Salpetersäure – einfach erklärt
Salpetersäure $\left( \ce{HNO3} \right)$ ist eine starke, anorganische Sauerstoffsäure des Stickstoffs. Sie ist sehr stabil und kann in Flaschen aufbewahrt werden. Die Konzentrationen $100$, $65$ und $53$ Prozent sind häufig zu finden, aber auch stärker verdünnte Lösungen gibt es zu kaufen. In wässriger Lösung dissoziiert Salpetersäure praktisch vollständig zu Ionen. Die Salze der Salpetersäure werden als Nitrate bezeichnet.
Salpetersäure ist eine starke, anorganische Säure. Sie ist ätzend und brandfördernd. Salpetersäure ist ein wichtiger Grundstoff in der Chemie. Sie wird zur Herstellung vieler wichtiger Chemikalien benötigt, zum Beispiel von Farbstoffen und Düngemitteln.
In der folgenden Abbildung ist die Strukturformel eines Salpetersäuremoleküls dargestellt. Die drei Sauerstoffatome sind direkt an den Stickstoff gebunden. Nur eine der drei Bindungen ist eine Doppelbindung (um die Oktettregel nicht zu verletzen), deshalb erhält eines der Sauerstoffatome eine negative Formalladung und Stickstoff eine positive Formalladung. Wird das gebundene Wasserstoffatom abgegeben, entsteht eine weitere negative Ladung, die nicht mehr ausgeglichen werden kann. So wird aus dem Molekül das Nitrat-Ion $\left( \ce{NO3}^{-} \right)$.
Kennst du das?
Vielleicht hast du schon einmal bemerkt, dass Felder in der Landwirtschaft gedüngt werden, um besonders ertragreich zu sein. Ein wichtiger Bestandteil vieler Düngemittel ist Nitrat, das oft mithilfe von Salpetersäure hergestellt wird. Die Säure hilft also dabei, die nötigen Nährstoffe für die Pflanzen verfügbar zu machen, sodass sie besser wachsen. So zeigt sich die Bedeutung chemischer Prozesse in der Landwirtschaft.
Salpetersäure wird auch Scheidewasser genannt. Formal gesehen ist sie eine Oxosäure, also eine Sauerstoffsäure mit der Säuregruppe –OOH, die über ein zentrales Stickstoffatom verknüpft ist. Das haben wir bereits in der vorangegangenen Abbildung gezeigt. Die Summenformel von Salpetersäure lautet $\ce{HNO3}$.
Eigenschaften der Salpetersäure – Steckbrief
Im folgenden Steckbrief sind die wichtigsten chemischen und physikalischen Eigenschaften der Salpetersäure aufgeführt.
| Steckbrief Salpetersäure |
|
Summenformel
der Salpetersäure |
$\ce{HNO3}$ |
Aggregatzustand
der Salpetersäure |
flüssig (unter Normalbedingungen) |
Farbe
der Salpetersäure |
farblos |
Geruch
der Salpetersäure |
unangenehm |
Löslichkeit in Wasser
von Salpetersäure |
in jedem Verhältnis mischbar |
Schmelztemperatur
der Salpetersäure |
$\pu{- 42 °C}$ |
Siedetemperatur
der Salpetersäure |
$\pu{83 °C}$ |
Molare Masse
der Salpetersäure |
$63{,}01\,\frac{\text{g}}{\text{mol}}$ |
Dichte $\rho$
der Salpetersäure |
$1{,}5\,\frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ |
Vorkommen von Salpetersäure
In der Natur kommt Salpetersäure in reiner Form nicht vor. Einige Salze der Salpetersäure, verschiedene Nitrate, sind allerdings sehr wohl im Boden zu finden. Darüber hinaus spielt Salpetersäure bei den Folgen der Luftverschmutzung eine Rolle.
Saurer Regen bildet sich durch chemische Reaktionen, bei denen sich Schwefeloxide und Stickoxide mit Wasser aus der Luft verbinden. Dabei entsteht Schwefel- und Salpetersäure.
Herstellung von Salpetersäure
Salpetersäure kann durch verschiedene chemische Verfahren hergestellt werden, von denen wir uns drei genauer ansehen.
Ostwald-Verfahren
In der Industrie wird Salpetersäure nach dem sogenannten Ostwaldverfahren hergestellt. Dabei laufen nacheinander drei Reaktionsschritte ab:
| Reaktionsschritte |
Chemische Reaktion |
| 1. Oxidation von Ammoniak $\left( \ce{NH3} \right)$ |
$\ce{4NH3 + 5O2 \rightarrow 4NO + 6 H2O}$ |
2. Stickstoffmonoxid $\left( \ce{NO} \right)$ reagiert mit
Sauerstoff $\left( \ce{O2} \right)$ zu Stickstoffdioxid $\left( \ce{NO2} \right)$ |
$\ce{2NO + O2 \rightarrow 2NO2}$ |
3. Stickstoffdioxid $\left( \ce{NO2} \right)$ reagiert mit Wasser $\left( \ce{H2O} \right)$
und Sauerstoff $\left( \ce{O2} \right)$ zu Salpetersäure $\left( \ce{HNO3} \right)$ |
$\ce{4NO2 + 2 H2O + O2 \rightarrow 4 HNO3}$ |
Im Grunde wird also Salpetersäure aus Ammoniak und Wasser hergestellt, wobei zwei Zwischenschritte über Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid notwendig sind.
Im vollständigen Prozess gibt es noch weitere Teilreaktionen, die wir allerdings zur Vereinfachung weggelassen haben.
Herstellung aus Kaliumnitrat und Schwefelsäure
In kleineren Mengen kann Salpetersäure auch aus der Reaktion des Salzes Kaliumnitrat $\left( \ce{KNO3} \right)$ mit Schwefelsäure $\left( \ce{H2SO4} \right)$ gewonnen werden. Dabei entsteht Kaliumhydrogensulfat $\left( \ce{KHSO4} \right)$ als Nebenprodukt:
$\ce{KNO3 + H2SO4 -> HNO3 + KHSO4}$
Auf diese Weise wurde bereits im $17.$ Jahrhundert von dem berühmten Alchemisten Johann Rudolf Glauber $(1604 - 1670)$ Salpetersäure hergestellt.
Herstellung durch Lichtbogenverfahren
Ein Lichtbogen ist eine starke elektrische Entladung, die über ein Gas, genauer gesagt durch die Bildung einen leitfähigen Plasmas, stattfindet. Dabei wird sehr viel Energie frei. Durch diese Energiezufuhr können Stickstoff und Sauerstoff direkt in der Luft miteinander reagieren. Das dabei entstehende Stickstoffmonoxid reagiert weiter zu Stickstoffdioxid, welches wiederum mit Wasser zu Salpetersäure reagieren kann. Ähnlich wie beim Ostwaldverfahren handelt es sich also wieder um eine Reaktion in drei Schritten:
| Reaktionsschritte |
Chemische Reaktion |
| 1. Reaktion von Stickstoff $\left( \ce{N2} \right)$ und Sauerstoff $\left( \ce{O2} \right)$ |
$\ce{N2 + O2 \rightarrow 2NO}$ |
2. Stickstoffmonoxid $\left( \ce{NO} \right)$ reagiert mit
Sauerstoff $\left( \ce{O2} \right)$ zu Stickstoffdioxid $\left( \ce{NO2} \right)$ |
$\ce{2NO + O2 \rightarrow 2NO2}$ |
3. Stickstoffdioxid $\left( \ce{NO2} \right)$ reagiert mit Wasser $\left( \ce{H2O} \right)$
und Sauerstoff $\left( \ce{O2} \right)$ zu Salpetersäure $\left( \ce{HNO3} \right)$ |
$\ce{4NO2 + 2 H2O + O2 \rightarrow 4 HNO3}$ |
Hier wird zwar kein Ammoniak $\left( \ce{NH3} \right)$ benötigt, trotzdem wird aufgrund des hohen Energiebedarfs des Verfahrens heutzutage im industriellen Maßstab das Ostwaldverfahren bevorzugt.
Verwendung der Salpetersäure
Salpetersäure ist ein sehr wichtiger Grundstoff in der chemischen Industrie, der zur Herstellung vieler Stoffe benötigt wird. Das Verfahren der Nitrierung wird bei der Herstellung von Farbstoffen, Heilmitteln und Desinfektionsmitteln eingesetzt. Die Salze der Salpetersäure werden zum Beispiel für Dünger und für die Herstellung von Sprengstoffen genutzt.
Salpetersäure und Stickstoffdünger
Das Element Stickstoff spielt auch in der organischen Chemie eine wichtige Rolle. Es ist beispielsweise ein elementarer Bestandteil von Proteinen. Pflanzen nehmen Stickstoff über Nitratsalze im Boden auf. Diese können auch als Dünger zugeführt werden. Stickstoffdünger enthalten Stickstoff in gebundener Form. Ein typisches Beispiel ist Ammoniumnitrat $\left( \ce{NH4NO3} \right)$, das durch die Reaktion von Salpetersäure mit Ammoniak hergestellt werden kann:
$\ce{NH3 + HNO3 -> NH4NO3}$
Ammoniumnitrat dissoziiert in Wasser zu einem Ammonium-Ion und einem Nitrat-Ion:
$\ce{NH4NO3 \rightleftharpoons NH4^{+} + NO3^{-}}$
Salpetersäure und Sprengstoffe
Zur Herstellung des bekannten Sprengstoffs Nitrogylcerin, auch Glycerinnitrat oder Trisalpetersäureester genannt, wird Glycerin mit Salpetersäure verestert. Die Reaktionsgleichung ist in der folgenden Abbildung mit Strukturformeln dargestellt.
Auch Schwefelsäure $\left( \ce{H2SO4} \right)$ ist an der Reaktion beteiligt und es entsteht Wasser $\left( \ce{H2O} \right)$ als Nebenprodukt.
Salpetersäure und Salzsäure – Königswasser
Salpetersäure ist eine starke Säure und ein starkes Oxidationsmittel. Ein Gemisch aus konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter, ebenfalls sehr starker, Salzsäure wird Königswasser genannt. Dieser Name wurde schon im Mittelalter verwendet und beruht auf der Eigenschaft des Königswassers, sogar sehr edle Metalle wie Gold und Platin zersetzen zu können. Gold wird durch Königswasser oxidiert und löst sich in diesem. Für die Alchemisten, die viel mit Gold experimentierten, war dies von ganz besonderer Bedeutung. Aber auch heutzutage wird Königswasser noch von Juwelieren verwendet, um den Goldgehalt von Schmuck zu prüfen.
Königswasser ist die einzige Säure, welche Gold auflösen kann. Sie besteht aus einem Gemisch von konzentrierter Salzsäure und konzentrierter Salpetersäure.
Reaktionen der Salpetersäure
In diesem Abschnitt werden einige der wichtigsten Reaktionen der Salpetersäure beschrieben.
Dissoziation in Wasser
Wie alle Säuren dissoziiert Salpetersäure in wässriger Lösung, d. h. die Säure spaltet sich in ihre ionischen Bestandteile auf. In Wasser dissoziiert Salpetersäure vereinfacht gesehen zu positiv geladenen Wasserstoff-Ionen und negativ geladenen Nitrat-Ionen:
$\ce{HNO3 \rightleftharpoons H^{+} +NO3^{-}}$
Genauer betrachtet findet eine Reaktion mit Wasser statt und es entsteht ein Oxonium-Ion (auch Hydronium-Ion genannt):
$\ce{HNO3 + H2O \rightleftharpoons H3O^{+} +NO3^{-}}$
Salpetersäure ist eine starke Säure, es findet also eine vollständige Dissoziation statt. Das heißt, der Schwerpunkt der Gleichgewichtsreaktion der Dissoziation liegt vollständig auf der rechten Seite der Reaktion. Praktisch alle Säuremoleküle dissoziieren und geben Protonen ab bzw. bilden damit Oxonium-Ionen.
Neutralisation von Basen
Bei einer Neutralisationsreaktion von Säuren und Basen entstehen Salze. Bei der Reaktion mit Salpetersäure werden diese Nitrate genannt. Reagiert zum Beispiel Salpetersäure mit Natronlauge $\left( \ce{NaOH} \right)$, bildet sich das Salz Natriumnitrat $\left( \ce{NaNO3} \right)$:
$\ce{NaOH + HNO3 \rightarrow NaNO3 + H2O}$
Salpetersäure wirkt oxidierend. Sie kann sogar edle Metalle wie Kupfer oxidieren und reagiert dabei zu Kupfernitrat $\left( \ce{Cu(NO3)2} \right)$. Als Nebenprodukte entstehen Wasser $\left( \ce{H2O} \right)$ und Stickstoffmonoxid $\left( \ce{NO} \right)$.
$\ce{8 HNO3 + 3Cu \rightarrow 3 Cu(NO3)2 + 4H2O + 2NO}$
Auch unedle Metalle wie Eisen können durch verdünnte Salpetersäure oxidiert werden. In diesem Fall entsteht Eisen(II)-nitrat $\left( \ce{Fe(NO3)2} \right)$ und als Nebenprodukt Wasserstoff $\left( \ce{H2} \right)$.
$\ce{Fe + 2HNO3 \rightarrow Fe(NO3)2 + H2}$
Rauchende Salpetersäure
Salpetersäure kann in verschiedenen Konzentrationen mit Wasser vermischt werden. Reine, also $100\,\%$-ige Salpetersäure wird rauchende Salpetersäure genannt, da sie sich an der Luft teilweise zersetzt, wodurch neben Wasser und Sauerstoff auch Stickstoffdioxid $\left( \ce{NO2} \right)$ gebildet wird, das abdampft.
$\ce{4 HNO3 \rightarrow 4 NO2 + 2 H2O + O2}$
Stickstoffdioxid ist zwar kein Rauch im eigentlichen Sinne, aber ein rötlich-braunes, sehr giftiges Gas. Wenn sich ein Teil davon wieder in der Säure löst, bekommt auch diese ein rötlich-braune Färbung.
Scheidewasser
Scheidewasser ist eine andere Bezeichnung für Salpetersäure. Sie kommt daher, dass konzentrierte Salpetersäure das Element Silber löst und daher verwendet werden kann, um Gold und Silber zu scheiden, also voneinander zu trennen.
Königswasser
Wie bereits erwähnt, ist Königswasser eine Mischung aus konzentrierter Salpetersäure und konzentrierter Salzsäure. Als solche kann sie sogar die edelsten Metalle, Gold und Platin, oxidieren. Die Reaktion, bei der elementares Gold $\left( \ce{Au
} \right)$ zersetzt wird und die Verbindung Tetrachlorogoldsäure $\left( \ce{HAuCl4} \right)$ entsteht, läuft in zwei Schritten ab.
Zuerst reagieren Salpetersäure und Salzsäure und bilden Nitrosylchlorid $\left( \ce{NOCl} \right)$ und sogenanntes naszierendes Chlor $\left( \ce{Cl} \right)$:
$\ce{HNO3 + 3 HCl \rightarrow NOCl + 2 Cl_\text{nasc.} + 2 H2O}$
Beide Stoffe sind sehr reaktiv und reagieren weiter mit Gold und Salpetersäure zu Tetrachlorogoldsäure und Stickstoffdioxid $\left( \ce{NO2} \right)$:
$\ce{2 Au + 2 NOCl + 6 Cl_\text{nasc.} + 2 HNO3 \rightarrow 2 HAuCl4 + 4 NO2}$
Nachweis von Salpetersäure
Mithilfe der Ringprobe und Lunges Reagenz können Nitrat-Ionen und somit Salpetersäure im Labor nachgewiesen werden.
Nitrate – Salze der Salpetersäure
Wenn Salpetersäure mit einer Lauge bzw. Base reagiert, wie bei der Neutralisation gezeigt, entstehen spezielle Salze – sogenannte Nitrate. Auch bei Reaktionen mit Metallen, wie bei der Oxidation von Metallen gezeigt, entstehen solche Nitrate. Nitrate sind Ionenverbindungen in denen das einfach negativ geladene Nitrat-Ion $\left( \ce{NO3}^{-} \right)$ an ein Metall-Kation gebunden ist. Je nach Ladung des Metall-Ions können auch mehrere Nitrat-Ionen gebunden sein, wie das beispielsweise bei Kupfernitrat $\left( \ce{Cu(NO3)2} \right)$ der Fall ist. Eine Besonderheit stellt Ammoniumnitrat $\left( \ce{NH4NO3} \right)$ dar: Auch diese Verbindung ist ein Salz, obwohl das Ammonium-Kation $\left( \ce{NH4}^{+} \right)$ kein Metall-Ion ist. Bis auf wenige Ausnahmen sind alle Nitrat-Salze gut wasserlöslich. Die Ionen liegen in wässriger Lösung in dissoziierter Form vor. Das Nitrat-Ion ist weitgehend ungiftig, ist ein wichtiger Nährstoff für Pflanzen und spielt deshalb in Düngemitteln eine große Rolle.
Wusstest du schon?
Die Salze der Salpetersäure werden auch in Feuerwerkskörpern verwendet. Das bunte Leuchten, das du an Silvester oder bei Festen am Himmel siehst, entsteht durch chemische Reaktionen, bei denen oft Nitratsalze eine Rolle spielen. Diese Chemikalien helfen dabei, die Energie freizusetzen, die für die farbenfrohen Explosionen nötig ist. Also, das nächste Feuerwerk verdankst du auch ein bisschen der Chemie!
Salpetersäure – Gefahren
Salpetersäure wird als gefährlicher Stoff eingestuft. Bei Kontakt kann Salpetersäure schwere Verätzungen der Haut sowie schwere Augenschäden verursachen. Beim Einatmen der Stickoxid-Dämpfe wirkt sie giftig und gegenüber Metallen kann die Salpetersäure korrosiv bzw. korrodierend sein.
Beim Arbeiten mit Salpetersäure ist deshalb wichtig, dass gewisse Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden.
Signalwort: Gefahr
Diese Gefahrstoffhinweise treffen umso mehr zu, je höher die Konzentration einer wässrigen Salpetersäurelösung ist. Konzentrierte Salpetersäure ist um ein Vielfaches gefährlicher als stark verdünnte Salpetersäure.
Salpetersäure – Sicherheitshinweise
| Nummer |
Bedeutung |
| Gefahrenhinweise |
|
| H272 |
Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel. |
| H314 |
Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. |
| H331 |
Giftig bei Einatmen. |
| H400 |
Sehr giftig für Wasserorganismen. |
| H411 |
Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. |
| Sicherheitshinweise |
|
| P271 |
Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. |
| P210 |
Von Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. |
| P280 |
Schutzhandschuhe/-kleidung und Augen-/Gesichtsschutz tragen. |
| P309+310 |
Bei Exposition oder Unwohlsein: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. |
| P304+340 |
Bei Einatmen: An die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert. |
| P301+330+331 |
Bei Verschlucken: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. |
| R-Sätze |
|
| R35 |
Verursacht schwere Verätzungen |
| S-Sätze |
|
| S23 |
Gas/Rauch/Dampf/Aerosol nicht einatmen (geeignete Bezeichnung(en) vom Hersteller anzugeben). |
| S26 |
Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren. |
| S36/37/39 |
Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen. |
| S45 |
Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt zuziehen (wenn möglich, Sicherheitsdatenblatt oder Etikett vorzeigen). |
Ausblick – das lernst du nach Salpetersäure
Erkunde die beeindruckende Welt der Säuren und Basen! Das Verständnis der Dissoziation von Säuren und der Bildung von Salzen führen dich tiefer in die Chemie ein. Freue dich auf spannende Experimente und überraschende Einblicke in die faszinierende Welt der Moleküle und Reaktionen!
Zusammenfassung der Salpetersäure
- Salpetersäure hat die chemische Summenformel $\ce{HNO3}$. Sie ist eine Sauerstoffsäure des Stickstoffs und wird auch Scheidewasser genannt.
- Salpetersäure ist eine starke Säure und ein starkes Oxidationsmittel. Sie zählt zu den wichtigsten anorganischen Säuren.
- Salpetersäure ist ein wichtiger Grundstoff in der chemischen Industrie. Sie wird zur Herstellung unzähliger Chemikalien verwendet. Vor allem die Salze der Salpetersäure, die Nitrate, spielen eine sehr große Rolle, insbesondere in Düngemitteln.
- Industriell hergestellt wird Salpetersäure mithilfe des Ostwaldverfahrens aus Ammoniak und Wasser.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Salpetersäure
Salpetersäure ist eine anorganische Sauerstoffsäure des Stickstoffs. Ihre Summenformel lautet $\ce{HNO3}$. Salpetersäure ist ein stark ätzender, gefährlicher Stoff.
Wie entsteht Salpetersäure?
Salpetersäure $\left( \ce{HNO3} \right)$ entsteht am einfachsten durch die Reaktion verschiedener Stickoxide mit Wasser und Sauerstoff. In der Natur finden diese Prozesse allerdings kaum statt und deshalb kommt Salpetersäure in reiner Form nicht in der Natur vor. Im industriellen Maßstab wird Salpetersäure mit dem sogenannten Ostwaldverfahren hergestellt, wobei Ammoniak $\left( \ce{NH3} \right)$ als Ausgangsstoff dient.
Wie gefährlich ist Salpetersäure?
Salpetersäure wird als gefährlicher Stoff eingestuft. Bei Kontakt kann es zu schweren Verätzungen der Haut sowie schweren Augenschäden kommen. Auch die Dämpfe, also die Stickoxide, die von konzentrierter Salpetersäure abdampfen, sind giftig. Viele Metalle und andere Stoffe können außerdem durch Salpetersäure oxidiert und damit zersetzt werden.
Warum ist Salpetersäure stärker als salpetrige Säure?
Salpetrige Säure $\left( \ce{HNO2} \right)$ ist viel instabiler als Salpetersäure. Die salpetrige Säure lässt sich beispielsweise nicht als Reinstoff isolieren, da sie bei Erwärmung zu Salpetersäure und Stickstoffmonoxid $\left( \ce{NO} \right)$ zerfällt. Chemisch gesehen ist salpetrige Säure eine schwächere Säure als Salpetersäure, da auch ihre konjugierte Base, also das Nitrit-Ion $\left( \ce{NO2}^{-} \right)$ weniger stabil ist als die konjugierte Base der Salpetersäure, das Nitrat-Ion $\left( \ce{NO3}^{-} \right)$. Während Salpetersäure als starke Säure vollständig dissoziiert und die Nitrat-Ionen in wässriger Lösung stabil sind, klappt das bei der salpetrigen Säure nur in begrenztem Maße.
Für was wird Salpetersäure verwendet?
Salpetersäure wird in Form ihrer Salze beispielsweise in der Düngerproduktion und bei der Herstellung von Sprengstoffen eingesetzt. Außerdem wird die Nitrierung zur Herstellung von Heilmitteln, Farbstoffen und Desinfektionsmitteln genutzt. Salpetersäure ist einer der wichtigsten Grundstoffe in der chemischen Industrie, der zu Herstellung vieler verschiedener Chemikalien benötigt wird.
Wie reagiert Salpetersäure mit Wasser?
Da Salpetersäure als Reinstoff unter Normalbedingungen flüssig ist, kann man nicht davon sprechen, dass sie sich in Wasser löst, sondern eher, dass sie mit Wasser mischbar ist. Trotzdem nennt man ein Gemisch aus Salpetersäure und Wasser eine wässrige Lösung, da die Säure mit Wasser reagiert und dissoziiert. Die Dissoziation von Salpetersäure führt zur Bildung eines Oxonium-Ions (auch: Hydronium-Ion). Außerdem bleibt ein Säurerest, das Nitrat-Ion $\left( \ce{NO3}^{-} \right)$, übrig:
$\ce{HNO3 + H2O \rightleftharpoons H3O^{+} +NO3^{-}}$
Salpetersäure dissoziiert vollständig, ist also eine starke Säure. Das Nitrat-Ion ist in wässriger Lösung stabil.
Ist Salpetersäure ätzend?
Ja, Salpetersäure wirkt auf die Haut, die Atemwege und die Schleimhäute ätzend. Salpetersäure gilt als gefährlicher Stoff. Auch gegenüber anorganischen Stoffen, beispielsweise vielen Metallen, wirkt Salpetersäure ätzend – wobei man hier eher von einer oxidierenden oder korrodierenden Wirkung spricht.
Was macht Salpetersäure mit der Haut?
Salpetersäure führt bei Kontakt zu starken Verätzungen auf der Haut. Diese können sehr schmerzhaft sein und zu Vernarbungen führen. Sie sind an einer charakteristischen Gelbfärbung der betroffenen Stelle auf der Haut gut zu erkennen.
Ist Salpetersäure krebserregend?
Salpetersäure kann durch ein chemische Reaktion mit DNA die Erbsubstanz verändern und kann in diesem Sinne als krebserregend eingestuft werden.
Wo kommt Salpetersäure vor?
Salpetersäure kommt dort vor, wo sie von Menschen gezielt hergestellt und verwendet wird – in der chemischen Industrie, in Chemielaboren und in Metallverarbeitungsbetrieben.
Was passiert, wenn man Salpetersäure einatmet?
Da Salpetersäure eine Flüssigkeit ist, ist es relativ schwierig, diese einzuatmen. Würde man sie verschlucken, wären allerdings schwere innere Verätzungen zu befürchten. Die Dämpfe, die von konzentrierter Salpetersäure abdampfen, sind Stickoxide, hauptsächlich Stickstoffdioxid. Diese Dämpfe sind in der Tat ebenfalls ätzend und giftig und können zu Reizungen und Entzündungen der Atemwege führen.
Welche Ionen liegen in einer Salpetersäure-Lösung vor?
In einer wässrigen Lösung dissoziiert ein Salpetersäuremolekül zu einem positiv geladenen Wasserstoff-Ion $\left( \ce{H}^{+} \right)$ und einem negativ geladenen Nitrat-Ion $\left( \ce{NO3}^{-} \right)$. Wasserstoff-Ionen können allerdings nicht einzeln vorliegen, deshalb wird mit einem Wassermolekül ein positiv geladenes Oxonium-Ion $\left( \ce{H3O}^{+} \right)$ gebildet. So ergibt sich folgende Dissoziationsreaktion:
$\ce{HNO3 + H2O \rightleftharpoons H3O^{+} +NO3^{-}}$
Was bewirkt Salpetersäure?
Chemisch gesehen ist Salpetersäure durch die Abgabe eines Protons sehr reaktiv und hat als starke Säure eine ätzende, oxidierende und korrodierende Wirkung auf andere Stoffe und organisches Gewebe. Diese Wirkung kann im Allgemeinen als zersetzend beschrieben werden. Chemisch gesehen werden die Ausgangsstoffe zersetzt und es werden neue Stoffe gebildet, darunter in der Regel ein Nitrat-Salz.
Was ist konzentrierte Salpetersäure?
Konzentrierte Salpetersäure ist ein Gemisch aus Wasser und Salpetersäure, also eine wässrige Lösung, bei der der Massenanteil der Salpetersäure über einem gewissen Schwellenwert liegt. Üblicherweise spricht man ab einem Säureanteil von $69\,\%$ von konzentrierter Salpetersäure.
Was passiert, wenn man Ethanol mit Salpetersäure mischt?
Salpetersäure und Ethanol sind gut mischbar. Ab einer bestimmten Konzentration von Salpetersäure findet eine exotherme Reaktion zwischen beiden Stoffen statt, bei der Ethylnitrat $\left( \ce{C2H5NO3} \right)$ gebildet wird. Diese Verbindung ist der Salpetersäureester des Ethanols und ebenfalls flüssig unter Normalbedingungen.
Welche Eigenschaften hat Salpetersäure?
Salpetersäure ist eine starke anorganische Säure, die unter Normalbedingungen flüssig und in beliebigem Verhältnis mit Wasser mischbar ist. Sie ist ein farbloser, unangenehm riechender Stoff mit einer etwas höheren Dichte als Wasser. Chemisch besonders interessant ist natürlich die ätzende, oxidierende und korrodierende Wirkung der Salpetersäure in Verbindung mit anderen Stoffen.
Was ist eine rauchende Salpetersäure?
Als rauchende Salpetersäure wird reine, also $100\,\%$-ige Salpetersäure bezeichnet, da diese in größeren Mengen Stickstoffdioxid $\left( \ce{NO2} \right)$ abdampft. Stickstoffdioxid ist ein rötlich-braunes Gas und damit deutlich sichtbar, auch wenn es sich streng genommen um Dampf und nicht um Rauch handelt. Durch in der Säure gelöstes Stickstoffdioxid erhält auch die Flüssigkeit bei Kontakt mit Luft eine rötlich-braune Färbung. Manchmal wird auch wässrige Salpetersäure ab einer Konzentration von $85\,\%$ schon als rauchende Salpetersäure bezeichnet.
Was sind die Gefahren der Salpetersäure?
Salpetersäure wird als gefährlicher Stoff eingestuft und insbesondere durch die Gefahrstoffhinweise ätzend und brandfördernd gekennzeichnet. Denn Salpetersäure wirkt stark ätzend, oxidierend und korrodierend. Demnach sollte besonders der Kontakt über die Haut unbedingt vermieden werden, aber auch die von der Säure abgedampften Stickoxide sind ätzend und giftig und sollten nicht eingeatmet werden. Außerdem können auch anorganische Stoffe wie Metalle durch Salpetersäure zersetzt werden und es kann zu stark exothermen und damit im wahrsten Sinne des Wortes brandgefährlichen Reaktionen kommen.
Warum wird die Herstellung mittels Lichtbogen kaum noch genutzt?
Wie viele andere Lichtbogenverfahren ist auch die Herstellung von Salpetersäure über Lichtbogen äußerst energieintensiv. Da es mit dem Ostwaldverfahren eine zwar komplizierte, aber doch weniger energieintensive Alternative gibt, die vor allem auch im industriellen Maßstab sehr zuverlässig funktioniert, ist das Lichtbogenverfahren im Vergleich dazu schlicht nicht wirtschaftlich genug, d. h. es lohnt sich nicht.
Was ist das Ostwald-Verfahren?
Das Ostwaldverfahren ist ein chemischer Prozess zur Herstellung von Salpetersäure, das auf den Chemiker Wilhelm Ostwald zurückgeht, der dafür im Jahr 1902 ein Patent angemeldet hat. Der Prozess findet in drei Reaktionsschritten statt.
Was sind die Teilschritte des Ostwald-Verfahrens?
Das Ostwaldverfahren setzt sich aus drei Teilschritten zusammen. Den ersten Schritt stellt die Oxidation von Ammoniak dar:
1.: $\ce{N2 + O2 \rightarrow 2NO}$
Das dabei entstehende Stickstoffmonoxid reagiert im zweiten Schritt weiter zu Stickstoffdioxid:
2.: $\ce{2NO + O2 \rightarrow 2NO2}$
Erst im dritten Schritt wird Salpetersäure gebildet. Vereinfacht gesehen entsteht diese aus der Reaktion von Stickstoffdioxid mit Wasser und Sauerstoff:
$\ce{4 NO2 + 2 H2O + O2 \rightarrow 4 HNO3}$
In manchen ausführlicheren Darstellungen wird oft noch auf die Bildung des Zwischenprodukts Distickstofftetraoxid $\left( \ce{N2O4} \right)$ eingegangen, das ebenfalls mit Wasser und Sauerstoff zu Salpetersäure reagiert.
Wie wird die Salpetersäure konzentriert?
Beim Ostwaldverfahren entsteht wässrige Salpetersäure mit einer Konzentration von ca. $60\,\%$, also $600\,\frac{\text{g}}{\ell}$. Diese Konzentration wird durch Destillation auf bis zu $69\,\%$ erhöht, was bereits konzentrierter Salpetersäure entspricht. Eine noch höhere Konzentration kann nur durch spezielle, komplizierte Verfahren erreicht werden, beispielsweise die Gegenstromdehydratisierung. Im Labormaßstab kann hochkonzentrierte, rauchende Salpetersäure durch eine Reaktion von konzentrierter Schwefelsäure mit Alkalinitraten hergestellt werden. Ein Beispiel stellt die folgende Reaktion mit Natriumnitrat $\left( \ce{NaNO3} \right)$ dar:
$\ce{2 NaNO3 + 2 H2SO4 -> 2 NaHSO4 + 2 HNO3}$
Wieso ist Salpetersäure so wichtig?
Salpetersäure ist eine der wichtigsten anorganischen Säuren und ein Grundstoff in der chemischen Industrie. Nicht nur im Labor finden viele Reaktionen nur durch die Beteiligung von Salpetersäure statt, auch im industriellen Maßstab ist die Herstellung vieler chemischer Produkte wie Düngemittel, Farbstoffe oder auch Lebensmittelzusatzstoffe ohne Salpetersäure kaum denkbar. Salpetersäure bildet viele wichtige Salze, die Nitrate, deren Anwendungsbereich riesig ist.
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