Was ist der Zusammenhang zwischen Salpetersäure und Schwefelsäure?
Salpetersäure und Schwefelsäure sind zwei der wichtigsten Industriechemikalien und werden in großen Mengen hergestellt. Sie sind in vielerlei Hinsicht miteinander verbunden, sowohl in Bezug auf ihre Herstellung als auch in Bezug auf ihre Verwendung. Beide Säuren sind für die Dünge- und Sprengstoffindustrie von entscheidender Bedeutung und gehören zu den am häufigsten verwendeten Laborreagenzien. Sie sind auch ernste Schadstoffe und tragen zum sauren Regen bei.
Ein frühes Verfahren zur Herstellung von Schwefelsäure bestand darin, Salpeter (NaNO 3 ) und Schwefel mit Dampf zu erhitzen. Salpetersäure (HNO 3 ) wurde zuerst durch Destillation von Salpeter mit konzentrierter Schwefelsäure (H 2 SO 4 ) hergestellt. Die beiden Chemikalien reagieren unter Bildung von Salpetersäure und Natriumhydrogensulfat: H 2 SO 4 + NaNO 3 → NaHSO 4 + HNO 3 . Die Mischung wird erhitzt und die Salpetersäure, die bei 181,4 ° F (83 ° C) siedet, wird als Dampf erzeugt, der in einer Vorlage kondensiert wird.
Diese Herstellungsverfahren wurden im industriellen Kontext abgelöst, aber die Destillation eines Metallnitrats mit Schwefelsäure kann immer noch angewendet werden, um kleine Mengen Salpetersäure im Labor herzustellen. Der heiße Salpetersäuredampf neigt dazu, sich teilweise in Stickstoffdioxid, Wasser und Sauerstoff zu zersetzen, was zu einer unreinen Säure führt. Zur Gewinnung der reinen Säure wird unter vermindertem Druck destilliert, so dass weniger Wärme benötigt wird. Als Apparatur muss ausschließlich Glas verwendet werden, da Salpetersäure Gummi, Kork und die meisten Kunststoffe schnell zerstört.
Heutzutage wird Salpetersäure kommerziell durch katalytische Oxidation von Ammoniak unter Bildung von Stickstoffdioxid hergestellt, das zur Herstellung der Säure in Wasser gelöst wird. Die Rohsäure kann zu Konzentrationen von bis zu 68,5% destilliert werden und bildet dann mit Wasser ein Azeotrop. Dies ist die handelsübliche Salpetersäure, die für die meisten Anwendungen und als Laborreagenz verwendet wird. Höhere Konzentrationen können nicht durch einfache Destillation erhalten werden. Wenn wasserfreie oder sehr hoch konzentrierte Salpetersäure - oft als "rauchende Salpetersäure" bezeichnet - benötigt wird, kann diese durch Destillation unter vermindertem Druck mit konzentrierter Schwefelsäure hergestellt werden, wodurch das Wasser entfernt wird.
Die größte Verwendung für Salpetersäure und Schwefelsäure findet sich in der Düngemittelindustrie. Salpetersäure wird zur Herstellung von Nitratdüngern verwendet, die essentiellen Stickstoff in einer Form freisetzen, die von Pflanzen leicht aufgenommen werden kann. Ammoniumnitrat ist eines der am häufigsten verwendeten Düngemittel. Schwefelsäure wird mit Phosphatgestein oder Knochenmehl zu „Superphosphat“ umgesetzt, das Phosphor liefert, ein weiteres wesentliches Element für Pflanzen. Diese Säure wird auch zur Herstellung von Ammoniumsulfat verwendet, einem gängigen Düngemittel.
Eine weitere wichtige industrielle Anwendung für Salpetersäure und Schwefelsäure ist die Herstellung von Sprengstoffen. Der Großteil der Sprengstoffe für militärische und kommerzielle Zwecke wird durch Nitrierung organischer Verbindungen synthetisiert. Bei diesem Verfahren werden Nitronium (NO 2+ ) -Ionen verwendet, um Hydroxyl (OH) -Gruppen durch Nitro (NO 2 ) -Gruppen zu ersetzen. Die NO 2+ -Ionen werden durch Kombination von Salpetersäure und Schwefelsäure bereitgestellt, die wie folgt reagieren: HNO 3 + 2H 2 SO 4 → H 3 O + + NO 2 + + 2HSO 4 - .
Bei einigen Sprengstoffen, beispielsweise Trinitrotoluol (TNT), muss die Mischung wasserfrei sein. Dies kann durch die Verwendung von wasserfreier oder "rauchender" Salpetersäure sichergestellt werden. Alternativ kann handelsübliche Salpetersäure mit Oleum verwendet werden - hergestellt durch Lösen von Schwefeltrioxid (SO 3 ) in konzentrierter Schwefelsäure -, so dass das Wasser durch Kombination mit SO 3 entfernt wird , um mehr Schwefelsäure zu produzieren. Das letztere Verfahren ist im Allgemeinen bevorzugt, da Oleum leicht durch dasselbe Verfahren hergestellt werden kann, das den größten Teil der Schwefelsäure erzeugt. Rauchende Salpetersäure ist relativ teuer in der Herstellung, gefährlich beim Transport und zersetzbar, wenn sie nicht gekühlt aufbewahrt wird.
Neben ihren industriellen Anwendungen gehören Salpetersäure und Schwefelsäure zu den am häufigsten verwendeten Laborreagenzien. Beide sind bei Verfahren nützlich, die starke Säuren erfordern. Schwefelsäure ist ein starkes Dehydratisierungsmittel, das zum Trocknen einiger frisch zubereiteter Gase und bei Reaktionen verwendet werden kann, bei denen Wasser aus Verbindungen entfernt wird. Es kann auch verwendet werden, um andere Säuren aus ihren Salzen freizusetzen. Salpetersäure ist nützlich als Oxidationsmittel, als Nitrierungsmittel und wird häufig in der chemischen Analyse verwendet, insbesondere zur Identifizierung von Metallen, die in Boden- und Mineralproben vorhanden sind.
Schwefel- und Salpetersäure sind ebenfalls Hauptschadstoffe und tragen zum sauren Regen bei. Salpetersäure entsteht, wenn sich das in Fahrzeugabgasen enthaltene und durch Blitzeinwirkung auf natürliche Weise entstehende Gas Stickstoffdioxid in Wasser auflöst. Schwefelsäure entsteht, wenn Schwefeldioxid, das durch Verbrennung fossiler Brennstoffe und natürlich durch Vulkane entsteht, mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid reagiert, das sich in Wasser unter Bildung von Schwefelsäure löst. Trotz der natürlichen Produktion dieser Verbindungen sind künstliche Quellen für den meisten sauren Regen verantwortlich. Schwefelsäure ist der Hauptverursacher, da Schwefeldioxid ein häufigerer Schadstoff als Stickstoffdioxid ist.