Salpetersäure
Salpetersäure, deren korrekte chemische Bezeichnung Hydrogennitrat lautet, ist eine in reinem Zustand farblose, stark oxidierende Säure. Die chemische Formel lautet HNO
Inhalt
Herstellung
Großindustriell wird Salpetersäure nach dem sogenannten Ostwald-Verfahren durch Oxidation von Ammoniak hergestellt. Dabei wird ein Ammoniak-Luft-Gemisch zunächst bei einer Temperatur von 800°C-900°C katalytisch zu Stickstoffmonoxid und Wasser umgesetzt. Stickstoffmonoxid wird in einem nachgeschalteten Schritt auf eine Temperatur von unter 50°C abgekühlt und mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid umgesetzt, welches bei diesen Temperaturen in einem Gleichgewicht mit dem Dimer – Distickstofftetraoxid – steht. Dieses Gemisch wird abschließend in sogenannte Absorptionstürme geleitet und dort mit herabrieselndem Wasser und unter Zugabe von Luftsauerstoff zu etwa 50%iger Salpetersäure umgesetzt. In einem nachgeschalteten Schritt kann diese bis zu einer Konzentration von 65% bis maximal 68% (sogenannte Salpetersäure 65 oder Salpetersäure 68) angereichert werden. Da es sich bei dieser Salpetersäurelösung um eine azeotrope Mischung handelt, ist eine höhere Konzentration nur durch zusätzliche Maßnahmen, beispielsweise die Entwässerung mit Magnesiumnitrat, zu erreichen. Eine weitere Darstellungsmethode, die allerdings nur im Labormaßstab durchgeführt wird, ist die Umsetzung von konzentrierter Schwefelsäure mit Alkalinitraten. Bei dieser Umsetzungsreaktion entsteht neben der sogenannten rauchenden Schwefelsäure das entsprechende Hydrogensulfat als Nebenprodukt.
Eigenschaften
Salpetersäure ist eine der stärksten bekannten Mineralsäuren und hat einen charakteristischen, stark stechenden Geruch. In seiner reinen Form ist es farblos, allerdings zersetzt es sich unter Einwirkung von Licht sehr leicht und es bildet sich Stickstoffdioxid, welches der Salpetersäure einen gelblich-rötlichen Farbton verleiht. Diese wird auch als sogenannte rauchende Salpetersäure bezeichnet. Rauchende Salpetersäure ist ein sehr starkes Oxidationsmittel, welches leicht brennbare Stoffe spontan entzünden kann. Konzentrierte Salpetersäure hat einen Massenanteil von 65%-69% und wird normalerweise verwendet. Bei der Verdünnung ist zu beachten, dass die Dichte variiert – höher konzentrierte Salpetersäure hat eine höhere Dichte als niedriger konzentrierte. In wässriger Lösung liegt Salpetersäure vollständig dissoziiert vor. Der pH-Wert, welcher das Autoprotolyse-Gleichgewicht beschreibt, liegt für rauchende Salpetersäure unter 1, für reine konzentrierte Salpetersäure um 1-2. Schließlich wirkt diese Säure korrosiv, das heißt sie löst einen Großteil gängiger Metalle unter Bildung der entsprechenden Nitratverbindungen. So wird beispielsweise reines Kupfer unter Bildung von Kupfernitrat aufgelöst. Unter chemischen Gesichtspunkten ist noch zu erwähnen, dass Salpetersäure nur durch mehrere mesomere Lewis-Formeln zu beschreiben ist.
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Allgemeines | |
| Name | Salpetersäure |
| Andere Namen |
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| Summenformel | HNO3 |
| CAS-Nummer | 7697-37-2 |
| Kurzbeschreibung | in reiner Form farblose Flüssigkeit, durch Licht oder Wärme teilweise Zersetzung zu Stickoxiden unter Gelb- bis Rotfärbung |
Eigenschaften | |
| Molare Masse | 63,01 g·mol−1 |
| Aggregatzustand | flüssig |
| Dichte | 1,51 g·cm−3 (25 °C) |
| Schmelzpunkt | −42 °C |
| Siedepunkt | 86 °C |
| Dampfdruck | 56 hPa (20 °C) |
| Löslichkeit | mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar, heftige Reaktion mit Ethanol |
Verwendung
Salpetersäure ist eine der wichtigsten Grundchemikalien der chemischen Industrie. Der größte Anteil von 60%-80% wird für die Herstellung von Stickstoffdüngemitteln verwendet. Hier sind es die Salze der Salpetersäure, die sogenannten Nitrate, die als Düngemittel Verwendung finden. Weiterhin werden die Salze auch zur Herstellung von Sprengstoffen, beispielsweise Nitroglycerin, eingesetzt oder aber als Silbernitrat. Dieses ist Ausgangsstoff für verschiedene Silberhalogenide, die in der Photoindustrie eingesetzt werden. Weiterhin ist Salpetersäure ein sogenanntes „Nitrierungsmittel“, das heißt, es dient zur Einführung von Nitrogruppen in andere Moleküle. Auf diese Weise können Farbstoffmoleküle, unterschiedliche Heilmittel, Desinfektionsmittel oder auch der bekannte Explosivstoffs TNT (Trinitrotoluol) hergestellt werden. Ein weitere Anwendung besteht im Einsatz als sogenanntes „Scheidewasser“ – so kann 50%ige Salpetersäure die beiden Elemente Gold und Silber voneinander trennen. In einer Mischung im Verhältnis 3:1 mit Salzsäure kann diese, als Königswasser bekannte Lösung, sogar Gold durch seine stark oxidierende Wirkung auflösen. Schließlich wird es aufgrund seiner ätzenden Wirkung zur Oberflächenbehandlung von Metallen eingesetzt. Einen besonderen Einsatz findet Salpetersäure in sehr stark verdünnter Dosierung in der Homöopathie. Hier wird es zur Behandlung von Geschwüren oder Entzündungen der Haut oder Schleimhäute eingesetzt.
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Sicherheitshinweise und Risiken
Im Umgang mit Salpetersäure sind aufgrund der Gefahren, die von ihr ausgehen, besondere Schutzmaßnahmen einzuhalten. Nach der EU-Gefahrstoffverordnung ist Salpetersäure als brandfördernd und ätzend eingestuft. Als starkes Oxidationsmittel kann es vor allem in höheren Konzentrationen ab 70% brandfördernd wirken, weshalb entsprechende Sicherheitsmaßnahmen einzuhalten sind (Fernhalten von offenen Flammen und brennbaren Stoffen). Weiterhin kann Salpetersäure zu schweren Verätzung von Haut und Augen führen, die, je nach Schweregrad, irreversibel sein können. Die Entsorgung erfolgt als Sonderabfall gemäß den gesetzlichen Vorschriften. Kleine Mengen können vorsichtig durch Zugabe einer entsprechenden Lauge, wie Natronlauge oder Bariumhydroxid-Lösung, neutralisiert und dann fachgerecht entsorgt werden.