Nitriersäure

Als Nitriersäure bezeichnet man eine Mischung aus ca. ¹/₃ konzentrierter Salpetersäure (HNO₃) und ca. ²/₃ konzentrierter Schwefelsäure (H₂SO₄).

In dieser Mischung bildet sich dann das stark reaktive Nitrylkation (NO₂⁺).

Herstellung

Konzentrierte Schwefelsäure und konzentrierte Salpetersäure sind sehr stark ätzende und oxidierende Säuren. Schwefelsäure ist zusätzlich noch stark hygroskopisch und bleibt unter Luftzufuhr nicht allzulange konzentriert. Aber gerade der Umstand, dass beide Säuren hochkonzentriert sind, ist wichtig. Das Mischen der Säuren verläuft unter starker Wärmeentwicklung und teilweiser Freisetzung von nitrosen Gasen. Aufgrund ihrer Gefährlichkeit, die eine Reihe von Sicherheitsmaßnahmen erfordert, sollte die Herstellung nur unter dem Abzug durch erfahrenes Personal durchgeführt werden. Konkrete Gefahren sind unter anderem starke Verätzungen an Haut, Augen, Schleimhäuten oder Lunge, tiefe Verbrennungen durch direkten Kontakt mit der Schwefelsäure (vgl. Oleum) oder Folgeschäden beim Entfernen der Säure mit Wasser oder Lauge und des weiteren Verbrennungen durch Wärmeentwicklung bei der Neutralisation.

Die Reihenfolge der Herstellung ist, wie auch beim Verdünnen von Säuren, unbedingt zu beachten.

In das in einem Eisbad (1 l Becherglas mit Eis) befindliche 500 ml Becherglas gibt man zuerst 100 ml konz. Salpetersäure und fügt langsam (tropfenweise mit einer Bürette) 200 ml konz. Schwefelsäure hinzu, wobei sich das Säuregemisch sehr stark erwärmt. Nachdem die Nitriersäure auf höchstens 10° C abgekühlt worden ist, kann sie für weitere Arbeitsschritte, dem Nitrieren organischer Verbindungen, verwendet werden.

Herstellung einer besonders starken Nitriermischung:

100ml Hochkonzentrierte (rauchende) Salpetersäure (90%+) mit 75ml Oleum (rauchende Schwefelsäure: konz. Schwefelsäure mit 15% Schwefeltrioxid) vermischen.

Oleum ist in seiner Reaktivität deutlich heftiger als Schwefelsäure, es zersetzt sogar Plastikgefäße und Neoprenhandschuhe. Zudem kann es nur neutralisiert werden, indem es langsam auf Eis geschüttet wird. Die größte Gefahr geht jedoch vom entweichenden Schwefeltrioxid aus.

Das Hinzufügen, von "zu nitrierenden" Substanzen sollte in kleinen Mengen und vor allem langsam geschehen. Dabei ist zu beachten, dass auch in diesem Schritt eine Wärmentwicklung stattfinden kann und gekühlt werden muss.

Verwendung

Sie dient zur Nitrierung von Verbindungen, d.h. dem Einfügen einer oder mehrerer Nitrogruppe(n) (-NO₂). Beispielsweise wird aus Benzol (C₆H₆) Nitrobenzol (C₆H₅NO₂), aus Toluol Trinitrotoluol, auch Glycerin Glyceroltrinitrat oder aus Cellulose Schießbaumwolle.

Wirkmechanismus

Schwefelsäure ist eine starke Säure, die sogar Salpetersäure protonieren kann:

$H_{2}SO_{4}+HNO_{3}\;{\overrightarrow {\leftarrow }}HSO_{4}^{-}+H_{2}NO_{3}^{+}$

Das H₂NO₃⁺-Ion zerfällt weiter in Wasser und das Nitryl-Kation:

$H_{2}NO_{3}^{+}\;{\overrightarrow {\leftarrow }}H_{2}O+NO_{2}^{+}$

Das NO₂⁺-Ion (Räumlich aufgebaut wie das CO₂-Molekül) ist das eigentliche elektrophile Teilchen, das über den Mechanismus der Elektrophilen Substitution ein Wasserstoffatom aus dem Benzolring ersetzt.