HNO₃ – Salpetersäure

Die bekannteste und stabilste Sauerstoffsäure des Stickstoffs ist die Salpetersäure. Abgeleitet wird der Name vom Salpeter, denn sie wird durch Zugabe einer stärkeren Säure (Schwefelsäure) gewonnen.

In einer wässrigen Lösung liegt Salpetersäure weitgehend abgespalten, das heißt in seine einzelnen Bestandteile geteilt. Sie gilt als starke anorganische Säure und zählt zu den Mineralsäuren. Die Salze und Ester der HNO3 nennt man Nitrate.

Die salzigen Nitrate werden mit sogenannten Trivialnamen gekennzeichnet zum Beispiel: Chilesalpeter, (Kali-)Salpeter, Ammonsalpeter, Kalksalpeter, oder Mauersalpeter, Barysalpeter etc.

Die reine Salpetersäure wird zur Herstellung von Düngemitteln, Farb- und Sprengstoffen verwendet, sie ist farblos und riecht sehr scharf und stechend.

Die Geschichte der Salpetersäure

Bereits im 9. Jahrhundert soll der arabische Alchimist Geber rohe Salpetersäure (“Aqua dissolutiva“) durch trockenes erhitzen von Salpeter (lateinisch genannt sal petrae = Felsensalz; KNO3), Cyprischem Vitriol (CuSO4 mal 5 H2O) und Alaun (KAI(SO4)2 mal 12 H2O) gewonnen haben, so wird es zumindest in der Schrift De inventione veritatis aus dem 12. Jahrhundert erwähnt. Albertus Magnus soll im 13. Jahrhundert die Salpetersäure genutzt haben um Gold und Silber, auch Scheidewasser genannt, zu trennen. Viele Schriften, unter anderem auch über die Verwendung von Salpetersäure, sollen ihm nur zugeschrieben worden sein um ihnen ein höheres Gewicht zu verleihen. Zu späterer Zeit wurde Salpeter mit Eisenvitriol /FeSO4 mal 7 H2O) erhitzt, wodurch es höhere Ausbeuten bei niedriger Temperatur ergaben.

Mitte des 17. Jahrhunderts gewann J.R Glauber durch Umsetzung und Destillation von Salpeter mit Schwefelsäure, reinen spiritus nitri, dies ist bis heute noch ein gebräuchliches Laborverfahren zur Herstellung der Salpetersäure. Im Mittelalter wurde die Säure auch aqua fortis oder aqua valensund im englischen Sprachraum strong water genannt. Die chemischen Elemente Stickstoff und Sauerstoff wurden Mitte des 18. Jahrhunderts von A.L. Lavoisier als Bestandteile der Salpetersäure erkannt, die genaue Zusammensetzung jedoch wurde von Henry Cavendish bestimmt, dem auch die Synthese aus dem Stickstoff der Luft durch elektrische Entladung gelang.

Anfang des 19. Jahrhunderts begann dann die rationelle Fabrikation, da ab dem Zeitpunkt billige Schwefelsäure und Chilesalpeter in ausreichenden Mengen verfügbar war.

In Ländern mit billigem Strom, wurde die Luftverbrennung in einem elektrischen Lichtbogen zu einem großtechnischen Verfahren ( genannt Birkeland- Eyed) entwickelt. Von C.F. Kuhlmann (1838) wurde die katalytische Oxidation von Ammoniak über Platin erkannt. Ammoniak blieb im Vergleich zu Chilesalpeter teurer bis die Ammoniaksynthese durch Haber und Bosch erfunden wurde. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurde die Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak durch Wilhelm Ostwald zur industriellen Reife entwickelt. Die großtechnischen Verfahren wurden seither durch die billige Ammoniak-Oxidation verdrängt.

Wie wird Salpetersäure hergestellt

Seit 1908 wird die Salpetersäure technisch nach dem Ostwaldverfahren hergestellt. Dabei handelt es sich um die katalytische Oxidation von Ammoniak. Schnell geleitet (1/1000s Berührungszeit) wird das Ammoniak-Luft-Gemisch durch heiße Platin-Rhodium-Netze. Bei 800 Grad Celsius entsteht Stickstoffmonoxid, das beim Abkühlen mit überschüssigem Sauerstoff zu Stickstoffdioxid und dann in Rieseltürmen mit Wasser zu etwa 60 % iger Salpetersäure reagiert. Durch Destillation kann die 60% ige Salpetersäure bis zu 68% konzentriert werden, was dem Azeotrop mit Siedepunktmaximum (122 Grad Celsius) entspricht. Durch die Rektifikation (Entwässerung) mit Schwefelsäure oder mit wässriger Magnesiumnitrat-Lösung oder durch Behandlung von Distickstofftetroxid mit der stöchiometrisch nötigen Menge von Sauerstoff und Wasser, kann eine höhere Konzentration erwirkt werden.

Durch Umsetzung konzentrierter Schwefelsäure mit Nitrate dargestellt, kann Salpetersäure im Labormaßstab dargestellt werden. Vor 1908 wurde Salpetersäure durch dieses Verfahren unter Verwendung von Natriumnitrat (Chilesalpeter) gewonnen.

Durch Zugabe von Silbernitrat und anschließende Destillation, können oft auftretende Verunreinigungen der Säure durch Halogene oder Halogenwasserstoffe beseitigen.Von einer durch Destillation hochkonzentrierten Säure ausgehend, durch Durchleiten von Inertgas oder der Destillation über Phosphorpentoxid oder Oleum, erhält man wasserfreie Salpetersäure.

Die Eigenschaften von Salpetersäure

Wenn die Salpetersäure in reinem Zustand ist, ist sie farblos, jedoch zersetzt sich konzentrierte Salpetersäure leicht, ganz besonders unter Lichteinwirkung und hat deswegen des in ihr gelösten Stickstoffdioxids meist einen gelblichen oder rötlichen Farbton. Man nennt reine Salpetersäure, die freies Stickstoffdioxid enthält, auch rauchende Salpetersäure. Die rauchende Salpetersäure enthält 90% HNO3 und wirkt stark oxidierend und kann leicht brennbare Stoffe entzünden, deswegen gilt sie auch ab 70% als brandfördernd. Durch gelöste Stickstoffdioxid gelb gefärbte Salpetersäure kann durch eine kleine Menge Harnstoff oder besser Harnstoffnitrat entfärbt werden.

Unter Bildung wasserlöslicher Nitrate reagiert sie mit den meisten Metallen, davon nicht betroffen sind die Edelmetalle Gold, Platin und Iridium. Durch Passivierung der Salpetersäure widerstehen auch Aluminium, Titan, Zirconium, Hafnium, Niob, Tantal und Wolfram. Des weiteren ist auch Eisen durch die Passivierung gegenüber kalter und Chrom gegenüber heißer Salpetersäure resistent. Auf dem Metall bildet sich dabei eine festhaftende und undurchlässige Oxidschicht. Früher nannte man sie Scheidewasser, weil man somit Gold und Silber trennen konnte. Mischt man jedoch Salpetersäure mit Salzsäure, auch Königswasser genannt, oder Selensäure reagieren sie auch mit Gold und Platin.

Eiweiße die aromatische Aminosäuren wie L-Phenylalanin oder L-Tyrosin enthalten werden unter Nitrierung des Benzolrings und Salpetersäure, gelb gefärbt. Diese Xanthoprotein-Reaktion kann zum Nachweis von aromatischen Aminosäuren und Eiweißen benutzt werden.

Wo wird Salpetersäure verwendet?

In der chemischen Industrie gehört Salpetersäure zu einer der wichtigsten Grundstoffe. Man benutzt sie unter anderem zur Herstellung von Düngemitteln und Nitraten, aber auch zur Trennung von Gold und Silber (Silber reagiert unter Bildung von Löslichem Silbernitrat), man nennt es in diesem Einsatz auch Scheidewasser.

Wenn man Salpetersäure mit Salzsäure mischt, wird es als Königswasser zum Lösen von Gold, als auch zum Vergolden und zum Nachweisen von Gold genutzt.

Auch wenn man Metalle Beizen oder Brennen möchte benutzt man die scharfe Säure, man nennt es auch grafische und galvanische Technik..

Salpetersäure wird unter anderem auch zur Nitrierung von organischen Stoffen benutzt wenn man Farbstoffe, Heilmittel, Desinfektionsmittel und Explosive Stoffe wie Nitroglycerin oder Schießbaumwolle herstellen will. Aber auch zum Polieren von Metallen, zur Herstellung von Celluloid, Nitrolacken, Zaponlacken oder auch als Oxidationsmittel (WFNA und RFNA) in Raketentreibstoffen wird die Salpetersäure genutzt.

Wie kann Salpetersäure Nachgewiesen werden?

Durch Nitrate, die Ringprobe und durch Lunges Reagenz kann die Salpetersäure im Labor nachgewiesen werden.

Sicherheitshinweise zur Salpetersäure

Auf Haut, Atemwege und Schleimhäute wirkt die Salpetersäure ätzend und sollte deswegen mit keinem davon in Berührung kommen. Wenn man die Dämpfe einatmet kann es zu einem toxischen Lungenödem kommen, dies kann vor allem vorkommen wenn man die Säure erhitzt oder konzentriert. Die Salpetersäure wirkt brandfördernd wenn sie hoch Konzentriert ist, so reagiert sie als Oxidationsmittel. Unter Bildung von toxischem Stickstoffdioxid reagiert sie mit den meisten Metallen. Wenn sie mit der Salpetersäure arbeiten, sollten sie auf jeden Fall eine Schutzbrille oder ein Gesichtsschild, geeignete Schutzhandschuhe und ein geschlossener Arbeitskittel tragen. Es sollte ein Atemschutz- Gerät getragen werden, wenn die Gefahr besteht dass in einem Raum Salpetersäure-Dämpfe oder Stickoxide frei werden. Deswegen eignet sich Salpetersäure nicht für Reinigungs-Zwecke im Haushalt. Im Labor darf nur unter einem Abzug mit der Säure gearbeitet werden. Es wird ein Teflonverschluss für Flaschen empfohlen in denen sich konzentrierte Salpetersäure befindet.