Organische Chemie
Organische Stoffgruppen III
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Die Salpetersäure ist eine stabile Säure. In diesem Beitrag lernst du alles über ihre Eigenschaften, Verwendung und Herstellung. Du kannst dir auch hier unser Video anschauen!

Was ist Salpetersäure?  

Die Salpetersäure (auch: Scheidewasser / engl. nitric acid) ist eine Säure des Elements Stickstoff . Das bedeutet, dass die Säuregruppe (-OOH) nicht an einem Kohlenstoffatom (C), sondern an einem Stickstoffatom (N) gebunden ist. Das kannst du gut an der Strukturformel der Salpetersäure erkennen. Ihre Summenformel lautet HNO3.

Salpetersäure Formel, nitric acid, Scheidewasser
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Salpetersäure Strukturformel

In der Industrie wird die starke Säure hauptsächlich durch das Ostwald-Verfahren gewonnen. Du kannst HNO3 beispielsweise für die Herstellung von Spreng- und Farbstoffen oder Düngemitteln verwenden.

Eigenschaften Salpetersäure  

Einige wichtige Eigenschaften der Säure haben wir dir in einem Steckbrief zusammengefasst:

Salpetersäure Steckbrief
Aussehen farblose Flüssigkeit
Dichte 1,513 \ce{g/cm^3}
Löslichkeit sehr gut in Wasser löslich
pKs-Wert -1,377 (daher: starke Säure)
Siedepunkt +83°C
Schmelzpunkt -41,6°C
Besonderheiten starkes Oxidationsmittel, ab einer Konzentration von 70 % brandfördernd, wirkt stark ätzend für Haut und Augen

Im Folgenden wollen wir uns noch einige Reaktionen der Salpetersäure genauer ansehen:

Reaktionen von Salpetersäure

Da HNO3 eine sehr starke Säure ist, löst sie sich in Wasser vollständig auf und es entstehen Nitrat-Ionen (NO3) und Oxonium-Ionen (H3O+):

    \[\ce{HNO3 + H2O -> NO3- + H3O+}\]

In Laboren wird meist konzentrierte Salpetersäure verwendet. Darunter verstehst du eine 65-69-prozentige Lösung der Salpetersäure in Wasser. Du unterscheidest sie von der 100-prozentigen, rauchenden Salpetersäure. Ist sie luftdicht verschlossen, handelt es sich um eine farblose Flüssigkeit. Sobald die Säure aber mit Luft in Berührung kommt oder anfängt zu sieden, färbt sie sich orange. Das liegt an dem rotbraunen, stark toxischen Stickstoffdioxid (NO2), das dabei entsteht:

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

HNO3, nitric acid, Scheidewasser
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Rauchende Salpetersäure

Salpetersäure ist also eine der stärksten Säuren, sodass sie auch Edelmetalle wie Silber zersetzen kann. Der Name „Scheidewasser“ kommt daher, dass man mit einer 50%igen Lösung von Salpetersäure Silber aus Gold herauslösen kann. Du kannst Silber und Gold also durch die Säure trennen bzw. scheiden. 

Konzentrierte Salpetersäure kann auch mit anderen Säuren, beispielsweise Salzsäure (HCl) reagieren. Auf die Weise kannst du Königswasser herstellen:

    \[\ce{HNO3 + 3 HCl -> 2 Cl + NOCl + 2 H2O}\]

Im Königswasser entstehen dann Nitrosylchlorid (NOCl) und Chlor. Da Königswasser aus zwei starken Säuren besteht, kann es Verätzungen hervorrufen. Der Name „Königswasser“ kommt daher, dass es edle Metalle wie Gold und Platin auflösen kann.

Salz der Salpetersäure  

Wenn die Säure mit Metallen reagiert, entstehen Salze der Salpetersäure. Du nennst sie Nitrate

Reagiert Kupfer mit Salpetersäure, erhältst du Kupfer(II)-nitrat (Cu(NO3)2):

    \[\ce{3 Cu +  8 HNO3 -> 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O}\]

Zudem entstehen noch Wasser und Stickstoffmonoxid (NO).

Auch mit dem Metall Zink kann die Säure zu einem Nitrat, dem Zinknitrat (Zn(NO3)2) reagieren:

    \[\ce{3 Zn +  8 HNO3 -> 3 Zn(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O}\]

Dabei entstehen dieselben Nebenprodukte wie bei der Reaktion mit Kupfer. 

Verwendest du für die Experimente konzentrierte Salpetersäure, lösen sich die beiden Metalle vollständig in der Säure auf.

Salpetersäure Formel, nitric acid, Scheidewasser
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Zink und Kupfer in konzentrierter Salpetersäure

Salpetersäure Verwendung  

Das Scheidewasser ist einer der wichtigsten Grundstoffe in der chemischen Industrie. Schauen wir uns am besten ein paar Beispiele für die Verwendung der Säure an:

  • Synthesestoff: Salpetersäure dient zur Herstellung von einigen wichtigen Verbindungen:
    • Beispielsweise von Düngemitteln
    • Aber auch für wichtige chemische Verbindungen wie Phosphorsäure (H3PO4), Oxalsäure (C2H2O4) oder Farbstoffe (z.B. Azofarbstoffe)
    • Sprengstoffe wie Nitroglycerin (C3H5N3O9) oder Trinitrotoluol, TNT (C7H5N3O6)
  • Schmuck: Hier wird HNO3 in Kombination mit Salzsäure (HCl) als Prüfsäure zur Bestimmung des Goldgehalts eingesetzt. Außerdem kann durch das Scheidewasser Silber von Gold getrennt werden. 
  • Raketen: In Raketentreibstoffen dient das Scheidewasser als Oxidationsmittel
  • Reinigungsmittel: Mit einem Reinigungsmittel kannst du beispielsweise Fette entfernen. Ist in dem Reinigungsmittel HNO3 enthalten, lassen sich die Fette leichter beseitigen. Das liegt daran, dass sie durch die Säure wasserlöslicher gemacht werden. 
  • Metalle: Die Säure kann einerseits zum Polieren von Metallen verwendet werden. Andererseits wird sie auch zum Beizen (Veränderung der Oberfläche) und Brennen von Metallen benutzt. 

Salpetersäure Herstellung  

Das Scheidewasser wird schon seit dem Mittelalter hergestellt.

Noch bis heute funktioniert die Herstellung der Salpetersäure, wie sie der Alchemist Johann Rudolph Glauber entdeckt hat. Und zwar kann Salpetersäure durch die Reaktion von Schwefelsäure (H2SO4) mit einem Salz der Salpetersäure, nämlich Kaliumnitrat (KNO3), hergestellt werden:

    \[\ce{KNO3 + H2SO4 -> HNO3 + KHSO4}\]

Neben dem Scheidewasser entsteht auch noch Kaliumhydrogensulfat (KHSO4).

Statt Kaliumnitrat kannst du aber auch Natriumnitrat (NaNO3) mit Schwefelsäure reagieren lassen. Auch dann erhältst du Salpetersäure. Daneben entsteht außerdem Natriumhydrogensulfat (NaHSO4):

    \[\ce{NaNO3 + H2SO4 -> HNO3 + NaHSO4}\]

1903 wurde vom Physiker Kristian Olaf Bernhard Birkeland und dem Ingenieur Sam Eyde ein Verfahren zur Herstellung von HNO3 entwickelt. Das Verfahren beruht auf einem Lichtbogen. Der entsteht, wenn du an zwei Elektroden in einer Glaskugel Hochspannung anlegst. Dabei reagieren dann Stickstoff und Sauerstoff, die beide in der Luft enthalten sind, miteinander. Es bildet sich zunächst Stickstoffmonoxid (NO):

    \[\ce{N2 + O2 -> 2 NO}\]

NO reagiert dann mit Sauerstoff weiter zu Stickstoffdioxid (NO2):

    \[\ce{2 NO + O2 -> 2 NO2}\]

Stickstoffdioxid erkennst du in der Glaskugel sofort, da es orangebraun ist.

Wenn du NO2 mit Wasser reagieren lässt, entsteht schließlich HNO3:

    \[\ce{3 NO2 + H2O -> 2 HNO3 + NO}\]

Salpetersäure Formel, nitric acid, Scheidewasser
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Salpetersäure Herstellung

Da das Verfahren sehr viel Strom benötigt, wird es heute kaum noch angewendet. Stattdessen kannst du Salpetersäure heutzutage durch das Ostwald-Verfahren herstellen. Wie das funktioniert, erklären wir dir in unserem separaten Video!

Zum Video: Ostwald Verfahren
Zum Video: Ostwald Verfahren

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