Die Salpetersäure HNO3 gehört zu den wichtigsten anorganischen Säuren. Als Hauptbestandteil von Düngemitteln ist sie einer der weltweit meistproduzierten chemischen Rohstoffe. Den Analysten von Fortune Business Insights zufolge wird die Nachfrage nach diesem Produkt in den kommenden Jahrzehnten weiter steigen.
Salpetersäure – Eigenschaften
Die frühesten Aufzeichnungen über Salpetersäure gehen auf das 14. Jahrhundert und die ersten gewagten alchemistischen Versuche zurück. Damals wurde sie zur Herstellung von so genanntem Königswasser (aqua regia) verwendet – einer Lösung, die Gold und Platin auflösen konnte. HNO3 ist tatsächlich stark ätzend und chemisch sehr aktiv.
Salpetersäure (V) ist eine farblose Flüssigkeit mit extrem stechendem Geruch und ätzender Wirkung. Bei längerer Aufbewahrung wird sie unter Temperatureinfluss gelb – durch spontane Zersetzung in Stickstoffoxide und Wasser. Sie reagiert leicht mit vielen Substanzen und erzeugt Wärme, wenn sie in Wasser gelöst wird. Mehrere Reaktionen, an denen sie beteiligt ist, sind explosiv.
Sowohl Salpetersäure selbst als auch ihre Salze sind starke Oxidationsmittel. Diese Tatsache erklärt die Heftigkeit der Reaktionen mit Metallen, bei denen Wasserstoff freigesetzt wird. Aber auch inaktive Metalle und einige Nichtmetalle, wie Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff in Form von Graphit, reagieren mit HNO3. Letztere werden zu Säuren oxidiert.
Konzentrierte Salpetersäure ist stark gesundheitsgefährdend. Bei Kontakt mit der Haut verursacht sie schwere Verbrennungen und sogar Nekrose. In Form von Dämpfen dringt sie in die Atemwege ein und führt zu Lungenödem sowie Lungenentzündung. Versehentlicher Verzehr von HNO3 kann zum Tod durch Perforation der Magen- oder Darmwand führen.
Wie wird Salpetersäure (V) hergestellt?
Salpetersäure kann durch Reaktion von Stickstoffdioxid mit Wasser gewonnen werden. Für kommerzielle Zwecke ist die grundlegende Produktionsmethode das so genannte Ostwald-Verfahren. Dabei handelt es sich um die katalytische Oxidation von Ammoniak zu Stickstoffoxid, aus dem mit Hilfe spezieller Absorptionstürme konzentrierte HNO3-Säure gewonnen wird. Für kommerzielle Zwecke ist eine Konzentration von 65-68 % wünschenswert.
Eine alternative Herstellungsmethode unter Laborbedingungen ist die Reaktion von Kaliumnitrat mit Schwefelsäure, bei der reine Salpetersäure (V) entsteht.
Anwendungen von Salpetersäure
Bei der Neutralisierung von Salpetersäure mit Ammoniak entsteht Ammoniumnitrat – der wichtigste Bestandteil von weltweit verwendeten Mineraldüngern. Es versorgt Nutz- und Zierpflanzen mit Stickstoff, den sie für ihr Wachstum benötigen, und zwar in hohen, gut absorbierbaren Dosen. Darüber hinaus kann HNO3 zur Bodenversauerung im Gartenbau verwendet werden.
In der chemischen Industrie ist Salpetersäure (V) vor allem ein Präkursor für organische Stickstoffverbindungen, wie z. B. Nitrobenzole. In Verbindung mit aromatischen Verbindungen werden daraus Substanzen für die Herstellung von Sprengstoffen wie TNT oder Nitroglyzerin gewonnen.
Eine weitere wichtige Anwendung ist Raketentreibstoff. Zu diesem Zweck wird eine Mischung aus HNO3, Distickstofftetroxid und Wasserstoffperoxid hergestellt, die auch als rote rauchende Salpetersäure bezeichnet wird. Ihre Verwendung in der Raumfahrtindustrie hängt mit der Möglichkeit einer effizienten Lagerung des Rohstoffs zusammen.
Erwähnenswert ist auch das Potenzial von Salpetersäure im Bereich der Herstellung von Kunststoffen. Bei der von ihr ausgelösten Oxidation entsteht Adipinsäure, die bei der Herstellung von Kunstfasern wie Nylon verwendet wird.
Weitere, eher nischenartige Verwendungen von Salpetersäure (V) sind:
- Herstellung von organischen Farbstoffen und Lacken;
- pharmazeutische Industrie;
- Herstellung von Fungiziden;
- Reinigen und Ätzen von Metalloberflächen;
- Raffination von Edelmetallen in der Schmuckindustrie;
- künstliche Alterung von Holz, um gewünschte Farbtöne zu erhalten;
- Herstellung von Reinigungsmitteln für den Hausgebrauch;
- Nachweis von Metallspuren in untersuchten Substanzen.
Konzentrierte Salpetersäure und Sicherheitsvorkehrungen
Wegen des explosiven Charakters der Reaktionen und der entstehenden Gemische sowie der außergewöhnlichen Gesundheitsgefahren erfordert Salpetersäure (V) besondere Sorgfalt bei der Lagerung und Verwendung. Gemäß den ADR-Vorschriften für die Beförderung gefährlicher Güter sollte sie in Aluminiumtanks oder Tankwagen mit entsprechender Kennzeichnung transportiert werden.
Für die Lagerung von Salpetersäure werden spezielle, salpetersäurebeständige Behälter verwendet. Diese müssen ordnungsgemäß verschlossen und vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt bei einer Temperatur unter 20 °C gelagert werden. In der Nähe sollten sich keine Metalle oder brennbaren Stoffe befinden. Der Raum muss gut belüftet sein.
Beim Umgang mit konzentrierter Salpetersäure ist die Verwendung von persönlicher Schutzausrüstung erforderlich. Jede Person, die mit der Säure in Berührung kommt, muss ein Atemschutzgerät, eine Schutzbrille sowie säurefeste Kleidung und Handschuhe verwenden. Es wird empfohlen nach der Arbeit Hände und Gesicht gründlich zu waschen sowie Schutzcreme auf die Haut aufzutragen.
Welche Auswirkungen hat Salpetersäure (V) auf die Umwelt?
Eine unbeabsichtigte Freisetzung von HNO3-Säure in die Umwelt stellt eine Gefahr für Menschen, Tiere und Pflanzen dar. Daher muss das Eindringen der Säure in Oberflächengewässer und Grundwasser um jeden Preis verhindert werden. Austritte müssen sofort mit saugfähigem Material oder durch Abpumpen beseitigt werden.
Salpetersäure ist ein weit verbreiteter Rohstoff und spielt eine wichtige Rolle in der Düngemittel-, Sprengstoff- und Kunststoffindustrie. Allerdings dürfen die Vorteile, die mit ihrer Verwendung verbunden sind, nicht die potenziellen Risiken überschatten. Die verantwortungsvolle Einhaltung bestehender Vorschriften ist der beste Weg, um lebensbedrohliche Unfälle zu vermeiden.