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Die erstaunliche Umwandlung der Salpetersäure: Warum wird sie gelb?
Salpetersäure ist eine anorganische Verbindung mit der chemischen Formel HNO3 und eine stark ätzende Mineralsäure. Bei Raumtemperatur ist die Verbindung farblos, doch mit der Zeit neigen die Proben aufgrund der Zersetzung in Stickoxide (NOx) dazu, eine gelbliche Farbe anzunehmen. Dieses Phänomen ist nicht nur überraschend, sondern erregt auch die Aufmerksamkeit vieler Chemieexperten und veranlasst dazu, die entsprechenden chemischen Reaktionsmechanismen eingehend zu erforschen.
Die meiste handelsübliche Salpetersäure ist in der Regel in einer Konzentration von 68 % erhältlich. Wenn die Konzentration der Salpetersäure in der Lösung 86 % übersteigt, spricht man von rauchender Salpetersäure.
Im Unterschied zu gewöhnlicher Salpetersäure kann rauchende Salpetersäure je nach dem Gehalt an Stickstoffdioxid noch weiter in rote rauchende Salpetersäure und weiße rauchende Salpetersäure unterteilt werden. Eine solche Einteilung spiegelt nicht nur die Variabilität der Salpetersäure in unterschiedlichen praktischen Anwendungen wider, sondern bietet auch vielfältige Möglichkeiten für die industrielle Produktion. Viele Industrieverbindungen werden durch Salpetersäure katalysiert, insbesondere bei der Herstellung von Sprengstoffen, synthetischen Farbstoffen und Arzneimitteln wie Metronidazol.
Geschichte der Salpetersäure
Die Geschichte der Salpetersäure lässt sich bis zur europäischen Alchemie im 13. Jahrhundert zurückverfolgen. Historiker sind sich im Allgemeinen einig, dass Salpetersäure erstmals in Pseudo-Gebers „The Discovery of Truth“ beschrieben wurde. Das Vorkommen von Salpetersäure ist auch in früheren arabischen Dokumenten erwähnt, beispielsweise in „Die Kiste der Weisheit“ von Jabir ibn Hayyan. Diese frühen Dokumente zeigen, dass die Menschen bereits vor Jahrhunderten die Eigenschaften und Verwendungsmöglichkeiten der Salpetersäure erforschten.
Im 17. Jahrhundert schlug Johann Rudolf Glauber ein Verfahren zur Gewinnung von Salpetersäure durch Destillation von Kaliumnitrat mit Schwefelsäure vor und ebnete damit den Weg für die moderne Herstellung von Salpetersäure.
Im 20. Jahrhundert wurden die Methoden zur industriellen Herstellung von Salpetersäure im Zuge einer Reihe technologischer Durchbrüche schrittweise vielfältiger. Unter ihnen ist das Birkeland-Eyde-Verfahren eine wichtige Methode zur Herstellung von Salpetersäure durch Oxidation von Luft mit einem Hochtemperatur-Lichtbogen, die eine neue Ära der industriellen Produktion einleitete.
Physikalische und chemische Eigenschaften von Salpetersäure
Handelsübliche Salpetersäure bildet mit Wasser ein Azeotrop und enthält üblicherweise 68 % HNO3. Der Siedepunkt dieser Lösung bei 1 Atmosphäre Druck beträgt 120,5 °C. Bei Zimmertemperatur erscheint Salpetersäure als farblose Flüssigkeit. Aufgrund ihrer Licht- und Wärmeempfindlichkeit zersetzt sie sich jedoch bei der Lagerung leicht und setzt Stickoxide frei. Aus diesem Grund erscheint Salpetersäure, wenn sie über einen längeren Zeitraum gelagert wird, gelb oder sogar rot.
Dieser Farbänderungsprozess wird durch die thermische Zersetzungsreaktion von Salpetersäure verursacht und seine chemische Gleichung lautet: 4 HNO3 → 2 H2O + 4 NO2 + O2.
Es ist erwähnenswert, dass Salpetersäure keine einfache Säure ist, da sie mit einer Vielzahl von Metallen reagieren kann und ihre Reaktivität je nach Konzentration der Salpetersäure und der Art des reagierenden Metalls variiert. Konzentrierte Salpetersäure kann inaktive Metalle oxidieren, während verdünnte Salpetersäure mit den meisten Metallen auf typisch saure Weise reagiert und dabei Wasserstoffgas freisetzt.
Anwendungen von Salpetersäure
In der industriellen Produktion wird Salpetersäure vor allem zur Herstellung von Düngemitteln verwendet, wobei die Stickstoffdüngung einen wichtigen Zweig darstellt. 76 bis 80 Prozent der jährlich produzierten Gesamtmenge an Salpetersäure wird zur Herstellung von Aminosalpetersäure verwendet, was die Bedeutung der Salpetersäure in der Landwirtschaft unterstreicht. Seine Anwendung bei der Herstellung von Sprengstoffen, synthetischen Faserrohstoffen und speziellen organischen Verbindungen umfasst die nationale Verteidigungsindustrie und die damit verbundenen technischen Anwendungen.
Darüber hinaus kann Salpetersäure als Oxidationsmittel verwendet werden und wird häufig in Raketentreibstoff eingesetzt, weshalb Salpetersäure auch in der Luft- und Raumfahrt Verwendung findet.
All diese Anwendungen demonstrieren nicht nur die Vielseitigkeit der Salpetersäure als wichtige chemische Substanz, sondern unterstreichen auch ihre allgegenwärtige Bedeutung in unserem täglichen Leben und der industriellen Produktion. Angesichts des kontinuierlichen wissenschaftlichen und technologischen Fortschritts fragt man sich unweigerlich, wie die Zukunft der Salpetersäure aussehen wird.
