HNO3: Công Thức Cấu Tạo, Tính Chất và Ứng Dụng Chi Tiết

Axit nitric (HNO3) là một hợp chất vô cơ quan trọng, được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp và phòng thí nghiệm. Việc hiểu rõ về công thức cấu tạo, tính chất và ứng dụng của HNO3 là rất cần thiết cho học sinh, sinh viên và các nhà hóa học. Bài viết này sẽ cung cấp một cái nhìn toàn diện về HNO3, tập trung vào công thức cấu tạo và các khía cạnh liên quan.

1. Công Thức Electron và Công Thức Lewis của HNO3

Để hiểu rõ công thức cấu tạo của HNO3, chúng ta cần bắt đầu với công thức electron và công thức Lewis.

Công thức electron: Biểu diễn sự phân bố electron trong phân tử, cho thấy các electron hóa trị và cách chúng liên kết với nhau.
Công thức Lewis: Sử dụng các ký hiệu để biểu diễn các cặp electron liên kết và các cặp electron không liên kết (electron tự do).

Quá trình hình thành liên kết trong phân tử HNO3 diễn ra như sau:

Nguyên tử Hydro (H) có 1 electron hóa trị, cần thêm 1 electron để đạt cấu hình bền.
Nguyên tử Nitơ (N) có 5 electron hóa trị, cần thêm 3 electron để đạt cấu hình bền octet.
Nguyên tử Oxy (O) có 6 electron hóa trị, cần thêm 2 electron để đạt cấu hình bền octet.

Trong phân tử HNO3:

Một nguyên tử O liên kết với H bằng một liên kết đơn.
Hai nguyên tử O còn lại liên kết với N bằng liên kết đơn và liên kết đôi (hoặc liên kết cho nhận).

Alt: Công thức electron của HNO3, thể hiện liên kết giữa H, N và O với các electron.

2. Các Bước Viết Công Thức Lewis của HNO3

Có hai cách chính để viết công thức Lewis của HNO3:

a) Dựa vào công thức electron:

Thay mỗi cặp electron dùng chung bằng một gạch nối “-“. Đối với liên kết cho – nhận, sử dụng mũi tên chỉ từ nguyên tử cho (N) đến nguyên tử nhận (O).

b) Dựa vào các bước sau:

Bước 1: Tính tổng số electron hóa trị trong phân tử HNO3.
Tổng số electron hóa trị = 1 (H) + 5 (N) + 3 * 6 (O) = 24 electron.
Bước 2: Vẽ khung phân tử, với N là nguyên tử trung tâm. Các nguyên tử O bao quanh N, và H liên kết với một O.
Bước 3: Tính số electron hóa trị chưa tham gia liên kết.
Số electron chưa liên kết = 24 – 2 * số liên kết = 24 – 8 = 16 electron.
Bước 4: Hoàn thiện octet cho các nguyên tử O (trừ H đã đạt cấu hình bền).
Bước 5: Nếu nguyên tử trung tâm (N) chưa đạt octet, chuyển cặp electron chưa liên kết từ nguyên tử O xung quanh thành electron liên kết.

Alt: Công thức Lewis của HNO3, hiển thị cấu trúc với các gạch nối biểu thị liên kết.

3. Công Thức Cấu Tạo của HNO3

Công thức cấu tạo cho thấy sự sắp xếp của các nguyên tử trong phân tử và các liên kết giữa chúng. Để viết công thức cấu tạo của HNO3, ta loại bỏ các electron tự do trong công thức Lewis.

Alt: Công thức cấu tạo HNO3, mô tả liên kết N=O, N-O và O-H trong phân tử.

Công thức cấu tạo của HNO3 là:

     O
    //
H-O-N
    
     O

Trong phân tử HNO3:

Có một liên kết đôi N=O.
Có hai liên kết đơn N-O và O-H.

4. Tính Chất của Axit Nitric (HNO3)

Tính axit mạnh: HNO3 là một axit mạnh, có khả năng phân ly hoàn toàn trong nước.
Tính oxy hóa mạnh: HNO3 là một chất oxy hóa mạnh, có thể tác dụng với nhiều kim loại, phi kim và hợp chất hữu cơ.
Phản ứng với kim loại: HNO3 có thể tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt), tạo thành muối nitrat, nước và các sản phẩm khử khác nhau (NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3) tùy thuộc vào nồng độ axit và hoạt động của kim loại.
Phản ứng với phi kim: HNO3 đặc, nóng có thể oxy hóa một số phi kim như C, S, P.
Phản ứng với hợp chất hữu cơ: HNO3 có thể tác dụng với nhiều hợp chất hữu cơ, gây ra các phản ứng nitro hóa, oxy hóa, hoặc phân hủy.

5. Ứng Dụng của HNO3

HNO3 có nhiều ứng dụng quan trọng trong các ngành công nghiệp khác nhau:

Sản xuất phân bón: HNO3 là nguyên liệu chính để sản xuất các loại phân bón nitrat (NH4NO3, Ca(NO3)2,…).
Sản xuất thuốc nổ: HNO3 được sử dụng để sản xuất thuốc nổ như TNT, nitroglycerin,…
Sản xuất hóa chất: HNO3 được sử dụng để sản xuất nhiều hóa chất khác nhau, như thuốc nhuộm, dược phẩm, polyme,…
Tẩy rửa và khắc kim loại: HNO3 được sử dụng để tẩy rửa và khắc kim loại trong công nghiệp điện tử và gia công kim loại.
Phòng thí nghiệm: HNO3 được sử dụng làm thuốc thử trong các phòng thí nghiệm hóa học.

6. Bài Tập Vận Dụng

Câu 1: Xác định số liên kết σ và liên kết π trong phân tử HNO3.

Trả lời: Trong phân tử HNO3 có 4 liên kết σ và 1 liên kết π.

Câu 2: Hóa trị của nguyên tử N trong HNO3 là bao nhiêu?

Trả lời: Hóa trị của N trong HNO3 là 4.

7. Kết Luận

Hiểu rõ về công thức cấu tạo của HNO3 là cơ sở để nắm vững tính chất hóa học và ứng dụng của nó. Hy vọng bài viết này đã cung cấp cho bạn một cái nhìn tổng quan và chi tiết về HNO3, giúp bạn học tập và làm việc hiệu quả hơn.