Salpetersäure

Herstellung und Bedeutung

Stefan JovanovicPatrick Götte

von

SalpetersäureHerstellung und Bedeutung

Salpetersäure und deren EigenschaftenGeschichtlichesHerstellungBedeutung / VerwendungQuellen

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)‏

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

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

Ostwaldverfahren

Das geeignetste Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Salpetersäure ist das Ostwaldverfahren

Im Ostwaldverfahren wird mittels 3 Schritten Ammoniak katalytisch zu Salpetersäure verbrannt

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

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

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.