Elemente und Moleküle, Schulbuch

84 5 GRoSSteCHNISCHe CHeMIe Festpunkt ca. 41 °C Kochpunkt ca. 121 °C • Starke Säure • Starkes Oxidationsmittel Versuch 85.3 • Konzentrierte Salpetersäure: 69 % Konzentrierte Salpetersäure ist ein azeotro- pes 1 Gemisch von 69 % mit Wasser. • Rote oder rauchende Salpetersäure • „Königswasser“ = HNO 3 und HCl 1:3 greift Gold an • Nitriersäure = H 2 SO 4 + HNO 3 • Xanthoproteinreaktion Versuch 85.2 Abb. 84.1: Eigenschaften der Salpetersäure ( 1 Azeotrop: destillativ nicht trennbares Gemisch mit Wasser) HNO 3 Salpetersäure Bis zur Entwicklung der Ammoniaksynthese wurde Salpetersäure aus Chilesalpeter gewonnen. Er besteht vor allem aus Natriumnitrat. Durch Reaktion mit Schwefel - säure wurde die leicht verdampfbare Salpetersäure durch Erhitzen ausgetrieben. 2 NaNO 3 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + 2 HNO 3 Eine Möglichkeit zur Synthese der Salpetersäure, ausgehend von Luftstickstoff, war die „Luftverbrennung“ im elektrischen Lichtbogen. Dabei wird NO gewonnen, das Ausgangsprodukt der Salpetersäureherstellung. Das Gleichgewicht der stark endothermen Reaktion liegt natürlich aufseiten der Ausgangsstoffe, sonst wäre unsere Luft ja nicht stabil. Eine Verschiebung zu den Produkten beginnt erst weit über 1000 °C. Für eine gute Ausbeute benötigt man etwa 2700 °C. Im elektrischen Lichtbogen ist die Reaktion durchführbar, allerdings benötigt man dazu so viel elektrische Energie, dass das Verfahren unrentabel ist. Die entstehende Wärme muss durch sehr rasches Abkühlen entfernt werden, da NO sonst wieder zerfällt. Diese Reaktion spielt auch bei der Bildung von NO als Luft - schadstoff eine bedeutende – unerwünschte – Rolle. NO entsteht so als Nebenpro - dukt bei allen Verbrennungen. Je höher die Temperatur der Flamme, desto mehr NO wird gebildet. Heute wird NO zur Salpetersäureherstellung durch katalytische Verbrennung von Ammoniak gewonnen ( Ostwald-Verfahren ). Ammoniak verbrennt normalerweise zu Stickstoff und Wasserdampf. Über Katalysatoren aus Platin-Rhodium-Legierung ent - steht aber NO und Wasserdampf. Die Kontaktzeit mit dem Katalysator darf allerdings nur kurz sein (unter 0,001 sec), da der Katalysator auch den Zerfall von NO in die Elemente katalysiert (Abb. 84.3). In der Technik wird Ammoniak mit Luft gemischt (Luftüberschuss) und mit großer Geschwindigkeit über die Pt/Rh-Netze geblasen. Durch den exothermen Prozess entsteht eine Temperatur von 800–900 °C. Dabei werden geringe Mengen der Le - gierung abgelöst und mitgerissen. Diese Katalysatorverluste bilden einen bedeuten - den Kostenfaktor und sind nicht ganz vermeidbar, obwohl Methoden zur Rückge - winnung entwickelt wurden. NO reagiert mit Sauerstoff (aus dem Luftüberschuss) weiter zu NO 2 . Die schwach exotherme Reaktion benötigt nur geringe Aktivierungsenthalpie. Je tiefer die Tem - 4 NH 3 + 5 O 2 4 NO + 6 H 2 O ∆ H = –904,8 kJ Ammoniakverbrennung 2 NO + O 2 2 NO 2 ∆ H = –113,2 kJ Oxidation von NO 2 NO 2 + H 2 O NO + 2 HNO 3 NO + 0,5 O 2 NO 2 Salpetersäure aus NO 2 Abb. 84.2: Reaktionen der Salpetersäureerzeugung Abb. 84.3: Schema der Salpetersäureproduktion – Ostwald-Verfahren Luft Luft Wasser Dampf Kühl- wasser Abgas Kühlwasser Wasser Mischer Pt-Netz Reaktor Kühlung Verdichter Tank Oxidations- und Absorptions- kolonne verdünnte nicht umgesetztes Verdichter NO/NO 2 HNO 3 O 2 NH 3 NO NO/NO 2 HNO 3 Kühlung Kühlung HNO 3 NO/NO 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv