Salpetersäure

Strukturformel

Allgemeines
Name	Salpetersäure
Summenformel	HNO₃
Andere Namen	Scheidewasser
Kurzbeschreibung	farblos (rein), hellgelb bis rötliche Flüssigkeit (je nach gelöstem Stickoxid)
CAS-Nummer	7697-37-2
Sicherheitshinweise
Datei:Gefahrensymbol C.png Ätzend
R- und S-Sätze	R: 35 S: 23.2-26-36-45
MAK	2 ml/m³
LD₅₀ (Mensch)	430 mg/kg
Physikalische Eigenschaften
Aggregatzustand	flüssig
Farbe	farblos (rein), hellgelb bis rötliche Flüssigkeit (je nach gelöstem Stickoxid)
Dichte	1,513 g/cm³ (100%ig)
Molmasse	63 g/mol
Schmelzpunkt	42 °C (100%ig)
Siedepunkt	68 °C (100%ig); 122 °C (68%ig, Azeotrop)
Dampfdruck	56 hPa(20°, 100%ig); 9,4 hPa (20°C, 68%ig)
Weitere Eigenschaften
Löslichkeit	mit Wasser in jedem Verhältnis löslich
Gut löslich in	Wasser
Schlecht löslich in	Lösungsmittel
Unlöslich in	Lösungsmittel
Analytik
Klassische Verfahren	Nitratnachweis mit Ringprobe Nitratnachweise mit Lunges Reagenz
SI-Einheiten wurden, wo möglich, verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, wurden Normbedingungen benutzt.

Salpetersäure ist die bekannteste und stabilste Sauerstoffsäure des Stickstoffs. Die chemische Formel lautet HNO₃. Salpetersäure liegt in wässriger Lösung weitgehend dissoziiert vor. Ihre Salze heißen Nitrate. Als starke anorganische Säure zählt sie zu den Mineralsäuren.

Eigenschaften

Salpetersäure ist in reinem Zustand farblos. Konzentrierte Salpetersäure jedoch, zersetzt sich leicht (besonders unter Lichteinwirkung) und hat aufgrund des in ihr gelösten Stickstoffdioxids (NO₂) oft einen gelblichen oder rötlichen Farbton. Reine 99%ige Salpetersäure, die freies Stickstoffdioxid enthält, wird rauchende Salpetersäure genannt. Sie wirkt stark oxidierend und kann manche leicht brennbare Stoffe entzünden.

Salpetersäure löst die meisten Metalle auf. Ausnahmen sind die Edelmetalle Gold, Platin und Iridium. Da man somit Gold und Silber trennen konnte, wurde sie früher Scheidewasser genannt. Gemischt mit Salzsäure (Königswasser) kann sie auch diese Edelmetalle auflösen. Weiter sind Aluminium und Eisen infolge Passivierung resistent gegenüber kalter, Chrom gegenüber heißer Salpetersäure.

Herstellung

Salpetersäure wird technisch seit 1908 nach dem Ostwaldverfahren hergestellt. Es handelt sich dabei um die katalytische Oxidation von Ammoniak. Das Ammoniak-Luft-Gemisch wird rasch (1/5000s Berührungszeit) durch heiße Platin-Rhodium-Netze geleitet. Bei 800°C entsteht Stickstoffmonoxid, das beim Abkühlen mit überschüssigem Sauerstoff zu Stickstoffdioxid und dann in Rieseltürmen mit Wasser zu etwa 60%iger Salpetersäure reagiert. Die 60%ige Salpetersäure kann durch Destillation bis 68% konzentriert werden, was einem Azeotrop mit Siedepunktmaximum (122°C) entspricht. Höhere Konzentrationen lassen sich durch Entwässerung mit Magnesiumnitrat (Mg(NO₃)₂) oder durch Behandlung von Distickstofftetroxid (N₂O₄) mit der stöchiometrisch nötigen Menge von Luft und Wasser erreichen.

Vor 1908 wurde Salpetersäure aus Natriumnitrat (Chilesalpeter) durch Erhitzen mit Schwefelsäure gewonnen. Dieser Vorgang funktioniert natürlich auch mit anderen Nitraten beispielsweise: Kalium- oder Ammoniumnitrat und eignet sich auch für die Herstellung von Salpetersäure im Labormaßstab.

Verwendung

Salpetersäure ist einer der wichtigsten Grundstoffe der chemischen Industrie.

Neutralisiert mit Basen zu Nitraten als Düngesalz und Explosivstoffe
Mit Silber zu Silbernitrat für die Photoindustrie und zum Versilbern
Mit Salzsäure als Königwasser und Gold zu Goldsalzen zum Vergolden
Zum Beizen und Brennen von Metallen (grafische und galvanische Technik)
Zur Nitrierung von organischen Stoffen bei der Herstellung von Farbstoffen, Heilmitteln, Explosivstoffe und Desinfektionsmitteln
Über die Veresterung zur Herstellung von Explosivstoffen (Sprengöl), Celluloid, Nitro- und Zaponlacke
Über die Oxidation zu Polyester- und Polyamidherstellung (beispielsweise Nylon)

Gemische mit Schwefelsäure (zwei Teile Schwefelsäure und ein Teil Salpetersäure) werden Nitriersäure genannt und zur Nitrierung von organischen Verbindungen verwendet.

Geschichte

Bereits im 9. Jahrhundert gewann der arabische Alchimist Geber (Dschabir) rohe Salpetersäure ("Aqua dissolutiva") durch trockenes Erhitzen von Salpeter (sal petrae (lat.) = Felsensalz ; KNO₃), Cyprischem Vitriol (CuSO₄.5H₂O) und Alaun (KAl(SO₄)₂.12H₂O; erwähnt in "De inventione veritatis" aus dem 12. Jahrhundert. Im 13. Jahrhundert benutze Albertus Magnus die Salpetersäure, um Gold und Silber zu trennen ("Scheidewasser"). Schon 1225 stellte Raymund von Lullius sie fabrikmäßig durch Glühen von Salpeter mit Ton dar. Später wurde Salpeter mit Eisenvitriol (FeSO₄.7H₂O) erhitzt, was höhere Ausbeuten bei niedrigerer Temperatur lieferte. J.R.Glauber gewann Mitte des 17. Jahrhunderts reinen "Spiritus nitri" durch Umsetzung und Destillation von Salpeter mit Schwefelsäure, einem bis heute gebräuchlichen Laborverfahren zur Herstellung der Salpetersäure, die im Mittelalter auch "aqua fortis" oder "aqua valens" und im englischen Sprachraum "strong water" genannt wurde. Als Bestandteile der Salpetersäure erkannte A.L.Lavoisier Mitte des 18. Jahrhunderts die chemischen Elemente Stickstoff und Sauerstoff. Die genaue Zusammensetzung wurde von H.Cavendish bestimmt, dem auch die Synthese aus dem Stickstoff der Luft durch elektrische Entladung gelang. Eine rationelle Fabrikation begann erst Anfang des 19. Jahrhunderts, als billige Schwefelsäure und Chilesalpeter in ausreichenden Mengen verfügbar waren. Auch die "Luftverbrennung" in einem elektrischen Lichbogen wurde zu einem großtechnischen Verfahren entwickelt (Birkeland-Eyde), das jedoch nur in Ländern mit billigem Strom konkurrenzfähig war. Die Katalytische Oxidation von Ammoniak über Platin wurde von C.F.Kuhlmann (1838) entdeckt. Bis zur Erfindung der Ammoniaksynthese durch Haber und Bosch blieb jedoch Ammoniak zu teuer im Vergleich zu Chilesalpeter. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts hat W.Ostwald die Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak zur industriellen Reife entwickelt. Die billige Ammoniak-Oxidation hat heute alle anderen großtechnischen Verfahren verdrängt.