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Salpetersäure

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Chemie

Wichtige Fakten zur Salpetersäure


  • wird auch Scheidewasser genannt
  • "Verdünnte Salpetersäure" →  12%ige Salpetersäure in wässriger Lösung
  • "Konzentrierte Salpetersäure" → handelsübliche, etwa 65- 69%ige Lösung der Salpetersäure in Wasser
  • "Rauchende Salpetersäure"→ 100%ige Salpetersäure, ätzend!
  • Salpetersäure ist eine relativ starke Säure
  • Summenformel: 


Eigenschaften der Salpetersäure


  • Siedepunkt: + 83°C
  • Schmelzpunkt: - 41,6°C
  • Säurekonstante: pKs = - 1,4, also zählt sie zu den starken Säuren
  • Aussehen: farblose oder gelbliche an der Luft rauchende Flüssigkeit; 100%ige Lösung ist rötlich rauchend
  • Geruch: scharf stechender Geruch
  • Löslichkeit: in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar


Die rauchende Salpetersäure ist ein sehr starkes Oxidationsmittel und kann Holz oder Stroh spontan entzünden. 

Für deinen Chemieunterricht in der Schule wird "verdünnte" und "konzentrierte" Salpetersäure benutzt. Also eine 12%ige und die 65%ige Salpetersäure. Die "rauchende" ist für den Schulgebrauch zu gefährlich.



Wie ist Salpetersäure aufgebaut?


Salpetersäure, Strukturformel der Salpetersäure, StudySmarterAbbildung 1: Strukturformel der Salpetersäure. Quelle via StudySmarter


Die Summenformel von Salpetersäure lautet . Salpetersäure ist eine Säure des Elements Stickstoff. Somit ist die Säuregruppe ( - OOH ) nicht an einem Kohlenstoffatom (C) gebunden, sondern an ein Stickstoffatom (N). 


Die rauchende Salpetersäure zersetzt sich schon an der Luft oder beim Sieden. Dabei bildet sich das rotbraune und stark toxische Stickstoffdioxid, das die Orangefärbung verursacht:


Salpetersäure Rauchende Salpetersäure StudySmarter



Herstellung der Salpetersäure


Ein natürliches Vorkommen von Salpetersäure gibt es nicht, deshalb muss sie hergestellt werden.
Salpetersäure kannst du durch drei verschiedene Herstellungsarten gewinnen. Diese wären:

Herstellung durch Kaliumnitrat und Schwefelsäure


Heute wird immer noch auf eine veraltete Herstellungsart zurückgegriffen. Diese Herstellung der Salpetersäure aus Schwefelsäure und Kaliumnitrat geht auf den Alchemist Johann Rudolph Glauber (1604 - 1670) zurück. 


Er fand auch eine verbesserte Herstellungsmethode für die konzentrierte Salpetersäure. Dabei ging er eben von der konzentrierter Schwefelsäure und Kaliumnitrat (Salpeter) aus. Glauber gewann die Salpetersäure damals durch die Trockendestillation


Salpetersäure Herstellung nach Glauber StudySmarter


Kaliumnitrat und Schwefelsäure reagieren zu Salpetersäure (Scheidewasser) und Kaliumhydrogensulfat.


Glauber war auch einer der Ersten, der ein Verfahren zur Darstellung von Königswasser aus Kochsalz und Salpetersäure entwickelte. Das sogenannte "Königswasser" hat die Fähigkeit, edle Metalle wie Gold und Platin aufzulösen, da diese Lösung aus zwei starken Säuren besteht, die ätzend wirken.


Kaliumnitrat ist das Reaktionsprodukt von Schwefelsäure mit einem Salz der Salpetersäure 


Herstellung durch Luftstickstoff mit Luftsauerstoff im Lichtbogen


Diese Art der Herstellung wurde 1903 von dem norwegischen Physiker Kristian Olaf Bernhard Brikeland (1867-1917) und dem norwegischem Ingenieur Sam Eyde (1866-1940) entwickelt. Hierbei brachten sie Luftstickstoff mit Luftsauerstoff in einem Lichtbogen zur Reaktion. Um einen Lichtbogen zu erzeugen musst du zwischen zwei Elektroden in einer Reaktionskugel eine Hochspannung anlegen.


Der Luftstickstoff reagiert dann mit dem Luftsauerstoff zu Stickstoffmonoxid (NO). Dieses Monoxid reagiert danach mit dem noch vorhandenen Sauerstoff weiter zu Stickstoffdioxid ( ). Das Stickstoffdioxid erkennst du dann an der orangebraunen Färbung. 


 Salpetersäure Reaktion zu Stickstoffmonoxid StudySmarter


Stickstoff und Sauerstoff reagieren zu Stickstoffmonoxid


Salpetersäure Reaktion zu Stickstoffdioxid StudySmarter


Stickstoffmonoxid und Sauerstoff reagieren zu Stickstoffdioxid


Im letzten Schritt lässt du das entstehende Stickstoffdioxid mit Wasser reagieren. So bildet sich die Salpetersäure und wie im ersten Schritt Stickstoffmonoxid:


Salpetersäure Reaktion zu Salpetersäure und Stickstoffmonoxid StudySmarter


Stickstoffdioxid mit Wasser reagiert zu Salpetersäure und Stickstoffmonoxid

Dieses Verfahren der Herstellung wird jedoch eher seltener eingesetzt, weil hier sehr viel Strom verbraucht wird.

Heute kommt in der chemischen Industrie stattdessen das Ostwald-Verfahren zum Einsatz. Hierbei wird Salpetersäure durch Oxidation von Ammoniak hergestellt. Erfahre mehr in diesem Artikel zum Thema Ostwald-Verfahren!



Verwendung der Salpetersäure


Wie alle Säuren hat Salpetersäure trotz der ätzenden Wirkung bei hohen Konzentrationen viele Verwendungszwecke:


Verwendung der Salpetersäure als Synthesestoff

Salpetersäure ist ein wichtiges Zwischenprodukt zur Herstellung von Düngemitteln oder Sprengstoffen wie Nitrogylcerin (). Zudem kommt sie bei der Herstellung von Farbstoffen, zum Beispiel Azofarbstoffe, und anderen chemischen Verbindungen, wie Phosphorsäure, in den Einsatz. 


Verwendung der Salpetersäure als Reinigungsmittel und für Metalle


Mit Salpetersäure können Fette wasserlöslich gemacht werden. Somit lassen sich die Fette leicht beseitigen. 

Die Säure kann aber auch zum Polieren von Metallen verwendet werden. Außerdem findet sie Verwendung beim Beizen (Verändern der Oberfläche) und Brennen von Metallen. 


Verwendung der Salpetersäure für Juweliere


Juweliere verwenden die Salpetersäure in verschiedenen Konzentrationen und Kombinationen mit Salzsäure. Diese dienen als Prüfsäure, um den Goldgehalt des Schmuckes herauszufinden. Hierfür überprüfen sie, ob sich ein Abrieb des Schmuckstückes in der Prüfsäure löst. Sie erhöhen immer etwas die Konzentration, bis sich der Abrieb löst - dann liegt der Goldgehalt darunter



Gefahren der Salpetersäure 


Wirkung auf den menschlichen Körper


Die Salpetersäure-Lösung und ihre Dämpfe wirken auf deiner Haut, deinen Augen und Schleimhäuten stark ätzend. Atmest du die Dämpfe ein kann es zu Lungenentzündung und Verätzungen der Lungenbläschen kommen. Kommst du mit der Säure in Hautkontakt, färbt sich diese gelblich in einer Xanthoprotein-Reaktion. Dabei bildet sich ein gelber Nitrofarbstoff:


Salpetersäure, Gelbfärbung der Haut durch Salpetersäure, StudySmarterAbbildung 2: Gelbfärbung der Haut durch Salpetersäure.
Quelle via seilnacht.com



Reaktionen von Salpetersäure


Scheidewasser und Königswasser


Da man mit einer 50%igen Salpetersäure Silber aus Gold herauslösen kann, wurde diese Lösung früher als "Scheidewasser" bezeichnet.


Das "Königswasser" erhältst du, indem du einen Volumenteil konzentrierte Salpetersäure mit drei Volumenanteilen konzentrierter Salzsäure vermischst. Dabei entstehen im Königswasser Chlor und Nitrosylchlorid NOCl:


Salpetersäure Reaktion zu Königswasser Studysmarter


Salpetersäure und Salzsäure reagiert zu Chlor und Nitrosychlorid im Königswasser


Der Name "Königswasser" kommt von der Fähigkeit, edle Metalle wie Gold und Platin aufzulösen. Da diese Lösung aus zwei starken Säuren besteht, wirkt sie ätzend




Die Salze der Salpetersäure

 

Lässt du Salpetersäure mit Metallen reagieren, entstehen die Salze der Salpetersäure, die Nitrate. Diese kommen auch in der Natur vor.


Mit Zink erhältst du Zinknitrat, mit Kupfer dann Kupfer (II) - nitrat. In dieser Reaktion entsteht Stickstoffmonoxid (). Dieses reagiert dann sofort mit der Luft weiter zu rotbraunem Stickstoffdioxid (  ).


Salpetersäure Reaktion von Zink zu Zinknitrat StudySmarter


Zink und Salpetersäure reagieren zu Zinknitrat, Wasser und Stickstoffmonoxid

 


Salpetersäure Reaktion von Kupfer zu Kupfer (II) - nitrat StudySmarter


Kupfer und Salpetersäure reagieren zu Kupfernitrat, Wasser und Stickstoffmonoxid

Benutzt du, für diese Versuche konzentrierte Salpetersäure, lösen sich beide Metalle vollständig in der Säure auf. Gold und Platin dagegen sind beständig. Erst wenn du beispielsweise konzentrierte Salzsäure hinzugibst, kannst du auch dieses lösen. 



Das Wichtigste zur Salpetersäure auf einen Blick!


  • Die Summenformel von Salpetersäure lautet

  • Du unterscheidest zwischen drei verschiedenen Bezeichnungen der Salpetersäure, je nach Konzentration:
  • "Verdünnte Salpetersäure" →  12%ige Salpetersäure in wässriger Lösung
  • "Konzentrierte Salpetersäure" → handelsübliche, etwa 65- 69%ige Lösung der Salpetersäure in Wasser
  • "Rauchende Salpetersäure"→ 100%ige Salpetersäure, ätzend!

  • Salpetersäure kann durch verschiedene Verfahren hergestellt werden:
  • durch Kaliumnitrat und Schwefelsäure
  • durch Luftstickstoff mit Luftsauerstoff im Lichtbogen
  • durch das Ostwald-Verfahren

  • die Säure kommt als Synthesestoff, Reinigungsmittel und zur Goldbestimmung in den Einsatz

  • "Scheidewasser" = 50%igen Salpetersäure kann Silber aus Gold herauslösen
  • "Königswasser" = edle Metalle wie Gold und Platin können aufgelöst werden

  • die Salze der Salpetersäure werden Nitrate genannt



Häufig gestellte Fragen zum Thema Salpetersäure

Salpetersäure findest du in der Natur nur in Form ihrer Salze - der Nitrate

Salpetersäure bildet sich aus den Oxiden des Stickstoffs, Wasser und Sauerstoff. Lässt du das resultierende Stickstoffoxid mit Wasser reagieren, erhältst du Salpetersäure.

Salpetersäure ist erst ab hohen Konzentrationen gefährlich. Bei diesen führt sie jedoch beim Einatmen zu Lungenentzündungen und Verätzungen der Lungenbläschen. Entsteht Hautkontakt, verfärbt sich die Haut gelblich.

Salpetersäure ist eine farblose oder gelbliche, an der Luft rauchende Flüssigkeit. Die 100%ige Lösung ist rötlich rauchend. Die Säure ist in jedem Verhältnis mit Wasser löslich. Rauchende Salpetersäure ist ein sehr starkes Oxidationsmittel und kann Holz oder Stroh spontan entzünden

Finales Salpetersäure Quiz

Frage

Wie werden die Salze der Salpetersäure genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Salze der Salpetersäure werden Nitrate genannt.

Frage anzeigen

Frage

Erkläre kurz, die Fähigkeit des "Scheidewassers".

Antwort anzeigen

Antwort

Da man mit einer 50%igen Salpetersäure Silber aus Gold herauslösen kann, wurde diese Lösung früher als "Scheidewasser" bezeichnet.


Frage anzeigen

Frage

Woraus setzt sich das "Königswasser" zusammen und was kann es?

Verwende Reaktionsgleichungen.

Antwort anzeigen

Antwort

Das "Königswasser" erhältst du, indem man einen Volumenteil konzentrierte Salpetersäure mit drei Volumenanteilen konzentrierter Salzsäure vermischt. Dabei entstehen im Königswasser Chlor und Nitrosylchlorid NOCl:


HNO₃  +  3 HCl → 2 Cl  +  NOCl  +  2 H₂O

Salpetersäure und Salzsäure reagiert zu Chlor, Nitrosychlorid im Königswasser


Der Name "Königswasser" kommt von der Fähigkeit, edle Metalle wie Gold und Platin aufzulösen.

Frage anzeigen

Frage

Wie wird Salzsäure auch genannt?

Antwort anzeigen

Antwort

​Salpetersäure wird auch Scheidewasser genannt. 

Frage anzeigen

Frage

Es gibt drei unterschiedliche Bezeichnungen der Salpetersäure, je nach Konzentration. Welche wären diese?

Antwort anzeigen

Antwort

  • "Verdünnte Salpetersäure" →  12%ige Salpetersäure in wässriger Lösung
  • "Konzentrierte Salpetersäure" → handelsübliche, etwa 65- 69%ige Lösung der Salpetersäure in Wasser
  • "Rauchende Salpetersäure"→ 100%ige Salpetersäure, ätzend!
Frage anzeigen

Frage

Herstellung der Salpetersäure durch Kaliumnitrat und Schwefelsäure


Fülle die Lücken:


Heute wird immer noch auf eine vergangene Herstellungsart zurückgegriffen. Diese Herstellung der Salpetersäure aus 1) ................................... und 2) .....................................  geht auf Johann Rudolph Glauber (1604 - 1670) zurück:


KNO₃ + H₂SO₄ → HNO₃ + KHSO₄


Glauber war auch einer der Ersten, der ein Verfahren zur Darstellung von 3) ........................................... aus Kochsalz und Salpetersäure entwickelte.

Antwort anzeigen

Antwort

1) Schwefelsäure 

2) Kaliumnitrat 

3) Königswasser 


Frage anzeigen

Frage

Erkläre kurz die Herstellung der Salpetersäure durch Luftstickstoff mit Luftsauerstoff im Lichtbogen.

Antwort anzeigen

Antwort

Hierbei wird Luftstickstoff mit Luftsauerstoff in einem Lichtbogen zur Reaktion gebracht. 

Der Luftstickstoff reagiert dann mit dem Luftsauerstoff zu Stickstoffmonoxid (NO). Dieses Monoxid reagiert danach mit dem noch vorhandenen Sauerstoff weiter zu Stickstoffdioxid ( NO₂). Das Stickstoffdioxid erkennt man dann an der orangebraunen Färbung. 


N₂ + O₂ → 2 NO

Stickstoff und Sauerstoff reagieren zu Stickstoffmonoxid


2 NO + O₂ → 2 NO₂

Stickstoffmonoxid und Sauerstoff reagieren zu Stickstoffdioxid


Im letzten Schritt lässt man das entstehende Stickstoffdioxid mit Wasser reagieren. So bildet sich die Salpetersäure und wie im ersten Schritt Stickstoffmonoxid:

3 NO₂ + H₂O → 2 HNO₃ + NO

Stickstoffdioxid mit Wasser reagiert zu Salpetersäure und Stickstoffmonoxid

Frage anzeigen

Frage

Eigenschaften der Salpetersäure:


Antwort anzeigen

Antwort

Geruch: scharf stechender Geruch


Frage anzeigen

Frage

Wofür wird Salpetersäure verwendet? Nenne zwei Anwendungsbereiche.

Antwort anzeigen

Antwort

Als Synthesestoff:

  • Herstellung von Düngemitteln oder Sprengstoffen
  • Herstellung von Farbstoffen
  • Herstellung von chemischen Verbindungen


Als Reinigungsmittel und für Metalle


Für Juweliere


Frage anzeigen

Frage

Erkläre, warum und wie Juweliere Salpetersäure benutzen.

Antwort anzeigen

Antwort

Juweliere verwenden die Salpetersäure in verschiedenen Konzentrationen und Kombinationen mit Salzsäure. Diese dienen als Prüfsäure, um den Goldgehalt des Schmuckes herauszufinden. Hierfür überprüfen sie, ob sich ein Abrieb des Schmuckstückes in der Prüfsäure löst. Sie erhöhen immer etwas die Konzentration, bis sich der Abrieb löst - dann liegt der Goldgehalt darunter


Frage anzeigen

Frage

Lasse Salpetersäure und Zink miteinander reagieren. Schreibe die Reaktionsgleichung auf. Was ist das besondere an der Reaktion?

Antwort anzeigen

Antwort

Mit Zink erhältst du Zinknitrat - ein Salz der Salpetersäure.

In dieser Reaktion entsteht Stickstoffmonoxid (NO). Dieses reagiert dann sofort mit der Luft weiter zu rotbraunem Stickstoffdioxid ( NO₂ ). 


3 Zn  +  8 HNO₃ →  3 Zn (NO₃) ₂  +  4 H₂O  +  2 NO

Zink und Salpetersäure reagieren zu Zinknitrat, Wasser und Stickstoffmonoxid

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Frage

Nenne zwei verschiedene Herstellungsarten von Salpetersäure.

Antwort anzeigen

Antwort

  • durch Kaliumnitrat und Schwefelsäure
  • durch Luftstickstoff mit Luftsauerstoff im Lichtbogen
  • durch das Ostwald-Verfahren
Frage anzeigen

Frage

Nenne zwei verschiedene Herstellungsarten von Salpetersäure.

Antwort anzeigen

Antwort

  • durch Kaliumnitrat und Schwefelsäure
  • durch Luftstickstoff mit Luftsauerstoff im Lichtbogen
  • durch das Ostwald-Verfahren
Frage anzeigen

Frage

Richtig oder Falsch?


Der Name "Königswasser" kommt von der Fähigkeit, edle Metalle wie Gold und Platin aufzulösen. Da diese Lösung aus zwei starken Säuren besteht, wirkt sie ätzend


Antwort anzeigen

Antwort

Richtig

Frage anzeigen

Frage

Richtig oder Falsch?


Die Säure kann zum Polieren von Metallen verwendet werden. Außerdem findet sie Verwendung beim Beizen (Verändern der Oberfläche) und Brennen von Metallen.

Antwort anzeigen

Antwort

Richtig

Frage anzeigen

Frage

Richtig oder Falsch?


Die rauchende Salpetersäure zersetzt sich schon an der Luft oder beim Sieden. Dabei bildet sich das gelbe und stark toxische Stickstoffdioxid, das die Gelbfärbung verursacht:


4 HNO₃  →  4 NO₂  +  2 H₂O  +  O₂  

Antwort anzeigen

Antwort

Falsch, 

Dabei bildet sich das rotbraune und stark toxische, Stickstoffdioxid, das die Orangefärbung verursacht

Frage anzeigen

Frage

Was ist das Ostwald-Verfahren?

Antwort anzeigen

Antwort

Es ist ein Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Salpetersäure durch Ammoniak-Oxidation.

Frage anzeigen

Frage

Was sind die Teilschritte des Ostwald-Verfahrens?

Antwort anzeigen

Antwort

  1. Katalysierte Oxidation von Ammoniak zu Stickstoffmonoxid
  2. Oxidation von Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid 
  3. Umsetzung von Stickstoffdioxid zur Salpetersäure
Frage anzeigen

Frage

Wozu wird die hohe Temperatur im Kontaktofen benötigt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die hohe Reaktionstemperatur ermöglicht die bevorzugte Bildung von Stickstoffmonoxid gegenüber elementarem Stickstoff und Lachgas.

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Frage

Welcher Katalysator wird im Ostwald-Verfahren eingesetzt?

Antwort anzeigen

Antwort

Platin-Rhodium-Netzkatalysator

Frage anzeigen

Frage

Welche Komponenten werden für den Verfahrensprozess benötigt?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Gasmischer 
  • Erhitzer 
  • Kontaktofen mit Platin-Rhodium-Netzkatalysator 
  • Kühlsystem 
  • Oxidationsturm 
  • Rieselturm 
  • Destillationskolonne 
Frage anzeigen

Frage

Wozu braucht man den Netzkatalysator?

Antwort anzeigen

Antwort

Für die Beschleunigung der Oxidation des Ammoniaks und die Priorisierung der Hauptreaktion zu Stickstoffmonoxid

Frage anzeigen

Frage

Wie wird die Salpetersäure konzentriert?

Antwort anzeigen

Antwort

Die 60%ige Salpetersäure aus dem Rieselturm wird in eine Destillationskolonne geleitet und auf 68.5% konzentriert. 

Frage anzeigen

Frage

Warum muss das Stickstoffmonoxid auf weniger als 50°C runtergekühlt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Damit nach der Reaktion zu Stickstoffdioxid dieser nicht wieder in seine Edukte zerfällt.

Frage anzeigen

Frage

Wo kommt das Ammoniak her?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Ammoniak wird durch das Haber-Bosch-Verfahren gewonnen.

Frage anzeigen

Frage

Wieso ist Salpetersäure so wichtig?

Antwort anzeigen

Antwort

Es ist die zweitwichtigste Säure der chemischen Industrie und wird vor allem für die Herstellung von Stickstoffdüngemitteln benötigt. 

Frage anzeigen
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