Düngemittel erleichtern jedem Bauern und Hobbygärtner die Arbeit, denn diese Stoffe versorgen die Pflanzen mit wichtigen Nährstoffen. Somit können beispielsweise Gemüsepflanzen besser wachsen und die Ernte fällt reichhaltiger aus. Aber wusstest du schon, dass für wichtige Düngemittel Salpetersäure benötigt wird? Wie hängt das zusammen und was ist Salpetersäure?
Salpetersäure – Eigenschaften
In diesem Abschnitt lernst du die Eigenschaften von Salpetersäure kennen. Die folgende Tabelle zeigt dir einen kleinen Überblick.
| Eigenschaften von Salpetersäure |
| Molare Masse | 63,01 |
| Beschreibung | farblos, flüssig, zersetzt sich bei Einwirkung von Licht oder Wärme teils zu Stickoxiden |
| Löslichkeit | mit Wasser mischbar |
| Siedepunkt | 86°C |
| Schmelzpunkt | -42°C |
| pKS-Wert | -1,37 |
| Dichte | 1,51 bei 20°C |
Tabelle 1: Eigenschaften von Salpetersäure.
Am pKS-Wert, der ein Maß für die Stärke einer Säure ist, kannst du erkennen, dass Salpetersäure eine starke Säure ist. In Wasser löst sich die starke Säure vollständig. Es bilden sich Nitrationen und Oxoniumionen, was du in der Reaktionsgleichung sehen kannst.
In deinem Chemieunterricht in der Schule wird "verdünnte" oder "konzentrierte" Salpetersäure benutzt. Das ist eine 12%-ige beziehungsweise eine 65%-ige Salpetersäure. Eine 69,2%-ige Salpetersäure ist ein Azeotrop.
Bei einem azeotropen Gemisch sind die Konzentrationen in der Gasphase und in der Lösung gleich. Somit lassen sich die Bestandteile mit einer Destillation nicht trennen beziehungsweise aufkonzentrieren. Eine Destillation ist eine Methode zum Trennen von Stoffgemischen. Die Trennung erfolgt durch die unterschiedlichen Siedepunkte.
Es muss auf andere Methoden, wie eine Rektifikation mithilfe von Schwefelsäure, ausgewichen werden. Die Rektifikation ist eine Gegenstromdestillation. Das bedeutet, ein Teil des bereits verdampften Flüssigkeitsgemischs kondensiert in einer speziellen Destillationskolonne. Dadurch kommt es zu einem Kontakt zwischen Kondensat und verdampftem Gemisch. Die Bestandteile des Gemischs mit dem niedrigeren Siedepunkt sammeln sich im Dampf an und die Komponenten mit dem höheren Siedepunkt befinden sich im Kondensat. So kannst du auch Stoffgemische mit geringen Siedepunktsunterschiede voneinander trennen.
Zudem existiert eine 100%-ige Salpetersäure, welche als rauchende Salpetersäure bezeichnet wird. Es ist eine reine Salpetersäure, die Stickoxide (zum Beispiel NO2) aufweist. Durch die enthaltenen Stickoxide entsteht oft eine gelbliche bis rötliche Farbe. Die Zersetzung von Salpetersäure in Stickoxide zeigt dir die folgende Reaktionsgleichung.
Salpetersäure tritt als starkes Oxidationsmittel auf. Viele Nichtmetalle, wie Kohlenstoff oder Schwefel, sowie Salzsäure werden durch Salpetersäure oxidiert.
Wenn konzentrierte Salpetersäure mit Salzsäure (HCl) reagiert, entstehen Nitrosylchlorid (NOCl) und Chlor. Die Mischung aus diesen zwei starken Säuren wird Königswasser genannt. Die Reaktion und somit die Herstellung von Königswasser kann durch folgende Reaktionsgleichung beschrieben werden:
Der Name Königswasser kommt von der Tatsache, dass die Mischung eine Auflösung von edlen Metallen, wie Gold und Platin, bewirken kann.
Salpetersäure – Formel
Eine andere Bezeichnung für Salpetersäure ist Scheidewasser. Es ist eine mögliche Säure von Stickstoff und die Summenformel von Salpetersäure lautet HNO3. Die Strukturformel siehst du in Abbildung 1.
Abb 1: Strukturformel von Salpetersäure
Wie du erkennen kannst, besteht zwischen Stickstoff und der Säuregruppe (-OOH) eine Verknüpfung. Somit ist Salpetersäure eine Oxosäure, also eine Sauerstoffsäure, des Elements Stickstoff.
Salpetersäure – Herstellung
Salpetersäure kann mittels verschiedener Verfahren hergestellt werden, die du nun kennenlernst.
Ostwald-Verfahren
Seit 1908 erfolgt die industrielle Herstellung von Salpetersäure mit dem Ostwald-Verfahren. Dabei wird Ammoniak mithilfe eines Katalysators oxidiert.
Beim Ostwald-Verfahren strömt eine Mischung aus Ammoniak und Luft durch Platin-Rhodium-Netze, welche katalytisch wirken. Dabei ist die Kontaktzeit sehr kurz. Die Temperatur liegt bei etwa 800°C. Es findet eine Oxidation statt, wodurch Stickstoffmonoxid entsteht.
Das entstandene Stickstoffmonoxid reagiert dann während dem Prozess des Abkühlens mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid. Durch ein Dimerisieren von Stickstoffdioxid bildet sich Distickstofftetraoxid.
In Rieseltürmen entsteht schließlich Salpetersäure durch eine Reaktion von Distickstofftetraoxid und Wasser.
Das Endprodukt ist eine Salpetersäure mit einer Konzentration von 60 %. Diese kann weiterverarbeitet werden oder beispielsweise auch aufkonzentriert werden.
Wenn du mehr über das Ostwald-Verfahren wissen willst, schaue gerne bei der entsprechenden Erklärung dazu vorbei.
Herstellung mittels Kaliumnitrat und Schwefelsäure
Im Labor ist eine Synthese von Salpetersäure ebenso möglich. Diese findet jedoch durch eine Reaktion von Nitraten, wie Kaliumnitrat (KNO3), und Schwefelsäure (H2SO4) statt. Diese Methode geht auf Johann Rudolph Glauber zurück.
Kaliumnitrat und Schwefelsäure reagieren dabei zu Salpetersäure und Kaliumhydrogensulfat, wie du in der Reaktionsgleichung sehen kannst.
Johann Rudolph Glauber lebte von 1604 bis 1670. Der Apotheker und Alchemist gilt als Pionier der frühen Chemieindustrie, da er zahlreiche technische Methoden zur Herstellung von Chemikalien optimierte. Beispiele sind die Synthese von Salpetersäure, Schwefelsäure und Natriumsulfat, was als Glaubersalz bekannt ist.
Herstellung mittels Lichtbogen
Es gibt noch eine weitere Möglichkeit zur Herstellung von Salpetersäure, die hier kurz beschrieben werden soll. Es handelt sich um die Umsetzung von Stickstoff mit Sauerstoff aus der Luft in einem Lichtbogen.
Um einen Lichtbogen zu erzeugen, musst du zwischen zwei Elektroden in einer Reaktionskugel eine Hochspannung anlegen.
Es findet eine Reaktion von Stickstoff und Sauerstoff zu Stickstoffmonoxid statt, welches anschließend zu Stickstoffdioxid weiterreagiert.
Danach bildet sich Salpetersäure, indem das entstandene Stickstoffdioxid mit Wasser reagiert.
Dieser Herstellungsprozess wird heutzutage kaum noch genutzt, da hierfür sehr viel Strom notwendig ist.
Salpetersäure – Verwendung
Salpetersäure ist ein zentraler Grundstoff für die Chemieindustrie. Es dient beispielsweise zur Produktion von Düngemitteln oder Sprengstoffen, wie Nitroglycerin. Zudem kommt die Säure bei der Herstellung von Farbstoffen, zum Beispiel Azofarbstoffe, und anderen chemischen Verbindungen, wie Phosphorsäure, zum Einsatz. Somit kennst du nun den Zusammenhang von Düngemittel und Salpetersäure.
Einige Reinigungsmittel enthalten Salpetersäure, denn durch die Säure werden Fette wasserlöslicher und lassen sich somit leicht beseitigen.
Juweliere verwenden die Salpetersäure in verschiedenen Konzentrationen und in Kombinationen mit Salzsäure. Diese dienen als Prüfsäure, um den Goldgehalt des Schmuckes herauszufinden. Hierbei überprüfen die Schmuckhändler, ob sich ein Abrieb des Schmuckstückes in der Prüfsäure löst. Sie erhöhen schrittweise die Konzentration bis zum Ablösen eines Abriebs - dann liegt der Goldgehalt darunter.
Weitere Verwendungsgebiete sind in Treibstoffen von Raketen als Oxidationsmittel und in der Metallindustrie zum Polieren, Beizen und Brennen.
Salpetersäure – Gefahren
Beim Umgang mit Salpetersäure solltest du vorsichtig sein, da die Säure sowohl gelöst als auch ihre Dämpfe auf deine Haut, deine Augen und deine Schleimhäute stark ätzend wirken. Durch Einatmen der Dämpfe kann es zu einer Lungenentzündung und verätzten Lungenbläschen kommen. Wenn du mit der Säure in Berührung gekommen bist, färbt sich deine Haut gelblich.
Zudem solltest du beachten, dass konzentrierte Salpetersäure brandfördernd und stark oxidierend wirkt. Außerdem entsteht bei einer Reaktion von Metallen mit Salpetersäure Stickstoffdioxid, welches toxisch ist.
Die Salze der Salpetersäure
Lässt du Salpetersäure mit Metallen reagieren, bilden sich die Salze der Salpetersäure. Sie werden als Nitrate bezeichnet und in dieser Form kommt Salpetersäure in der Natur vor.
Beispiele sind Zinknitrat und Kupfer(II)-nitrat. Während der Reaktion von Zink oder Kupfer mit Salpetersäure entsteht Stickstoffmonoxid, welches mit der Luft weiterreagiert. Dies führt zu rotbraunem Stickstoffdioxid. Die folgende Reaktionsgleichung zeigt dir die Bildung von Zinknitrat.
Kupfer und Salpetersäure reagieren zu Kupfernitrat, Wasser und Stickstoffmonoxid, was diese Reaktionsgleichung darstellt.
Wenn du für diese Versuche konzentrierte Salpetersäure nutzt, lösen sich beide Metalle vollständig in der Säure auf. Das trifft auch auf Magnesium und Silber zu. Gold und Platin hingegen sind beständig. Erst bei Verwendung von konzentrierter Salpetersäure zusammen mit konzentrierter Salzsäure ist eine Auflösung von Gold möglich.
Salpetersäure – Das Wichtigste
- Salpetersäure wird auch als Scheidewasser bezeichnet und hat die Summenformel HNO3.
- Es ist eine starke Säure sowie ein starkes Oxidationsmittel.
- Königswasser entsteht durch eine Reaktion von Salzsäure und Salpetersäure. Es kann edle Metalle auflösen.
- Die Herstellung von Salpetersäure erfolgt durch das Ostwald-Verfahren, eine Reaktion von Kaliumnitrat mit Schwefelsäure, oder aus Stickstoff und Sauerstoff mittels Lichtbogen.
- Salpetersäure ist ein zentraler Grundstoff der Chemieindustrie, dient als Prüfsäure bei Juwelieren und wird in der Metallindustrie sowie in Treibstoffen von Raketen verwendet.
- Die Salze der Salpetersäure werden Nitrate genannt und bildet sich durch eine Reaktion von Metallen mit Salpetersäure.
Nachweise
- seilnacht.com: Salpetersäure (13.06.2022)
- spektrum.de: Glauber, Johann Rudolph (13.06.2022)
- roempp.thieme.de: Salpetersäure (12.11.2014)
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