Salpetersäure

Strukturformel
Allgemeines
Name	Salpetersäure
Andere Namen	Dioxidohydroxidostickstoff Scheidewasser Hydrogennitrat
Summenformel	HNO3
Kurzbeschreibung	in reiner Form farblose Flüssigkeit, durch Licht oder Wärme teilweise Zersetzung zuStickoxidenunter Gelb- bis Rotfärbung
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7697-37-2 EG-Nummer 231-714-2 ECHA-InfoCard 100.028.832 PubChem 944 DrugBank DB15995 Wikidata Q83320
Eigenschaften
Molare Masse	63,01 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,51 g·cm−3(20 °C)
Schmelzpunkt	−42°C
Siedepunkt	86 °C
Dampfdruck	56hPa(20 °C)
pKS-Wert	−1,37
Löslichkeit	mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar, heftige Reaktion mitEthanol
Sicherheitshinweise
GHS-GefahrstoffkennzeichnungausVerordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),ggf. erweitert Gefahr H- und P-Sätze H:272​‐​290​‐​330​‐​314 EUH:071 P:210​‐​220​‐​280​‐​303+361+353​‐​304+340+310​‐​305+351+338
MAK	AGWderTRGS900: 1 ml·m−3(ppm), 2,6 mg·m−3. Der Arbeitsplatzgrenzwert ist nur als Kurzzeitwert festgelegt. Die betriebliche Überwachung soll durch messtechnische Mittelwertbildung über 15 Minuten erfolgen, z. B. durch eine 15 minütige Probenahme. Von der Europäischen Union wurde ein Luftgrenzwert festgelegt. Spitzenbegrenzung: Überschreitungsfaktor 1. Dauer 15 min, Mittelwert; 4-mal pro Schicht; Abstand 1 h Schweiz: 2 ml·m−3bzw. 5 mg·m−3
Toxikologische Daten	430 mg·kg−1(LDLo,Mensch,oral)
Soweit möglich und gebräuchlich, werdenSI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten beiStandardbedingungen(0 °C, 1000 hPa).

Salpetersäure(HNO₃), genannt auchScheidewasser,ist die bekannteste und stabilsteSauerstoffsäuredesStickstoffs.Die Säure wird seit 1908 großtechnisch imOstwald-Verfahrendurch katalytischeOxidationvonAmmoniakhergestellt. Das Ammoniak wird zuvor mit demHaber-Bosch-Verfahrenaus Luftstickstoff und Wasserstoff hergestellt.

DieSalzeder Salpetersäure heißenNitrate.Der Name Salpetersäure leitet sich von denTrivialnameneinigerAlkali-und Erdalkalisalze der Säure ab, die mit der BezeichnungSalpeterenden wie z. B.:Natriumnitrat(Chilesalpeter),Kaliumnitrat(Kalisalpeter),Ammoniumnitrat(Ammonsalpeter),Calciumnitrat(Kalksalpeter oder Mauersalpeter),Bariumnitrat(Barytsalpeter). Bis 1908 wurde Salpetersäure aus den verschiedenen Salpetersorten durch Zugabe einer starken, schwer flüchtigen Säure (Schwefelsäure) gewonnen. Der Name der Salze der SalpetersäureNitratewird sehr häufig auch benutzt, um einige organische Verbindungen der Salpetersäure – nämlich dieEsterder Salpetersäure – zu benennen. So wird z. B. der Methylester der Salpetersäure alsMethylnitratbezeichnet (s. dazu auchNitrate), obwohl in den Estern völlig andere Bindungsverhältnisse vorliegen als in Salzen. Erschwerend und die Verwirrung noch erhöhend kommt hinzu, dass einige spezielle Ester der Salpetersäure in der Umgangssprache weder richtig als Ester noch falsch als Nitrate bezeichnet werden, sondern als sog. Nitroverbindungen, wie z. B.Nitroglycerin(richtige Benennung: Trisalpetersäureglycerinester) oderNitrocelluloseoderCellulosenitrat.

Als starke anorganische Säure liegt die Salpetersäure in wässriger Lösung weitgehenddissoziiertvor und zählt zu denMineralsäuren.Die reine Säure ist farblos und hat einen scharf stechenden Geruch. Sie wird unter anderem zur Herstellung von Düngemitteln, Farb- und Sprengstoffen verwendet.

Geschichte

In der SchriftDe inventione veritatisaus dem 12. Jahrhundert wird erwähnt, dass bereits im 9. Jahrhundert der arabischeAlchimistGeberrohe Salpetersäure („Aqua dissolutiva “) durch trockenes Erhitzen vonSalpeter(lat.sal petrae= Felsensalz;KNO₃), CyprischemVitriol(CuSO₄·5 H₂O) undAlaun(KAl(SO₄)₂·12 H₂O) gewonnen haben soll. Im 13. Jahrhundert sollAlbertus Magnusdie Salpetersäure benutzt haben, umGoldundSilberzu trennen (Scheidewasser,aqua fortis). Jedoch wurden viele Schriften Albertus Magnus nur zugeschrieben, um ihnen höheres Gewicht zu verleihen, wahrscheinlich auch die über die Verwendung der Salpetersäure. Später wurdeSalpetermit Eisenvitriol(FeSO₄·7 H₂O) erhitzt, was höhere Ausbeuten bei niedrigerer Temperatur lieferte.

J. R. Glaubergewann Mitte des 17. Jahrhunderts reinenspiritus nitridurch Umsetzung und Destillation von Salpeter mitSchwefelsäure,einem bis heute gebräuchlichen Laborverfahren zur Herstellung der Salpetersäure, die imMittelalterauchaqua fortisoderaqua valensund im englischen Sprachraumstrong watergenannt wurde. Als Bestandteile der Salpetersäure erkannteA. L. LavoisierMitte des 18. Jahrhunderts diechemischen ElementeStickstoffundSauerstoff.Die genaue Zusammensetzung wurde vonHenry Cavendishbestimmt, dem auch die Synthese aus dem Stickstoff der Luft durchelektrische Entladunggelang.

Eine rationelle Fabrikation begann erst Anfang des 19. Jahrhunderts, als günstige Schwefelsäure undChilesalpeterin ausreichenden Mengen verfügbar waren. Auch die Luftverbrennung in einemelektrischen Lichtbogenwurde zu einem großtechnischen Verfahren entwickelt (Birkeland-Eyde-Verfahren,nachKristian BirkelandundSam Eyde), das jedoch nur in Ländern mit billigemStromkonkurrenzfähig war. Die katalytische Oxidation vonAmmoniaküberPlatinwurde vonC. F. Kuhlmann(1838) entdeckt. Bis zur Erfindung derAmmoniaksynthesedurchHaberundBoschblieb jedoch Ammoniak zu teuer im Vergleich zu Chilesalpeter. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts entwickelteWilhelm Ostwalddie Herstellung von Salpetersäure aus Ammoniak zur industriellen Reife. Die günstige Ammoniak-Oxidation hat heute alle anderen großtechnischen Verfahren verdrängt.

Herstellung

Ein Laboraufbau desOstwald-Verfahrens

Salpetersäure wird technisch seit 1908 nach demOstwaldverfahrenhergestellt. Es handelt sich dabei um die katalytischeOxidationvonAmmoniak.Das Ammoniak-Luft-Gemisch wird rasch (1/1000 s Berührungszeit) durch heißePlatin-Rhodium-Netze (Katalysator) geleitet. Bei 800 °C entstehtStickstoffmonoxid,das beim Abkühlen mit überschüssigemSauerstoffzuStickstoffdioxidund dann in Rieseltürmen mit Wasser zu etwa 60%iger Salpetersäure reagiert. Die 60%ige Salpetersäure kann durchDestillationbis 68 % konzentriert werden, was demAzeotropmit Siedepunktmaximum (122 °C) entspricht. Höhere Konzentrationen lassen sich durch Rektifikation (Entwässerung) mitSchwefelsäure(H₂SO₄) oder mit wässrigerMagnesiumnitrat-Lösung (Mg(NO₃)₂) oder durch Behandlung vonDistickstofftetroxid(N₂O₄) mit derstöchiometrischnötigen Menge von Sauerstoff (bzw. Luft) und Wasser erreichen.

Im Labormaßstab kann Salpetersäure durch Umsetzung konzentrierterSchwefelsäuremitNitratendargestellt werden. Vor 1908 wurde Salpetersäure durch dieses Verfahren unter Verwendung vonNatriumnitrat(Chilesalpeter) gewonnen.

${\ce {NaNO3 + H2SO4 -> NaHSO4 + HNO3}}$

Oft auftretende Verunreinigungen der Säure mit Halogenen oder Halogenwasserstoffen lassen sich durch Zugabe vonSilbernitratund anschließende Destillation beseitigen. Wasserfreie Salpetersäure erhält man, von einer durch Destillation hochkonzentrierten Säure ausgehend, durch Durchleiten vonInertgasoder der Destillation überPhosphorpentoxidoderOleum.

Eigenschaften

Salpetersäure

Salpetersäure ist in reinem Zustand farblos. Konzentrierte Salpetersäure zersetzt sich jedoch leicht (besonders unter Lichteinwirkung) und hat aufgrund des in ihr gelöstenStickstoffdioxids(NO₂) oft einen gelblichen oder rötlichen Farbton.

${\ce {4HNO3 -> 4NO2 + 2H2O + O2}}$

Reine Salpetersäure, die freies Stickstoffdioxid enthält, wird rauchende Salpetersäure genannt. Sie enthält über 90 % HNO₃,wirkt stark oxidierend und kann manche leicht brennbare Stoffe entzünden; daher gilt Salpetersäure ab 70 % alsbrandfördernd.Salpetersäure, die durch gelöstes Stickstoffdioxid gelb gefärbt ist, kann durch eine kleine MengeHarnstoffoder besserHarnstoffnitratentfärbt werden.

Salpetersäure ist sowohl ein starkesOxidationsmittelals auch einestarke Säure.NichtmetallischeElementewieKohlenstoff,Iod,PhosphorundSchwefelwerden durchkonzentrierteSalpetersäure zu ihrenOxidenoderOxosäurenunter Bildung von Stickstoffdioxidoxidiert,zum Beispiel

${\ce {S + 6HNO3 -> H2SO4 + 6NO2 + 2H2O}}$

Darüber hinaus werden viele Verbindungen durch Salpetersäure oxidiert.Salzsäurewird zuChlorundChlordioxidoxidiert.

Nitrate,dieSalzeder Salpetersäure, entstehen, wennMetalleoder derenOxide,HydroxideoderCarbonatemit Salpetersäure reagieren. Die meisten Nitrate sind wasserlöslich, und Salpetersäure wird hauptsächlich zurHerstellunglöslicher Metallnitrate verwendet.

Salpetersäure reagiert mit den meistenMetallenunter Bildung wasserlöslicher Nitrate. Ausnahmen sind dieEdelmetalleGold,PlatinundIridium.AuchAluminium,Titan,Zirconium,Hafnium,Niob,TantalundWolframwiderstehen der Salpetersäure durchPassivierung.Weiter istEiseninfolge Passivierung resistent gegenüber kalter,Chromauch gegenüber heißer Salpetersäure. Dabei bildet sich auf dem Metall eine fest haftende, undurchlässige Oxidschicht. Da man somit Gold undSilbertrennen konnte, wurde sie früherScheidewassergenannt. Mischungen von Salpetersäure mitSalzsäure(Königswasser) oderSelensäurereagieren auch mit Gold und Platin.

Xanthoprotein-Reaktion

Salpetersäure färbtProteine,diearomatischeAminosäurenwieL-PhenylalaninoderL-Tyrosinenthalten, unterNitrierungdesBenzolringsgelb. DieseXanthoprotein-Reaktionkann zum Nachweis von aromatischen Aminosäuren und Proteinen benutzt werden.

Physikalische Eigenschaften von HNO₃/H₂O-Mischungen in Abhängigkeit von der Konzentration bei 20 °C und 1,013 bar

Gew. % HNO3	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Dichte (g/cm3)	1,00	1,05	1,12	1,18	1,25	1,31	1,37	1,42	1,46	1,48	1,513
Viskosität (mPa·s)	1,00	1,04	1,14	1,32	1,55	1,82	2,02	2,02	1,84	1,47	0,88
Smp(°C)	0	−7	−17	−36	−30	−20	−22	−41	−39	−60	−42
Sdp(°C)	100,0	101,2	103,4	107,0	112,0	116,4	120,4	121,6	116,6	102,0	86,0
p(HNO3) (mbar)	0,0	0,0	0,0	0,0	0,0	0,3	1,2	3,9	14,0	36,0	60,0
p(H2O) (mbar)	23,3	22,6	20,2	17,6	14,4	10,5	6,5	3,5	1,2	0,3	0,0
HNO3(mol/l)		1,7	3,6	5,6	7,9	10,4	13,0	15,8	18,5	21	24,01

Verwendung

Salpetersäure ist einer der wichtigsten Grundstoffe der chemischen Industrie. Sie dient:

• zur Herstellung vonNitratenundDüngemitteln,
• alsScheidewasserzur Trennung (Quartation) von Gold und Silber (Silber reagiert unter Bildung von löslichemSilbernitrat),
• in Mischungen mitSalzsäurealsKönigswasserzum Lösen von Gold, sowie zumVergoldenund zum Nachweis von Gold,
• zumBeizenundBrennenvon Metallen (grafische und galvanische Technik),
• zum Polieren von Metallen,
• zum Verändern von Fetten (Wasserlöslichkeit) zum Zwecke der Reinigung,
• zur Herstellung vonCelluloid,NitrolackenundZaponlacken,
• inRaketentreibstoffenals Oxidationsmittel (WFNAundRFNA).
• zurNitrierungvon organischen Stoffen bei der Herstellung vonFarbstoffen,Heilmitteln,DesinfektionsmittelnundExplosivstoffenwieNitroglycerinoderSchießbaumwolle

Wegen der letztgenannten Verwendbarkeit zählt dieEUSalpetersäure in Gemischen mit einem Gehalt von mehr als 3 % seit 1. Februar 2021 zu denbeschränkten Ausgangsstoffen für Explosivstoffemit der Folge, dass die Verwendung, der Besitz, die Verbringung und die Abgabe durch und an Personen verboten ist, die nicht zu beruflichen oder gewerblichen Zwecken handeln; die berufliche oder gewerbliche Zweckbestimmung ist bei Verkauf zu überprüfen undverdächtige Transaktionensind meldepflichtig.In Apotheken besteht daher ein Abgabeverbot.

Vermehrt wird konzentrierte Salpetersäure nach Polizeiaussagen auch als Werkzeug beim Wohnungseinbruch verwendet. Hierbei wird die Salpetersäure unter anderem in Mehrfamilienhäusern zum Angriff auf die verwendeten Profilzylinder der Wohnungseingangstüren eingesetzt.

Nachweis

Salpetersäure kann im Labor wie dieNitratedurch dieRingprobeund durchLunges Reagenznachgewiesen werden.

Siehe auch

• Salpetrige Säure(HNO₂)

Weblinks

Commons:Salpetersäure– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Salpetersäure– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Literatur von und über Salpetersäureim Katalog derDeutschen Nationalbibliothek