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1 Salpetersäure Herstellung und Bedeutung von Patrick Götte Stefan Jovanovic

2 Salpetersäure Herstellung und Bedeutung Salpetersäure und deren Eigenschaften Geschichtliches Herstellung Bedeutung / Verwendung Quellen

3 1. Salpetersäure und deren Eigenschaften Die Salpetersäure ist eine der wichtigsten Grundstoffe der chemischen Industrie und findet Anwendung in den Bereichen: Düngemittel Explosivstoffe Galvanik Fotoindustrie Schmuckindustrie Näheres dazu in Kapitel 4 Produzierte Menge: ca. 30 Mio. t pro Jahr Der Name Salpetersäure leitet sich von Salpeter (von lat. sal, gr. petros, Felsensalz) ab, da man durch Zugabe von stärkeren Säuren diese aus Salpeter gewinnen konnte. Seite 1

4 Die Salpetersäure ist bei sehr hohem Reinheitsgehalt farblos Sie ist ölig, sehr aggressiv und hat eine merkliche elektrische Leitfähigkeit; Aufgrund der Autoprotolyse bilden sich in geringem Umpfang Ionen: 2 HNO 3 H 2 NO 3+ + NO 2 - H 2 NO 3+ H 2 O + NO 2 - H 2 O + HNO 3 H 3 O + + NO 3 - Wirkt sehr stark oxidierend, daher ein sehr gutes Oxidationsmittel Bei Reaktion mit Metallen entstehen Seite 2

5 Die elementaren Bestandteile von Salpetersäure sind 1 x Wasserstoff (H), 3 x Sauerstoff (O),1 x Stickstoff (N) Die Salpetersäure ist nur eine von mehreren Sauerstoffsäuren des Stickstoffs. Weitere sind... Monostickstoffsauerstoffsäuren: Hydroxylamin Nitrosowasserstoff Salpetrige Säure Salpetersäure H 3 NO HNO HNO 2 HNO 3 ( 5 +) Oxid.-stufe ( 3 +) Oxid.-stufe ( 1 +) Oxid.-stufe ( 1 -) Oxid.-stufe Oligostickstoffsauerstoffsäuren: Hyposalpetrige Säure Oxohyposalpetrige Säure Dinitramin H 2 N 2 O 2 ( 1 +) Oxid.-stufe H 2 N 2 O 3 ( 2 +) Oxid.-stufe HN 3 O 4 ( 3 +) Oxid.-stufe Seite 3

6 Namen: Salpetersäure, Scheidewasser, nach IUPAC auch Hydrogennitrat Summenformel: HNO 3 Molare Masse: 63,01 g. mol -1 Aggregarzustand: flüssig Dichte: 1,52 g. ml -1 Schmelzpunkt: -42 C Siedepunkt: 86 C Gefahrstoffkennzeichnung R-Sätze: 8-35 S-Sätze: 1/ MAK: 5,2 mg. m -3 LD 50 ( Mensch ) : 430 mg. kg -1 Seite 4

7 2. Geschichtliches Namensgebung durch Sal Petrae (lat.) = Felsensalz KNO 3 Im 9. Jh. Erstgewinnung durch trockenes Erhitzen von Salpeter/KNO 3 ( Geber (durch Im 13. Jh. benutzte Albertus Magnus die Salpetersäure, um Gold von ( Scheidewasser ) Silber zu trennen Johann Rudolph Glauber gewann Mitte des 17. Jahrhunderts reine Salpetersäure durch Umsetzung und Destillation von Salpeter mit Schwefelsäure Genaue Zusammensetzung wurde Mitte des 18. Jh. bekannt Seite 5

8 2. Geschichtliches Erst im 19. Jh. begann eine Fabrikation, als der nötige Chilesalpeter und die Schwefelsäure günstig zu bekommen waren Ein weiteres Verfahren durch die Verbrennung in einem elektrischen ( Stromverbrauch Lichtbogen wurde entwickelt (zu hoher Die katalytische Oxidation von Ammoniak über Platin wurde von C.F. Kuhlmann (1838) entdeckt Erst die Entdeckung der Ammoniaksynthese (durch Haber und Bosch) ebnete den weg zum Ostwaldverfahren Schließlich entwickelte W. Ostwald ein Verfahren der Ammoniakoxydation zur Herstellung von Salpetersäure Seite 6

9 3. Herstellung Natürliche Darstellung von Salpetersäure Blitzeinschlag Gewitterregen Verfahren zur technischen Darstellung von Salpetersäure Ostwaldverfahren Seite 7

10 Blitzeinschlag / Gewitterregen Aufgrund der hohen Temperaturen bei einem Blitzeinschlag findet eine Spaltung von Sauerstoff (O) und Stickstoff (N) in Radikale statt, die wiederum zu Stickoxiden oxidieren. O 2 2 O* N 2 2 N* O 2 + N* NO + O* N 2 + O* NO + N* NO + O* NO 2 Durch die Stickoxidbildung des Blitzschlages und Regenwasser entsteht HNO 3 NO 2 + H 2 O HNO 3

11 Ostwaldverfahren Das geeignetste Verfahren zur großtechnischen Herstellung von Salpetersäure ist das Ostwaldverfahren Im Ostwaldverfahren wird mittels 3 Schritten Ammoniak katalytisch zu Salpetersäure verbrannt

12 1. Schritt Ammoniak wird mit Luft vermischt und in einen Reaktor mit ca. ~700 C gebracht, wo es durch einen Platin-Rhodium-Katalysator geleitet wird und zu Stickstoffmonoxid und Wasser oxidiert; der Kontakt zum Katalysator muss auf 1 ms begrenzt sein 4 NH O 2 4 NO + 6 H 2 O H R0 = -908 kj. mol Schritt Das Stickstoffmonoxid wird auf unter 50 C heruntergekühlt und oxidiert dann zu Stickstoffdioxid 2 NO 2 + O 2 2 NO 2 H R0 = -114 kj. mol Schritt Das Stickstoffdioxid wird in Absorptionstürme geleitet und mit Wasser zu 50 % Salpetersäure umgesetzt 4 NO 2 + O H 2 O 4 HNO 3

13

14 4. Bedeutung / Verwendung I. Verwendung in der Metallurgie Salpetersäure ist eine der wichtigsten Grundstoffe der chemischen Industrie. Sie dient: als Scheidewasser zur Trennung (Quartation) von Gold und Silber ( aufgelöst (Silber wird in Mischungen mit Salzsäure als Königswasser zum Auflösen von Gold sowie zum Vergolden zum Beizen und Brennen von Metallen (grafische und galvanische ( Technik Seite 12

15 4. Bedeutung / Verwendung II. Verwendung zur Herstellung von Sprengstoffen Mithilfe von Nitriersäure (Gemisch aus HNO3 und H2SO4) können viele Sprengstoffe hergestellt werden Ammoniumnitrat als Sprengstoff im Bergbau NH3 + HNO > NH4NO3 Nitroglycerin/Dynamit: C3H5(OH)3 + HNO3/H2SO > C3H5(ONO2)3 TNT (Trinitrotoluol): C 6 H 5 CH 3 + HNO 3 /H 2 SO₄ > C 6 H 2 CH 3 (NO 2 ) 3 Seite 13

16 4. Bedeutung / Verwendung III. Verwendung in anderen Bereichen HNO ist außerdem ein wichtiges Zwischenprodukt für andere chemische Verbindungen; z.b. Phosphorsäure, Oxalsäure, Amine, Farbstoffe, Medikamente, u.a. Zudem werden die Nitrate, die wichtig für Pflanzen sind, gebraucht um Dünger herzustellen ( Gesamtproduktion (ca. 80% der Da Salpetersäure auch die Aminogruppen der DNA zu Hydroxylgruppen umwandeln kann, wird sie in der Genforschung verwendet, um Mutationen hervorzurufen Seite 14

17 5. Quellen Chemie der Elemente von N.N. Greenwood, A. Earnshaw Taschenbuch der Chemie von Karl Schwister u.a.

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