Elemente und Moleküle, Schulbuch

85 5.2 herSTellUng anOrganiScher grUnDcheMiKalien peratur, desto günstiger die Gleichgewichtslage (Prinzip vom kleinsten Zwang). Man kühlt also das NO/Luft-Gemisch ab und es entsteht ohne Katalysator NO 2 . Das zur Salpetersäuresynthese theoretisch notwendige Säureanhydrid ist N 2 O 5 . Es ist äußerst instabil, existiert nur bei Temperaturen unter 47 °C und neigt zur explo - siven Zersetzung. Daher verwendet man statt dessen eine Mischung aus NO 2 und Luft. (Auch nach der NO 2 -Bildung ist aus der Ammoniakverbrennung noch Luftüber- schuss vorhanden.) Dieses Gasgemisch wird in Absorptionstürmen mit entgegen- fließender verdünnter Salpetersäure zur Reaktion gebracht. Das Wasser der ver - dünnten Salpetersäure reagiert mit dem Gasgemisch zu Salpetersäure und dabei entsteht konzentrierte Salpetersäure. Im ersten Absorptionsturm wird das Gasge- misch nicht vollständig absorbiert und daher der Rest in einen weiteren Absorpti - onsturm geleitet, in dem ihm Wasser entgegenströmt. Dabei bildet sich verdünnte Salpetersäure, die ihrerseits als Absorptionsmittel des ersten Absorptionsturmes verwendet wird (mehrfaches Gegenstrom-Verfahren). Eigentlich verläuft die Reaktion in mehreren Schritten. Die Oxidation des als Zwi - schenprodukt entstehenden NO ist nicht rasch genug, sodass im Abgas nach der Absorption neben Stickstoff und Luftüberschuss noch beträchtliche Mengen NO enthalten sind. Diese stellen eine bedeutende Luftbelastung dar, da NO und seine Folgeprodukte (NO 2 , N 2 O 4 ), die zusammen Stickoxide ( Stickstoffoxide ) NO x genannt werden, zu den gefährlichsten Luftschadstoffen gehören. Diese Luftbelastung lässt sich verringern, wenn bei der Salpetersäuresynthese mit höherem Druck gearbeitet wird. NO wird dann im Absorptionsturm schneller wieder zu NO 2 oxidiert und zu- gleich verbessert sich die Salpetersäureausbeute. 1987 wurde von der damaligen Chemie-Linz-AG (Heute: Agro-Linz), dem wichtigsten österreichischen Salpetersäu - rehersteller, eine neue Anlage nach diesem umweltschonenden Verfahren in Betrieb genommen. Dadurch wurde die Belastung durch Stickstoffoxide im Raum Linz spür - bar verringert. Das Verfahren hat jedoch auch einen großen wirtschaftlichen Nachteil: Mit steigen - dem Druck vergrößern sich die Katalysatorverluste bei der Ammoniakverbrennung. Sie betragen heute jährlich etwa 20 – 25 % der gesamten Katalysatormenge. Man ersieht daraus, dass Umweltschutzmaßnahmen oft beträchtliche Kosten nach sich ziehen. Etwa 1/3 der Ammoniakweltproduktion wird zur Salpetersäureherstellung verwen- det. Die Salpetersäure wird zum größten Teil zu Nitraten für die Düngemittelherstel- lung weiterverarbeitet (hauptsächlich Ammoniumnitrat durch Reaktion mit Ammo - niak). Sie kann auch, ähnlich wie Schwefelsäure, zum Aufschließen von Phosphat verwendet werden. Für die Herstellung von Sprengstoffen ist Salpetersäure der wichtigste Ausgangs- stoff. Schon das früher verwendete Schießpulver (Schwarzpulver) enthielt Kalium- nitrat als Oxidationsmittel. Heute werden als Sprengstoffe die Reaktionsprodukte von Salpetersäure mit Glycerol, Glycol oder aromatischen Kohlenwasserstoffen ver - wendet („Nitroglycerin“, TNT). Als Schießpulver verwendet man das Reaktionspro - dukt von Salpetersäure mit Cellulose (Schießbaumwolle mit einer Reihe von Zusatz - stoffen). Für die Sprengstoffherstellung wird eine Mischung von Salpetersäure mit Schwefelsäure – „Nitriersäure“ – eingesetzt. Diese zentrale Bedeutung der Salpe- tersäure bei der Sprengstoffherstellung war auch die Hauptursache für die Entwick- lung der Ammoniaksynthese vor Beginn des Ersten Weltkrieges. Die Reaktionspro - dukte der Salpetersäure mit organischen Verbindungen (Salpetersäureester, Nitroverbindungen) dienen auch als Ausgangsstoffe für Lacke (Nitrolacke) und Farb- stoffe. ■ 85.1: Katalytische Ammoniakverbrennung Man stellt einen Titrierkolben auf ein Dreibein mit Drahtnetz und füllt etwa 30 mL Ammoni- ak-Lösung 25 % ein. Dann leitet man Sauer - stoff aus der Gasflasche mit einem Glasrohr langsam durch die Ammoniak-Lösung. Nun erwärmt man vorsichtig und hält einen Pla- tindraht in die Ammoniak-Sauerstoff-Atmo- sphäre. Springt die Reaktion nicht gleich an, so erwärmt man den Platindraht. Der Platin- draht glüht heftig auf, da an seiner Oberflä- che Ammoniak katalytisch verbrennt. Dabei kann er so heiß werden, dass die Zündtempe- ratur des Gasgemisches überschritten wird und Verpuffung eintritt. Daher ist ein Weit- halskolben zu verwenden. ■ 85.2: Xanthoprotein-Reaktion Man versetzt in einer Proberöhre etwas Ei- klar-Lösung mit konzentrierter Salpetersäure. Sofort tritt Gelbfärbung ein. ■ 85.3: Oxidierende Wirkung der HNO 3 Im Abzug durchführen! Man gibt auf ein Stück Kupferblech oder Kupferdraht in einem kleinen Becherglas etwas konzentrierte Salpetersäure. Sofort entsteht braunes NO 2 -Gas. Durch starkes Verdünnen mit Wasser kann die Reaktion gestoppt werden. LeHReRVeRSUCHe LeHReRVeRSUCH HNO 3 Düngemittel Sprengstoffe Nitrolacke Metallbearbeitung ■ 85.1: Vor der Einführung der heute gebräuchlichen Herstellverfahren für Salpetersäure wurde diese durch Reaktion von Natriumnitrat mit konz. Schwefelsäure hergestellt. Formulier die Reaktionsglei - chung! Bestimme den Typ der Reaktion! ÜBUNGeN Abb. 85.1: Produkte, ausgehend von Salpetersäure Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv