Direkt zum Inhalt

Lexikon der Chemie: Salpetersäure

Salpetersäure, HNO3, die beständigste Sauerstoffsäure des Stickstoffs. S. ist in reinem Zustand eine wasserklare Flüssigkeit; D. 1,522 g cm-3, F. 41,65 °C, Kp. 84 °C. Beim Siedepunkt, unter Lichteinwirkung bereits bei Zimmertemperatur, zersetzt sie sich und gibt dabei Stickstoffdioxid NO2 ab, das sich in der S. löst, sie je nach der Konzentration gelb bis rot färbt und ihr einen stechenden Geruch verleiht. 100%ige S, ist bei normaler Temperatur nicht beständig. Die wichtigsten handelsüblichen Sorten sind: konz. S., eine etwa 69,2%ige Säure; verd. S., die etwa 25%ig ist. S. ist mit Wasser unbegrenzt mischbar. Sie bildet in Abhängigkeit von der Konzentration und der Temperatur mit Wasser ein Monohydrat HNO3·H2O und ein Trihydrat HNO3·3 H2O. Im Verhältnis 69,2 % HNO3 : 30,8 % H2O liegt ein azeotropes Gemisch der D. 1,410 g cm-3 vor, das bei 121,8 °C siedet. Konz. S. ist eine stark oxidierende Säure, die z. B. Arsen zu Arsensäure H3AsO4, Phosphor zu Phosphorsäure H3PO4 und Schwefel zu Schwefelsäure H2SO4 oxidiert. Metalle, ausgenommen Gold, Platin, Iridium, kompaktes Rhodium und Ruthenium, werden von S. aufgelöst. Das Metall, z. B. Silber, wird zunächst oxidiert, wobei gleichzeitig noch Stickstoffmonoxid entsteht: 6 Ag + 2 HNO3 → 3 Ag2O + 2 NO + H2O; das Metalloxid setzt sich mit überschüssiger S. unter Bildung von Wasser sofort zum Salz um: Ag2O + 2 HNO3 → 2 AgNO3 + H2O. Da man auf diese Weise Silber von Gold trennen kann, nannte man S. früher Scheidewasser. In einem Gemisch von S. und Salzsäure, dem Königswasser, lösen sich auch die meisten Edelmetalle. Einige unedle Metalle, z. B. Aluminium, Calcium, Chrom und Eisen, sind aufgrund ihrer Passivität in hochkonz. S. unlöslich, während sie von verd. S. heftig angegriffen werden. Bei der Umsetzung mit verd. S., die nicht oxidierend wirkt, bildet sich außer dem Salz Wasserstoff. Auf organische Verbindungen wirkt S. entweder oxidierend oder nitrierend, letzteres besonders im Gemisch mit Schwefelsäure (Nitriersäure). Die Gelbfärbung der Haut bei Einwirkung von S. beruht auf der Xanthoproteinreaktion (Proteine). S. ist in wäßriger Lösung weitestgehend dissoziiert, gehört also zu den stärksten Säuren: HNO3 + H2O

H3O+ + NO3-. Die Salze und Ester der S. heißen Nitrate.



Salpetersäure. Abb.: Schema einer Salpetersäureanlage.

Analytisches. S. wird qualitativ meist durch die Ringprobe mit Eisen(II)-sulfat und konz. Schwefelsäure nachgewiesen. Die S. wird durch Eisen(II)-sulfat zu Stickstoffmonoxid reduziert: 3 Fe2+ + NO3- + 4H+ → NO + 3 Fe3+ + 2 H2O; Stickstoffmonoxid lagert sich an überschüssiges Eisen(II)-sulfat unter Bildung von Nitrosoeisen(II)-sulfat: [Fe(H2O)6]2+ + NO → [Fe(H2O)5NO]2+ + H2O. Quantitativ bestimmt man S. bzw. ihre Salze durch Reduktion zu Ammoniak mit Zink (oder Aluminium) in alkalischer Lösung: 4 Zn + 3 NaOH + 8 H2O + NaNO3 → 4 NaZn(OH)3 + 2 H2O + NH3

Gewinnung. S. wird großtechnisch durch katalytische Ammoniakverbrennung nach dem Ostwald-Verfahren (Abb.) gewonnen. Ammoniak wird in einer Mischkammer mit Luft im Verhältnis 1 : 10 gemischt. Nach Vorwärmen in einem Wärmeaustauscher auf etwa 200 °C wird das Mischgas in Kontaktöfen sehr rasch über einen Katalysator (Netze aus Platin oder einer Platin-Rhodium-Legierung) geleitet, wobei Stickstoffmonoxid und Wasserdampf entstehen: 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O, ΔRH ≈ -900 kJ/mol. Die Reaktionstemperatur beträgt etwa 800 °C. Wegen der hohen Exothermie der Reaktion muß zur Abführung der Reaktionswärme ein entsprechend hoher Luftüberschuß gewählt werden. Im nachgeschalteten Abhitzekessel wird Hochdruckdampf gewonnen und das auf etwa 250 °C gekühlte Gasgemisch in einem Wasserkühler auf 30 bis 40 °C abgekühlt. Die Kontaktverweilzeit muß sehr kurz sein und die Wärmeabfuhr rasch erfolgen, da Stickstoffmonoxid sonst in Stickstoff und Sauerstoff zerfällt. In der Praxis werden Strömungsgeschwindigkeiten von 0,3 m/s verwendet, was einer Verweilzeit von etwa 0,0002 s am Katalysatornetz entspricht. Stickstoffmonoxid wird durch den Sauerstoffüberschuß im Reaktionsgas und durch Zuführung von Frischluft in einem nachgeschalteten Reaktor zu Stickstoffdioxid oxidiert: 2 NO + O2 → 2 NO2, ΔRH = -113 kJ/mol. Diese Reaktion ist wegen der (scheinbaren) negativen Aktivierungsenergie erst bei Temperaturen unter 50 °C mit praktisch vertretbarer Geschwindigkeit durchführbar. In einer Reihe von nachgeschalteten Absorptionstürmen wird Stickstoffdioxid mit Wasser zu S. umgesetzt: 3 NO2 + H2O → 2 HNO3 + NO, ΔRH = -72 kJ/mol. Gleichzeitig wird dabei das noch vorhandene Stickstoffmonoxid mit Luftsauerstoff zu Stickstoffdioxid oxidiert. Jeweils in einem Absorptionsturm rieselt dem aufsteigenden Gas verd. S. entgegen, die in einem zweiten Turm aus dem nicht umgesetzten Stickstoffdioxid und Wasser gebildet wurde.

Verwendung. S. dient vor allem als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Nitraten, zum Nitrieren organischer Verbindungen, z. B. von Cellulose zu Cellulosenitrat und Glycerin zu Glycerintrinitrat. Die Hauptmenge an S. wird zu Kalkammonsalpeter verarbeitet bzw. zum Aufschluß von Phosphaten verwendet.

Lesermeinung

Wenn Sie inhaltliche Anmerkungen zu diesem Artikel haben, können Sie die Redaktion per E-Mail informieren. Wir lesen Ihre Zuschrift, bitten jedoch um Verständnis, dass wir nicht jede beantworten können.

  • Die Autoren
Dr. Andrea Acker, Leipzig
Prof. Dr. Heinrich Bremer, Berlin
Prof. Dr. Walter Dannecker, Hamburg
Prof. Dr. Hans-Günther Däßler, Freital
Dr. Claus-Stefan Dreier, Hamburg
Dr. Ulrich H. Engelhardt, Braunschweig
Dr. Andreas Fath, Heidelberg
Dr. Lutz-Karsten Finze, Großenhain-Weßnitz
Dr. Rudolf Friedemann, Halle
Dr. Sandra Grande, Heidelberg
Prof. Dr. Carola Griehl, Halle
Prof. Dr. Gerhard Gritzner, Linz
Prof. Dr. Helmut Hartung, Halle
Prof. Dr. Peter Hellmold, Halle
Prof. Dr. Günter Hoffmann, Eberswalde
Prof. Dr. Hans-Dieter Jakubke, Leipzig
Prof. Dr. Thomas M. Klapötke, München
Prof. Dr. Hans-Peter Kleber, Leipzig
Prof. Dr. Reinhard Kramolowsky, Hamburg
Dr. Wolf Eberhard Kraus, Dresden
Dr. Günter Kraus, Halle
Prof. Dr. Ulrich Liebscher, Dresden
Dr. Wolfgang Liebscher, Berlin
Dr. Frank Meyberg, Hamburg
Prof. Dr. Peter Nuhn, Halle
Dr. Hartmut Ploss, Hamburg
Dr. Dr. Manfred Pulst, Leipzig
Dr. Anna Schleitzer, Marktschwaben
Prof. Dr. Harald Schmidt, Linz
Dr. Helmut Schmiers, Freiberg
Prof. Dr. Klaus Schulze, Leipzig
Prof. Dr. Rüdiger Stolz, Jena
Prof. Dr. Rudolf Taube, Merseburg
Dr. Ralf Trapp, Wassenaar, NL
Dr. Martina Venschott, Hannover
Prof. Dr. Rainer Vulpius, Freiberg
Prof. Dr. Günther Wagner, Leipzig
Prof. Dr. Manfred Weißenfels, Dresden
Dr. Klaus-Peter Wendlandt, Merseburg
Prof. Dr. Otto Wienhaus, Tharandt

Fachkoordination:
Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher

Redaktion:
Sabine Bartels, Ruth Karcher, Sonja Nagel


Partnervideos