sia per l’acido nitrico che per l’acido solforico è nell’industria dei fertilizzanti. L’acido nitrico viene utilizzato nella produzione di fertilizzanti nitrati, che rilasciano azoto essenziale in una forma che può essere facilmente assorbita dalle piante. Il nitrato di ammonio è uno dei fertilizzanti più utilizzati. L’acido solforico viene fatto reagire con la roccia fosfatica o la farina di ossa per produrre “superfosfato”, che fornisce fosforo, un altro elemento essenziale per le piante. Questo acido viene utilizzato anche nella produzione di solfato di ammonio, un comune fertilizzante.
Un’altra importante applicazione industriale per l’acido nitrico e l’acido solforico è nella produzione di esplosivi. La maggior parte degli esplosivi in uso militare e commerciale sono sintetizzati mediante nitrazione di composti organici; in questo processo, gli ioni nitronio (NO2+) vengono utilizzati per sostituire i gruppi ossidrile (OH) con gruppi nitro (NO2). Gli ioni NO2+ sono forniti dalla combinazione di acido nitrico e acido solforico, che reagiscono come segue: HNO3 + 2H2SO4 → H3O+ + NO2+ + 2HSO4-.
Per alcuni esplosivi, ad esempio il trinitrotoluene (TNT), la miscela deve essere priva di acqua. Ciò può essere assicurato utilizzando acido nitrico anidro, o “fumante”. In alternativa, l’acido nitrico commerciale può essere utilizzato con l’oleum, ottenuto dissolvendo il triossido di zolfo (SO3) in acido solforico concentrato, in modo che l’acqua venga rimossa in combinazione con SO3 per produrre più acido solforico. Quest’ultimo metodo è generalmente preferito, poiché l’oleum viene facilmente prodotto con lo stesso processo che produce la maggior parte dell’acido solforico. L’acido nitrico fumante è relativamente costoso da produrre, pericoloso da trasportare e soggetto a decomposizione se non conservato in frigorifero.
A parte le loro applicazioni industriali, l’acido nitrico e l’acido solforico sono tra i reagenti di laboratorio più comunemente usati. Entrambi sono utili nelle procedure che richiedono acidi forti. L’acido solforico è un potente agente disidratante che può essere utilizzato per essiccare alcuni gas appena preparati e nelle reazioni che comportano la rimozione dell’acqua dai composti. Può anche essere usato per liberare altri acidi dai loro sali. L’acido nitrico è utile come agente ossidante, come agente nitrante ed è ampiamente utilizzato nelle analisi chimiche, specialmente nell’identificazione dei metalli presenti nel suolo e nei campioni di minerali.
Anche gli acidi solforico e nitrico sono i principali inquinanti e contribuiscono alle piogge acide. L’acido nitrico si forma quando il biossido di azoto gassoso, che si trova nello scarico dei veicoli e prodotto naturalmente dall’azione dei fulmini, si dissolve in acqua. L’acido solforico si forma quando l’anidride solforosa – prodotta dalla combustione di combustibili fossili e naturalmente dai vulcani – reagisce con l’ossigeno per formare anidride solforosa, che si dissolve in acqua per produrre acido solforico. Nonostante la produzione naturale di questi composti, le fonti artificiali rappresentano la maggior parte delle piogge acide. L’acido solforico è il contributore maggiore, poiché l’anidride solforosa è un inquinante più comune del biossido di azoto.