Salpetersäure 06:40 min
Transkript Salpetersäure
Guten Tag und herzlich willkommen. Wir befassen uns wieder mit der Stickstoffgruppe, der 5. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Heute geht es im 6. Teil um Salpetersäure. Allgemeines: Salpetersäure ist eine starke anorganische Säure. Sie ist eine wichtige Grundchemikalie. Der industrielle Herstellungsprozess der Salpetersäure ist recht kompliziert. Mithilfe der Salpetersäure erhält man wichtige Folgeprodukte. Salpetersäure ist wirtschaftlich unentbehrlich. Salpetersäure kann man in Flaschen aufbewahren. Ihre chemische Formel ist HNO3. Es ist möglich reine 100%ige Salpetersäure herzustellen. Salpetersäure ist stark ätzend und giftig. Im Handel wird weiter 65%ige, 53%ige und auch noch verdünntere Salpetersäure angeboten. Physikalische Eigenschaften: Salpetersäure ist eine farblose Flüssigkeit. Salpetersäure hat einen unangenehmen Geruch. Diese Gase sind giftig. Es handelt sich dabei um sogenannte nitrose Gase. Salpetersäure ist relativ niedrig siedend. Die Siedetemperatur beträgt 83°C. Salpetersäure ist schwerer als Wasser. Die Dichte beträgt 1,5g/cm3. Dissoziation: Salpetersäure dissoziiert in wässriger Lösung. Ein Molekül Salpetersäure dissoziiert in ein positiv geladenes Wasserstoffion und in ein negativ geladenes Nitration. HNO3 H+ + NO3-. Die genauere Darstellung der Dissoziation ist nur für Schülerinnen und Schüler der höheren Klassen geeignet. HNO3 + H2O H3O+ + NO3-. 1 Molekül Salpetersäure reagiert mit einem Molekül Wasser unter Bildung eines Hydroniumions H3O+ und eines Nitrations NO3-. Salze: Wenn Natriumhydroxid mit Salpetersäure reagiert, so bildet sich ein Salz. Es entsteht Natriumnitrat NaNO3 und Wasser. Diese Reaktion bezeichnet man als Neutralisation. NaNO3 ist Natriumnitrat. Die Salze der Salpetersäure heißen Nitrate. Der nächste Abschnitt ist wieder nur für die höheren Klassenstufen geeignet. Reaktion mit Kupfer: HNO3 Salpetersäure und Kupfer 3CU--> Salzkupfernitrat 3CU(NO3)2 + 4H2O Wasser + 2NO Stickstoffmonoxid. Das besondere an dieser Reaktion ist, dass es sich um eine Oxidation handelt. Kupfer ist relativ edel. Eine analoge Reaktion mit Salzsäure funktioniert nicht. Reaktion mit Eisen: Eisen Fe reagiert mit verdünnter Salpetersäure HNO3 zu Eisen-2-Nitrat Fe(NO3)2 und Wasserstoff H2 wird frei. Stickstoffdünger: Stickstoffdünger enthalten das chemische Element Stickstoff in gebundener Form. Ein besonders interessanter Vertreter ist Ammoniumnitrat NH4NO3. In wässriger Lösung dissoziiert Ammoniumnitrat in ein Ammoniumion NH4+ und in ein Nitration NO3-. Die Wirkung der beiden Ionen ist unterschiedlich. Nitrat ist zu Beginn sehr aktiv, dann nimmt die Aktivität ab. Das Ammoniumion wirkt langsamer, dafür nachhaltiger. Sprengstoffe: Nehmen wir zum Beispiel die chemische Verbindung Glycerin. Bei der Reaktion mit Salpetersäure HNO3 bildet sich eine neue chemische Verbindung. Die funktionellen Gruppen dieser Verbindung habe ich rot gekennzeichnet, es handelt sich dabei um Glycerinnitrat. Umgangssprachlich auch als Nitroglyzerin bezeichnet. 3 Moleküle Wasser werden frei. Zum Schluss einiger Worte über die Herstellung von Salpetersäure. Auch dieser Abschnitt ist mit erhöhtem Schwierigkeitsgrad. Zur Herstellung von Salpetersäure benötigt man 1. Ammoniak, welches oxidiert wird. Bei dieser Oxidation entsteht Stickstoffmonoxid und Wasser wird frei. 4NH3 + 5O2 --> 4NO + 6H2O. Diese Reaktion benötigt einen Katalysator und läuft bei hohen Temperaturen ab. 2. Stickstoffmonoxid reagiert mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid. 2NO + O2 --> 2NO2. 3. Stickstoffdioxid reagiert mit Wasser zu Salpetersäure und Stickstoffmonoxid wird frei. 3NO2 + H2O --> 2HNO3 + NO. Salpetersäure HNO3 konnte hergestellt werden. Ich bedanke mich für Eure Aufmerksamkeit. Alles Gute und auf Wiedersehen.
Videobeschreibung
Was ist Salpetersäure?
Salpetersäure (Summenformel: $HNO_3$) ist eine starke, anorganische Sauerstoffsäure des Stickstoffs. Sie ist sehr stabil und kann in Flaschen aufbewahrt werden. Die Konzentrationen $100\%$, $65\%$, $53\%$ sind häufig zu finden, aber auch stärker verdünnte Lösungen gibt es zu kaufen. In wässriger Lösung dissoziiert Salpetersäure weitgehend zu Ionen. Die Salze werden als Nitrate bezeichnet.
Physikalische Eigenschaften:
- Farblose Flüssigkeit
- Unangenehmer Geruch (Dieser entsteht durch giftige, nitrose Gase.)
- Molare Masse: $63,01 \frac{\text{g}}{\text{mol}}$
- Schmelzpunkt: $-42^\circ\text{C}$
- Siedepunkt: $83^\circ\text{C}$
- Dichte: $\rho=1,5 \frac{\text{g}}{\text{cm}^3}$ (schwerer als Wasser)
- Löslichkeit: Mit Wasser in jedem Verhältnis mischbar.
Gefahrstoffhinweise
Signalwort: Gefahr
Für die Gefahrenhinweise, Sicherheitshinweise und die veralteten R und S-Sätze, siehe Tabelle unten.
Verwendung
Salpetersäure wird in Form ihrer Salze für Dünger und die Herstellung von Sprengstoffen genutzt. Außerdem wird die Nitrierung bei der Herstellung von Heilmitteln, Farbstoffen und Desinfektionsmitteln eingesetzt. In einer Mischung mit Salzsäure entsteht das sogenannte Königswasser, was Gold auflösen kann.
Stickstoffdünger
Stickstoffdünger enthalten Stickstoff in gebundener Form, häufig wird dazu Ammoniumnitrat verwendet. Dieses dissoziiert in Wasser zu einem Ammonium-Ion und einem Nitrat-Ion.
$NH_4NO_3 \rightleftharpoons NH_4^+ + NO_3^-$
Sprengstoffe
Zur Herstellung des bekannten Sprengstoffes Nitrogylcerin (Glycerinnitrat), wird Glycerin mit Salpetersäure verestert.
Herstellung:
Salpetersäure wird in der Industrie nach dem sogenannten Ostwaldverfahren hergestellt. Dabei laufen nacheinander drei Reaktionsschritte ab:
Oxidation von Ammoniak:
$4NH_3+5O_2 \rightarrow 4NO + 6 H_2O$
Stickstoffmonoxid reagiert mit Sauerstoff zu Stickstoffdioxid
$2 NO + O_2 \rightarrow 2 NO_2$
Stickstoffdioxid reagiert mit Wasser zu Salpetersäure und Stickstoffmonoxid
$3 NO_2 + H_2O \rightarrow 2HNO_3 + NO$
Wichtige Reaktionen
Dissoziation in Wasser
In Wasser dissoziiert Salpetersäure vereinfacht gesehen zu Nitrat-Ionen und positiv geladenen Wasserstoff-Ionen:
$ HNO_3 \rightleftharpoons H^++NO_3^-$
Genauer betrachtet sieht die Reaktion entstehen Hydronium-Ion:
$HNO_3 + H_2O \rightleftharpoons H_3O^++No_3^-$
Neutralisation von Basen
Bei der Neutralisation von Säuren und Basen entstehen Salze. Bei der Reaktion mit Salpetersäure werden diese Nitrate genannt. Reagiert zum Beispiel Salpetersäure mit Natronlauge bildet sich das Salz Natriumnitrat.
$NaOH + HNO_3 \rightarrow NaNO_3 + H_2O$
Oxidation
Salpetersäure wirkt oxidierend. Sie kann also mit edlen Metallen wie Kupfer zu Kupfernitrat reagieren.
$8 HNO_3+ 3Cu \rightarrow 3 Cu(NO_3)_2 + 4 H_2O + 2 NO$
Reaktion mit Eisen
Auch mit unedlen Metallen wie Eisen kann verdünnte Salpetersäure zu Eisen(II)-nitrat reagieren.
$Fe + 2HNO_3 \rightarrow Fe(NO_3)_2 + H_2$
Nachweis
Durch die Ringprobe und Lunges Reagenz können Nitrationen und somit Salpetersäure im Labor nachgewiesen werden.
Der Tutor:
Dr. rer. nat.
Salpetersäure
Sicherheitshinweise zu Salpetersäure
| Nummer | Bedeutung |
|---|---|
| Gefahrenhinweise | |
| H272 | Kann Brand verstärken; Oxidationsmittel. |
| H314 | Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. |
| H331 | Giftig bei Einatmen. |
| H400 | Sehr giftig für Wasserorganismen. |
| H411 | Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. |
| Sicherheitshinweise | |
| P271 | Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. |
| P210 | Von Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. |
| P280 | Schutzhandschuhe/-kleidung und Augen-/Gesichtsschutz tragen. |
| P309+310 | BEI Exposition oder Unwohlsein: Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. |
| P304+340 | BEI EINATMEN: An die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert. |
| P301+330+331 | BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. |
| R-Sätze | |
| R35 | Verursacht schwere Verätzungen |
| S-Sätze | |
| S23 | Gas/Rauch/Dampf/Aerosol nicht einatmen (geeignete Bezeichnung(en) vom Hersteller anzugeben). |
| S26 | Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren. |
| S36/37/39 | Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen. |
| S45 | Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt zuziehen (wenn möglich, dieses Etikett vorzeigen). |
Salpetersäure Übung
Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Salpetersäure kannst du es wiederholen und üben.
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Beschreibe die Salptersäure.
Tipps
Salpetersäure bildet sich aus Oxiden des Stickstoffs, Sauerstoff und Wasser.
Salpetersäure zerstört lebendes Gewebe und greift Oberflächen an.
Lösung
Salpetersäure gehört zu den anorganischen Säuren, da sie keinen Kohlenstoff enthält.
Der stechende Geruch entsteht durch die nitrosen Gase, welche aus Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid bestehen. Man sollte daher auf das Einatmen der Gase verzichten, da sonst bleibende Lungenschädigungen entstehen können.
Salpetersäure wird mithilfe des Ostwald-Verfahrens hergestellt, welches sehr kompliziert und aufwendig ist.
Salpetersäure bildet sich aus Oxiden des Stickstoffs, Sauerstoff und Wasser.
Sie wirkt ätzend auf unserer Haut und für lebendes Gewebe, daher ist im Chemieunterricht vorsichtig mit ihr umzugehen.
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Vervollständige die Reaktionsgleichungen der Salpetersäure.
Tipps
Dissoziiert Salpetersäure in Wasser, dann ist die Lösung sauer.
Salpetersäure reagiert mit einer Lauge zu seinem Salz.
Überlege, welches giftige Gas bei der Reaktion von Salpetersäure mit Kupfer entsteht.
Lösung
Salpetersäure dissoziiert in Wasser immer zu Hydronium-Ionen (auch: Oxonium-Ion) und Nitrat-Ionen. Nitrate können zum Beispiel mithilfe der Ringprobe nachgewiesen werden.
Reagieren Natronlauge mit Salpetersäure, so bilden das $Na^+$-Ion und das ${NO_3}^-$-Ion das Salz Natriumnitrat.
Reagiert Salpetersäure mit Kupfer, so entstehen Kupfernitrat, Wasser und Stickstoffmonoxid, welches toxisch und brandfördernd ist.
Bei der Reaktion mit Eisen entsteht neben dem Eisen-(II)-Nitrat noch aufsteigender Wasserstoff.
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Bestimme die Reihenfolge beim Nachweis von Säuren mit Universalindikator.
Tipps
Wasser ist neutral.
Oxonium-Ionen erzeugen eine saure Umgebung.
Lösung
Wasser ist eine neutrale Flüssigkeit. Gibt man zum Wasser den Universalindikator hinzu, so färbt sich die Lösung grün. Versetzt man die grüne Flüssigkeit dann mit einigen Tropfen der Salpetersäure, dann färbt sich die Lösung rot, denn bei der Dissoziation mit Wasser entstehen Oxonium-Ionen (Hydronium-Ionen), die eine saure Umgebung erzeugen.
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Unterscheide zwischen starken und schwachen Säuren.
Tipps
Essigsäure dissoziiert nicht vollständig in Wasser.
Salpetersäure und Salzsäure dissoziieren vollständig in Wasser.
$HCN$ dissoziiert nicht vollständig in Wasser.
Lösung
Salzsäure und Salpetersäure sind sehr starke Säuren, da ihr $pK_S$-Wert kleiner als 0 ist.
Essigsäure, Wasser und Cyanwasserstoff sind schwache Säuren, da ihr $pK_S$-Wert größer als 0 ist und sie nicht vollständig in Wasser dissoziieren. Je weiter also das Gleichgewicht auf Seiten der undissoziierten Säure verschoben ist, desto schwächer ist die Säure, da weniger Hydronium-Ionen (Oxonium-Ionen) in Lösung vorliegen.
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Beschreibe die Wirkung von Stickstoffdünger.
Tipps
Beachte: ${NH}_4{NO}_3$ und $ NH_4NO_2$
Lösung
Wie der Name schon verrät, enthalten Stickstoffdünger das Element Stickstoff. Es kommt gebunden vor, d.h. es kommt in einer Verbindung vor. Hier ist es das Ammoniumnitrat $NH_4NO_3$, welches nicht zu verwechseln ist mit dem Ammoniumnitrit $NH_4NO_2$. Weitere Stickstoffdünger sind zum Beispiel Ammoniumsulfat oder auch Ammoniumsulfatsalpeter.
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Erkläre das Ostwald-Verfahren.
Tipps
Bei der ersten Teilreaktion entsteht $NO$.
Bei der zweiten Teilgleichung entsteht $NO_2$.
Lösung
Das Verfahren hat seinen Namen dem deutschen Chemiker Wilhelm Friedrich Ostwald zu verdanken. Die Reaktionen sind alle exotherm, da Energie frei wird. Das Restgas bei der Herstellung enthält schädliches Stickstoffmonoxid und muss deshalb gründlich gereingt werden.
1 Kommentar
gutes video