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Salpetersäure
Herstellung und Bedeutung
Stefan JovanovicPatrick Götte
von
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SalpetersäureHerstellung und Bedeutung
Salpetersäure und deren EigenschaftenGeschichtlichesHerstellungBedeutung / VerwendungQuellen
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1. Salpetersäure und deren Eigenschaften
Die Salpetersäure ist eine der wichtigsten Grundstoffe der chemischen Industrie und findet Anwendung in den Bereichen:
Düngemittel ExplosivstoffeGalvanikFotoindustrieSchmuckindustrie
Näheres dazu in Kapitel 4
Produzierte Menge: ca. 30 Mio. t pro Jahr
Der Name Salpetersäure leitet sich von Salpeter (von lat. sal,gr. petros, Felsensalz) ab, da man durch Zugabe von stärkeren Säuren diese aus Salpeter gewinnen konnte.
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Die Salpetersäure ist bei sehr hohem Reinheitsgehalt farblosSie ist ölig, sehr aggressiv und hat eine merkliche elektrische Leitfähigkeit; Aufgrund der Autoprotolyse bilden sich in geringem Umpfang Ionen:
2 HNO3→ H2NO3+ + NO2
-
H2NO3+ → H2O + NO2
-
H2O + HNO3 → H3O+ + NO3-
Wirkt sehr stark oxidierend, daher ein sehr gutes OxidationsmittelBei Reaktion mit Metallen entstehen
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Die elementaren Bestandteile von Salpetersäure sind 1 x Wasserstoff (H), 3 x Sauerstoff (O),1 x Stickstoff (N)
Die Salpetersäure ist nur eine von mehreren Sauerstoffsäuren desStickstoffs. Weitere sind...
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Hydroxylamin
H3NO
Oxid.-stufe (-1)
Nitrosowasserstoff
HNO
Oxid.-stufe (+1)
Salpetrige Säure
HNO2
Oxid.-stufe (+3)
Salpetersäure
HNO3
Oxid.-stufe (+5)
Monostickstoffsauerstoffsäuren:
Oligostickstoffsauerstoffsäuren:
Hyposalpetrige Säure
H2N2O2
Oxid.-stufe (+1)
Oxohyposalpetrige Säure
H2N2O3
Oxid.-stufe (+2)
Dinitramin
HN3O4
Oxid.-stufe (+3)
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Namen: Salpetersäure, Scheidewasser, nach IUPAC auch Hydrogennitrat
Summenformel: HNO3
Molare Masse: 63,01 g.mol-1
Aggregarzustand: flüssigDichte: 1,52 g.ml-1
Schmelzpunkt: -42 °CSiedepunkt: 86 °CGefahrstoffkennzeichnungR-Sätze: 8 - 35S-Sätze: 1/2 – 23 – 26 – 36 – 45MAK: 5,2 mg.m-3
LD50: 430 mg.kg-1 (Mensch)
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2. GeschichtlichesNamensgebung durch Sal Petrae (lat.) = Felsensalz KNO3
Im 9. Jh. Erstgewinnung durch trockenes Erhitzen von Salpeter/KNO3
(durch Geber)
Im 13. Jh. benutzte Albertus Magnus die Salpetersäure, um Gold von
Silber zu trennen (“Scheidewasser”)
Johann Rudolph Glauber gewann Mitte des 17. Jahrhunderts reine
Salpetersäure durch Umsetzung und Destillation von Salpeter mit
Schwefelsäure
Genaue Zusammensetzung wurde Mitte des 18. Jh. bekannt
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2. GeschichtlichesErst im 19. Jh. begann eine Fabrikation, als der nötige Chilesalpeter und die Schwefelsäure günstig zu bekommen waren
Ein weiteres Verfahren durch die Verbrennung in einem elektrischen
Lichtbogen wurde entwickelt (zu hoher Stromverbrauch)
Die katalytische Oxidation von Ammoniak über Platin wurde von C.F.
Kuhlmann (1838) entdeckt
Erst die Entdeckung der Ammoniaksynthese (durch Haber und Bosch)
ebnete den weg zum Ostwaldverfahren
Schließlich entwickelte W. Ostwald ein Verfahren der
Ammoniakoxydation zur Herstellung von Salpetersäure
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3. Herstellung
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Verfahren zur technischen Darstellung von Salpetersäure
• Ostwaldverfahren
Natürliche Darstellung von Salpetersäure
• Blitzeinschlag
• Gewitterregen
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Blitzeinschlag / Gewitterregen
Aufgrund der hohen Temperaturen bei einem Blitzeinschlag findet eine Spaltung von Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) in Radikale statt, die wiederum zu Stickoxiden oxidieren.
O2 → 2 O*N2 → 2 N*
O2 + N* NO + O*N2 + O* NO + N*
NO + O* → NO2
Durch die Stickoxidbildung des Blitzschlages und Regenwasser entsteht HNO3
NO2 + H2O → HNO3
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Ostwaldverfahren
Das geeignetste Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Salpetersäure ist das Ostwaldverfahren
Im Ostwaldverfahren wird mittels 3 Schritten Ammoniak katalytisch zu Salpetersäure verbrannt
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1. Schritt
Ammoniak wird mit Luft vermischt und in einen Reaktor mit ca. ~700 °C gebracht, wo es durch einen Platin-Rhodium-Katalysator geleitet wird und zu Stickstoffmonoxid und Wasser oxidiert; der Kontakt zum Katalysator muss auf 1 ms begrenzt sein
4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O △HR0= -908 kJ.mol-1
Das Stickstoffmonoxid wird auf unter 50 °C heruntergekühlt und oxidiert dann zu Stickstoffdioxid
2. Schritt
2 NO2 + O2 2 NO2 △HR0= -114 kJ.mol-1
3. SchrittDas Stickstoffdioxid wird in Absorptionstürme geleitet und mit Wasser zu 50 % Salpetersäure umgesetzt
4 NO2 + O2 + 2 H2 O 4 HNO3
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4. Bedeutung / VerwendungI. Verwendung in der Metallurgie
Salpetersäure ist eine der wichtigsten Grundstoffe der chemischen
Industrie. Sie dient:
als Scheidewasser zur Trennung (Quartation) von Gold und Silber
(Silber wird aufgelöst)
in Mischungen mit Salzsäure als Königswasser zum Auflösen von
Gold sowie zum Vergolden
zum Beizen und Brennen von Metallen (grafische und galvanische
Technik)
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4. Bedeutung / VerwendungII. Verwendung zur Herstellung von Sprengstoffen
Mithilfe von Nitriersäure (Gemisch aus HNO3 und H2SO4)
können viele Sprengstoffe hergestellt werden
Ammoniumnitrat als Sprengstoff im Bergbau
NH3 + HNO3 -------> NH4NO3
Nitroglycerin/Dynamit:
C3H5(OH)3 + HNO3/H2SO4 ------> C3H5(ONO2)3
TNT (Trinitrotoluol):
C6H5CH3 + HNO3/H2SO₄ ------> C6H2CH3(NO2)3
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4. Bedeutung / VerwendungIII. Verwendung in anderen Bereichen
HNO ist außerdem ein wichtiges Zwischenprodukt für andere
chemische Verbindungen; z.B. Phosphorsäure, Oxalsäure,
Amine, Farbstoffe, Medikamente, u.a.
Zudem werden die Nitrate, die wichtig für Pflanzen sind,
gebraucht um Dünger herzustellen
(ca. 80% der Gesamtproduktion)
Da Salpetersäure auch die Aminogruppen der DNA zu
Hydroxylgruppen umwandeln kann, wird sie in der
Genforschung verwendet, um Mutationen hervorzurufenSeite 14
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5. Quellen
http://www.seilnacht.tuttlingen.com/Chemie
Chemie der Elemente von N.N. Greenwood, A. Earnshaw
Taschenbuch der Chemie von Karl Schwister u.a.