Versuch 24: Metalle in Salpetersäure - Einleitung

Salpetersäure gehört zu den stärksten anorganischen Säuren in der Chemie. Salpetersäure, auch Hydrogennitrat genannt, hat ihren Namen vom Salpeter (versch. Nitratsalze), aus dem sie durch Zugabe einer stärkeren Säure gewonnen werden kann. Hier gilt die chemische Bauernregel: Die stärkere Säure löst die schwächere aus ihrem Salz. Beispielsweise die Salzsäure oder Schwefelsäure sind noch stärker, als die Salpetersäure und lösen damit die Bauernregel ein.

Salpetersäure reagiert wie andere Säuren mit unedlen Metallen aber auch mit edleren Metallen. Sogar Silber wird von ihr angegriffen. Die Säure oxidiert die Metalle in ihre Ionenform und macht sie so wasserlöslich. Salpetersäure wird in der Goldgräberei verwendet, um das edle Gold von anderen Metallen zu trennen, mit denen das Gold aus dem Berg gefördert wird.

Um auch die Königsfamilie der Metalle, das Gold und Platin, in ihre Ionenform zu oxidieren bedarf es des Königs der Säuren, dem Königswasser. Königswasser ist eine Mischung aus Salz- und Salpetersäure, die durch Bildung von sehr reaktiven Zwischenprodukten (z.B. atomares Chlor oder Nitrosylchlorid) auch die edelsten Metalle Gold und Platin zu oxidieren vermag.

Sicherheitssymbole

Demonstrationsversuch Schutzbrille tragen! Im Abzug arbeiten! Ätzend Leichtentzündlich Schwermetalle im Sammelgefäß sammeln oder umwandeln. Neutralisieren!

Chemikalien

  • Salpetersäure (ca. 25%)
  • Gold
  • Magnesiumspäne
  • Kupferspäne
  • Zinkgranalien

Materialien

  • 4 Rundkolben
  • 4 Uhrgläser
  • Spatel
  • Pipette

Durchführung

Man stellt 4 Rundkolben in einem Abzug auf. Auf 4 Uhrgläser gibt man 1-2 Spatel verschiedener Metalle. Auf Uhrglas 1 gibt man etwas Gold, auf Uhrglas 2 etwas Magnesiumspäne, auf Uhrglas 3 etwas Kupferspäne und auf Uhrglas 4 kleine Zinkgranalien.

Mit einer Pipette werden nun in jeden Rundkolben ca. 50mL Salpetersäure gegeben. Der Abzug wird heruntergezogen und nun nach und nach die Metalle in die entsprechenden Rundkolben gegeben.

Entsorgung

Die Produkte in den Rundkolben werden neutralisiert. Die neutralen Kupfer- und Zinksalzlösungen werden dem Sammelbehälter für Schwermetalllösungen zugeführt, die anderen Lösungen im Ausguss entsorgt.

Ergebnisse

Das Gold reagiert nicht mit der Salpetersäure, die Magnesiumspäne und die Kupferspäne reagieren schnell mit der Salpetersäure unter Bildung rötlich brauner Gase. Die Zinkgranalien reagieren nach kurzer Dauer ebenfalls in gleicher Weise. Zurück bleiben farbige Lösungen der entstandenen Metallsalze. Die Kupfernitratlösung ist grün gefärbt, die Zink- und Magnesiumnitratlösungen sind gelb gefärbt.

Salpetersäure greift die meisten unedlen und auch einige der edleren Metalle, wie Kupfer und Silber an. Ausnahmen sind nur die Edelmetalle Gold, Platin und Iridium. Einige weitere Metalle, wie Eisen Chrom oder Aluminium sind auf Grund ihrer Passivierung unempfindlich gegenüber der (konzentrierten) Säure. Sie bilden bei der Reaktion eine schützende Oxidschicht, die von der Säure nicht aufgelöst wird. Auch Zink bildet eine solche Schutzschicht, allerdings spielt auch die Verteilung des Metalls eine Rolle. Je feiner das Metall in der Säure verteilt vorliegt desto eher bzw. heftiger reagiert es mit der Salpetersäure.

Oxidation: Mg → Mg2+ + 2e-

Reduktion: NO3- + 4H3O+ + 3e- → NO + 6H2O

Gesamt: 3Mg + 2NO3- + 8H3O+ → 3Mg2+ 2NO + 12H2O

Das entstehende Stickstoffmonoxid ist farblos, reagiert mit dem Sauerstoff der Luft allerdings sofort weiter zum braunen Stickstoffdioxid.

2NO + O2 → 2NO2

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Hinweise

Dieser Versuch muss im geschlossenen Abzug durchgeführt werden. Es entstehen giftige Stickoxide.

Versuchsvideo

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Versuchsbild

Bild zu Versuch: Metalle in Salpetersäure

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NEU

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