salpetersyre

Som for andre sterke syrer, vil fortynnede løsninger av salpetersyre angripe og løse opp uedle metaller, slik som magnesium og sink, under utvikling av hydrogengass (H₂). Konsentrerte oppløsninger av salpetersyre virker sterkt oksiderende og løser opp mer edle metaller som kobber, sølv og kvikksølv under dannelse av nitrogenoksider.

En blanding av konsentrert salpetersyre og konsentrert saltsyre, vanligvis i volumforholdet 1 del salpetersyre til 3 deler saltsyre, kalles kongevann (aqua regia). Denne blandingen er i stand til å løse opp edelmetaller som gull, platina og palladium.

Konsentrerte oppløsninger av salpetersyre vil reagere med overflaten av metaller som jern, aluminium, krom og nikkel og danne et beskyttende lag av metalloksid som forhindrer videre angrep. Slik passivisering gjør at disse metallene, samt mange legeringer basert på dem, kan brukes i utstyr og tanker som er i kontakt med salpetersyre over visse konsentrasjoner.

Salpetersyre er et oksidasjonsmiddel som vil oksidere mange type organiske forbindelser. For eksempel vil karbohydrater raskt bli oksidert av konsentrert salpetersyre til oksalsyre. Sterk salpetersyre kan til og med reagere med organiske stoffer og forårsake selvantenning og brann.

I kontrollert reaksjon med alkoholer kan salpetersyre danne såkalte nitratestere (salpetersyreestere), som er uorganiske estere som inneholder atomgruppen -ONO₂. Eksempler er etylnitrat, nitroglykol, nitroglyserin, nitromannitol og nitrocellulose.

Salter av salpetersyre kalles nitrater. De er gjerne fargeløse, krystallinske stoffer som løser seg godt i vann, og de er som regel bedre vannløselig enn tilsvarende klorider eller sulfater. De teknisk viktigste er ammoniumnitrat, natriumnitrat, kaliumnitrat og kalsiumnitrat.

Vannfri salpetersyre koker ved 83 °C (under delvis spalting), men løsninger av salpetersyre i vann har et kokepunkt som nesten alltid er høyere enn noen av de to enkeltkomponentene har i ren tilstand. Slike vannløsninger har et maksimalt kokepunkt ved en konsentrasjon på 68–69 prosent salpetersyre. Denne løsningen koker ved 120–122 °C ved atmosfæretrykk.

Løsningen av 68–69 prosent salpetersyre i vann koker uten å endre sin sammensetning (se azeotrop). Dette betyr at man ikke kan fremstille løsninger sterkere enn dette gjennom vanlig destillasjon. Det er vannløsninger av salpetersyre i konsentrasjonsområdet 65–70 prosent som kalles for konsentrert salpetersyre i handelen.

Høykonsentrert eller vannfri salpetersyre kan fremstilles ved å destillere løsninger av salpetersyre med vanntiltrekkende midler som konsentrert svovelsyre eller ved å reagere nitratsalter med slik svovelsyre. Løsninger sterkere enn 86 prosent kalles gjerne for rykende salpetersyre. De brukes blant annet i fremstillingen av sprengstoffer.

Rykende salpetersyre med stort innhold av oppløst nitrogendioksid (NO₂) kalles for rød rykende salpetersyre fordi den avgir rødbrune damper. Slik salpetersyre er meget reaktiv og var tidligere mye brukt som oksidasjonsmiddel i rakettmotorer (se væskemotor). I dag brukes som regel dinitrogentetraoksid (N₂O₄) i stedet for salpetersyre til dette formålet.

Den største bruksområdet for salpetersyre er i fremstilling av ammoniumnitrat gjennom reaksjon med ammoniakk. Ammoniumnitrat er viktig både som et effektivt nitrogengjødsel og i formuleringen av forskjellige sprengstoff til sivile anvendelser (se ANFO, vanngelsprengstoff og emulsjonssprengstoff).

Salpetersyre brukes også for å lage fosforgjødsel, spesielt fullgjødsel laget fra bergarten fosforitt (en type apatitt), ofte ved hjelp av Odda-prosessen (nitrofosfatprosessen). På denne måten inngår salpetersyre i produksjonen av både nitrogen- og fosforgjødsel.

Høykonsentrert salpetersyre brukes i produksjon av sprengstoff og krutt gjennom en kjemisk prosess kalt nitrering, der nitrogruppen (-NO₂) innføres i organiske forbindelser. Nitrering av aromatiske forbindelser gir stoffer som TNT, pikrinsyre og tetryl. Nitrering av alkoholer gir stoffer som nitroglyserin, nitroglykol, nitrocellulose og pentritt.

Gjennom behandling av heksamin med nær vannfri salpetersyre, typisk i kombinasjon med andre reagenser og under strengt kontrollerte reaksjonsbetingelser, fås de viktige sprengstoffene RDX (heksogen) og HMX (oktogen). Disse har primært militære anvendelser.

Man vet ikke hvem som oppdaget salpetersyre, men det ble laget allerede i middelalderen. På 1300-tallet, og kanskje allerede noen hundre år før dette, ble salpetersyre laget ved å varme opp en blanding av salpeter, alun og kobbervitriol eller en blanding av salpeter og jernvitriol. Det dannes da først litt svovelsyre, som igjen omsetter salpeter til salpetersyre.

Navnet salpetersyre er avledet av salpeter (kaliumnitrat), og frem til ut på 1800-tallet fungerte salpeter som det sentrale råstoff for fremstilling av syren. Rundt midten av 1600-tallet hadde den tyske alkymisten og kjemikeren Johann Rudolph Glauber (1604–1670) som den første laget salpetersyre ved å reagere salpeter med konsentrert svovelsyre.

Metoden til Glauber gav for første gang tilgang til større mengder med forholdsvis ren og vannfri salpetersyre. Metoden hans ble brukt helt frem til begynnelsen av 1900-tallet, men fra 1830-årene hadde chilesalpeter erstattet salpeter som det viktigste råstoff.

Bestemmelsen av salpetersyrens kjemiske sammensetning var i lang tid et uløst problem i kjemien. Den engelske naturviteren Henry Cavendish (1731–1810) hadde i 1785 oppdaget at salpetersyre ble dannet i små mengder gjennom elektriske utladninger i fuktig luft.

Den korrekte kjemiske formelen for salpetersyre ble endelig bestemt i 1816 av de franske kjemikerne Joseph Louis Gay-Lussac (1778–1850) og Claude-Louis Berthollet (1748–1822). Helt ren salpetersyre, fri for nitrogenoksider, ble først laget på 1840-tallet av den franske kjemikeren og legen Eugène Millon (1812–1867), som brukte syren til å lage etylnitrat.

Under første verdenskrig havnet Tyskland i en svært vanskelig situasjon med hensyn på tilgang til salpetersyre for produksjon av sprengstoff og krutt. En marin handelsblokade hadde fjernet tilgangen til chilesalpeter fra Sør-Amerika.

I forkant av krigen hadde det tyske selskapet BASF utviklet Haber-Bosch-metoden for fremstilling av ammoniakk. Ammoniakk kunne også lages fra kalsiumcyanamid fremstilt etter Frank-Caros metode. Det var imidlertid utfordrende å lage salpetersyre fra ammoniakk på industriell skala etter Ostwald-prosessen på grunn av liten tilgang på platina til katalysator.

Ved BASF lyktes Alwin Mittasch (1869–1953) og Christoph Beck (1887–1960) i 1914–1915 med å utvikle en katalytisk forbrenning av ammoniakk til salpetersyre som brukte seg av en billig jern-vismut-katalysator. Sammen med Haber-Bosch-metoden gjorde dette det mulig for Tyskland å opprettholde krigsinnsatsen i flere år mer enn det som ellers hadde vært mulig.