Kính chào các em học sinh thân mến! Thầy rất vui khi nhận được câu hỏi thú vị và sâu sắc này của em. Đây là một vấn đề rất hay, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tính chất của các hợp chất vô cơ.

Để trả lời câu hỏi “Tại sao HNO₃ không có nồng độ 98% như H₂SO₄?”, chúng ta cần xem xét kỹ lưỡng về tính chất vật lý và hóa học đặc trưng của hai axit này. Thầy sẽ trình bày chi tiết từng bước để các em dễ dàng nắm bắt nhé.

Giải thích chi tiết:

1. Đối với Axit Nitric (HNO₃)

Axit nitric là một axit mạnh, nhưng có những đặc điểm riêng biệt khiến nó không thể đạt được nồng độ quá cao như 98% thông qua các phương pháp thông thường, đặc biệt là chưng cất. Có hai lý do chính sau đây:

a) HNO₃ dễ bị phân hủy

Ngay cả ở điều kiện thường, axit nitric đậm đặc cũng rất kém bền và dễ dàng bị phân hủy dưới tác dụng của ánh sáng và nhiệt độ. Phản ứng phân hủy diễn ra như sau:

\[ 4HNO_{3} \xrightarrow{ánh\ sáng} 4NO_{2} + O_{2} + 2H_{2}O \]

Chính khí \( NO_{2} \) sinh ra này là chất khí có màu nâu đỏ, hòa tan một phần trong axit làm cho dung dịch axit nitric đậm đặc thường có màu vàng hoặc nâu nhạt.

Trong quá trình cô đặc dung dịch HNO₃ (ví dụ bằng cách chưng cất để loại bỏ nước), chúng ta cần đun nóng. Nhiệt độ cao sẽ càng thúc đẩy quá trình phân hủy này diễn ra mạnh mẽ hơn. Do đó, khi cố gắng chưng cất để đạt nồng độ cao, axit sẽ bị phân hủy liên tục, làm giảm lượng HNO₃ nguyên chất và sinh ra các sản phẩm khác, khiến việc đạt được nồng độ 98% là rất khó hoặc gần như không thể.

b) HNO₃ tạo thành hỗn hợp đẳng phí với nước

Đây là lý do quan trọng nhất. Khi hòa tan trong nước, HNO₃ và nước tạo thành một hỗn hợp đẳng phí (còn gọi là hỗn hợp sôi không đổi) ở một nồng độ nhất định.

• Hỗn hợp đẳng phí (azeotrope) là hỗn hợp hai hay nhiều chất lỏng mà khi sôi, hơi bay ra có thành phần phần trăm giống hệt với thành phần phần trăm của hỗn hợp lỏng. Điều này có nghĩa là, khi một hỗn hợp đẳng phí sôi, bạn không thể tách riêng các thành phần của nó bằng phương pháp chưng cất đơn giản vì tỷ lệ các chất trong pha hơi và pha lỏng không thay đổi.
• Đối với hệ \( HNO_{3} – H_{2}O \), hỗn hợp đẳng phí được tạo thành ở khoảng 68% khối lượng HNO₃ (sôi ở nhiệt độ khoảng \( 120,5^{\circ}C \) dưới áp suất khí quyển tiêu chuẩn).

Khi ta chưng cất dung dịch HNO₃ loãng, nước sẽ bay hơi ưu tiên, làm cho nồng độ HNO₃ trong dung dịch lỏng tăng lên. Tuy nhiên, khi nồng độ đạt đến khoảng 68%, hỗn hợp lỏng và hơi sẽ có cùng thành phần. Lúc này, dù có tiếp tục đun sôi, thành phần của HNO₃ trong dung dịch lỏng cũng không thể tăng thêm được nữa bằng phương pháp chưng cất đơn giản. Dung dịch HNO₃ đậm đặc nhất có thể thu được bằng phương pháp chưng cất là khoảng 68% (còn gọi là axit nitric đặc thương mại).

2. Đối với Axit Sunfuric (H₂SO₄)

Ngược lại với HNO₃, axit sunfuric có thể đạt nồng độ rất cao, lên đến 98% hoặc thậm chí 100% (axit sunfuric bốc khói hay oleum). Lý do là:

a) H₂SO₄ rất bền vững nhiệt

Axit sunfuric đậm đặc rất bền với nhiệt. Nó chỉ bắt đầu phân hủy ở nhiệt độ rất cao (trên \( 300^{\circ}C \)), mà nhiệt độ này cao hơn nhiều so với nhiệt độ sôi của nước và của dung dịch H₂SO₄ đậm đặc. Do đó, trong quá trình cô đặc bằng chưng cất, H₂SO₄ không bị phân hủy đáng kể.

b) H₂SO₄ không tạo thành hỗn hợp đẳng phí ở nồng độ cao

H₂SO₄ và nước không tạo thành hỗn hợp đẳng phí ở nồng độ gần 98%. Điều này có nghĩa là ta có thể tiếp tục loại bỏ nước bằng cách đun nóng và chưng cất cho đến khi đạt được nồng độ rất cao, gần như tinh khiết 100%.

c) H₂SO₄ có tính hút ẩm mạnh

Mặc dù không phải là nguyên nhân chính cho việc đạt nồng độ 98% qua chưng cất, nhưng tính chất hút ẩm mạnh của H₂SO₄ (khả năng hấp thụ hơi nước từ không khí hoặc từ các chất khác) cũng góp phần duy trì nồng độ cao của nó. Hơn nữa, tính chất này còn được ứng dụng để làm khô các khí ẩm hoặc để cô đặc các dung dịch khác (ví dụ như cô đặc HNO₃ loãng).

Tóm tắt lại:

Sự khác biệt cốt lõi nằm ở chỗ:

• HNO₃: Kém bền với nhiệt, dễ phân hủy và đặc biệt là tạo thành hỗn hợp đẳng phí với nước ở nồng độ khoảng 68%. Vì vậy, không thể chưng cất để có nồng độ cao hơn.
• H₂SO₄: Rất bền với nhiệt và không tạo thành hỗn hợp đẳng phí ở nồng độ cao. Do đó, có thể chưng cất để loại bỏ nước và đạt nồng độ 98%.

Hy vọng với lời giải thích chi tiết này, em đã hiểu rõ vấn đề. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào khác, đừng ngần ngại hỏi thầy nhé! Chúc em học tốt!