Salpetersäure


Formeln



HNO3







Herstellung


Der dänische Chemiker Kristian Birkeland entwickelte im Jahr 1903 ein Verfahren zur Herstellung von Stickstoffmonoxid (NO) im elektrischen Lichtbogen aus dem Stickstoff und dem Sauerstoff der Luft:

Schritte 1:
N_2 (g) + O_2 (g) \ \rightarrow \ 2 \ NO (g)


Schritt 2:
Das entstandene Stickstoffmonoxid reagiert weiter mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid (SO2):
2 \ NO (g) + O_2 (g) \ \rightarrow \ 2 \ NO_2 (g)


Schritt 3:
Stickstoffdioxid zeigt übrigens eine orange-braune Farbe. Wird dieses Gas, also das Stickstoffdioxid in Wasser eingeleitet, entstehen Salpetersäure und Stickstoffstoffmonoxid.
3 \ NO (g) + 2 \ H_2O (l) \ \rightarrow \ 2 \ HNO_3 (aq) + NO (aq)


Für das von Birkeland entwickelte Verfahren wird sehr viel elektrische Energie benötigt. Daher wendet man heutzutage hauptsächlich ein Verfahren an, das von Wilhelm Ostwald entwickelt worden ist (Ostwald-Verfahren). Auch hierbei werden zunächst Stickstoffmonoxid und Schwefeldioxid hergestellt. Stickstoffmonoxid wird über die Reaktion von Ammoniak (NH3) mit Sauerstoff gebildet:

Schritt 1:
4 \ NH_3 (g) + 5 \ O_2 (g) \ \rightarrow \ 4 \ NO (g) + 6 \ H_2O


Schritt 2:
2 \ NO (g) + O_2 (g) \ \rightarrow \ 2 \ NO_2 (g)

Schritt 3:
3 \ NO (g) + 2 \ H_2O (l) \ \rightarrow \ 2 \ HNO_3 (aq) + NO (aq)





Eigenschaften


  • farblose Flüssigkeit
  • Dichte der 100 %-igen Säure 1,51 g/cm3
  • mit Wasser unbegrenz mischbare
  • an der Luft rauchend
4 \ HNO_3 \ \rightarrow \ 4 \ NO_2 + O_2 + 2 \ H_2O




Reaktionen


Wird konzentrierte Salpetersäure zu einer Aminosäure gegeben, die einen aromatischen Ring besitzt, gegeben, kommt es zu einer Gelbfärbung (Xanthoproteinreaktion). Das funktioniert sehr gut mit einem hart gekochten und geschälten Ei, allerdings auch mit der menschlichen Haut.





In wässriger Lösung liegt Salpetersäure weitgehend dissoziiert vor, also in Form der Nitrationen und der Oxoniumionen:
HNO_3 + H_2O \ \rightleftharpoons \ NO_3^- + H_3O^+


Bei der Reaktion der Salpetersäure mit Metallen entsteht neben dem Metallnitrat und Wasser auch Stickstoffdioxid:
Cu (s) + HNO_3 (aq) \ \rightarrow \ Cu(NO_3)_2 + H_2O (l) + NO_2


Das klappt mit fast allen Metallen. Eine wichtige Ausnahme spielt hierbei Gold (und auch Platin), das keine Reaktion mit Salpetersäure eingeht. Allerdings gibt es hierbei einen Trick, man mischt drei Teile Salzsäure mit einem Teil Salpetersäure und erhält das so genannte Königswasser (Aqua regis).


Exkurs: Königswasser

3 \ HCl + HNO_3 \ \rightarrow \ NOCl + 2 Cl \ (nasc.) + 2 H_2O


Das Kürzel nasc. hinter Chlor steht hier für in nascendi, also in der Entstehung begriffen. Man kann sich das vereinfacht so vorstellen, dass das Chlor nicht nicht molekular vorliegt sondern atomar. In diesem Zustand ist es besonders reaktionsfreudig. NOCl steht für die chemische Verbindung Nitrosylchlorid.

2 \ Au + 2 \ NOCl + 3 \ Cl_2 + 2 \ HNO_3 \ \rightarrow \ 2 \ HAuCl_4 + 4\ NO_2

Die entstehehende Goldverbindung heißt Tetrachloridogoldsäure.






Verwendung


  • Düngemittelherstellung (Nitratdünger)
  • Ausgangsstoff für die Herstellung des Sprengstoffs TNT (Trinitrotoluol)
  • Kaliumnitrat (das Kaliumsalz der Salpetersäure) ist neben Holzkohle und Schwefel ein Ausgangsstoff für die Herstellung von Schwarzpulver




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