Experimentalvortrag zum Thema

1. Experimentalvortragzum Thema Nitrate von Jan Grosse Austing (WS 07/08)

2. Gliederung • Einleitung • Darstellung früher – heute • Nachweis • Verwendung von Nitraten • Schulrelevanz

3. 1. Einleitung • Nitrat = Salz der Salpetersäure (HNO3) • meist gut wasserlöslich • Lösung ist farblos (sofern Kation farblos) • Struktur: nicht sondern

4. 1. Einleitung • Einsatz von Schwarzpulver: Bedarf an Kaliumnitrat steigt • Verwendung zum Pökeln seit dem Mittelalter • Problem: natürliche Vorkommen von Salpeter (von lat.: sal petrae = Felsensalz) in Europa gering

5. 2. Darstellung früher Darstellung früher • Entdeckung: Ca(NO3)2 an Kalkwänden in Viehställen • später: Anlegen von Salpetergärten oder -gruben Salpetergarten

6. 2. Darstellung früher Versuch 1: Nachweis von Nitrat in Schweinestall-Putz

7. 2. Darstellung früher Vergleichsskala Nitrat-Teststäbchen

8. 2. Darstellung früher • Nitrifikation:

9. 2. Darstellung früher • Bildung Calciumnitrat Ca(NO3)2-Ausblühungen

10. 2. Darstellung früher • Umwandlung mit Pottasche (K2CO3 ): • Eindampfen der Lösung liefert KNO3

11. 2. Darstellung früher Salpetersieder

12. 2. Darstellung heute Darstellung heute • 1900: Ostwald-Verfahren („Ammoniak-Verbrennung“) Wilhelm Ostwald

13. 2. Darstellung heute Versuch 2: Ostwald-Verfahren

14. 2. Darstellung heute • mögliche Produkte: N2O, N2, NO2, NO • erwünschte Reaktion ( ):  kurze Verweilzeit am Katalysator (~10-3 s)

15. 2. Darstellung heute • Umsetzung zu Salpetersäure:

16. 2. Darstellung heute • Zerstörung Nitrit für Nitrat-Nachweis:

17. 2. Darstellung heute • Darstellung von Nitraten: Salpetersäure + Metall oder -oxid/-hydroxid/-carbonat Bsp.

18. 2. Darstellung heute • Schema: Nitrat-Darstellung heute

19. 2. Darstellung heute NH3-Verbrennung industrielle Anlage zur HNO3-Produktion

20. 3. Nachweis Nachweis von Nitrat • Ringprobe • mit Lunges Reagenz (nach Reduktion zu Nitrit)

21. 3. Nachweis Versuch 3a: Nachweis von Nitrat mit der Ringprobe

22. 3. Nachweis Versuch 3b: Nachweis von Nitrat mit Lunges Reagenz

23. 3. Nachweis • Ringprobe

24. 3. Nachweis • Lunges Reagenz • Reduktion Nitrat zu Nitrit • Bildung des Nitrosyl-Kations

25. 3. Nachweis 3) Diazotierung

26. 3. Nachweis 4) Azokupplung

27. 4. Verwendung von Nitraten Feuerwerk Pökelsalz Kältemischungen Dünger Sprengstoff

28. 4. Verwendung von Nitraten Verwendung von Nitraten als Dünger • Düngung = Zufuhr von Pflanzennährstoffen zur Ertrags- und Qualitätssteigerung von Nutzpflanzen • Nitrat: Stickstoffliefernde Komponente • z.B. als Kalkammonsalpeter (NH4NO3 mit ca. 22 % Kalk) Kalkammonsalpeter

29. 4. Verwendung von Nitraten Demo 1: Düngung mit und ohne Nitrat

30. 4. Verwendung von Nitraten • Überdüngung problematisch:  Eutrophierung, N2O-Emissionen, Trinkwasserbelastung • Grenzwert Nitrat im Trinkwasser in Deutschland: 50 mg/L

31. 4. Verwendung von Nitraten Dümmer See im Südoldenburger Land („Schweine-Gürtel“) Topographische Karte Deutschland

32. 4. Verwendung von Nitraten Demo 2: Nachweis von Nitrat im Trinkwasser

33. 4. Verwendung von Nitraten Vergleichsskala Nitrat-Teststäbchen

34. 4. Verwendung von Nitraten • Nitrat: Metabolisierung im Körper durch Bakterien (Mundhöhle, Magen-Darm u.a.) zu Nitrit

35. 4. Verwendung von Nitraten Demo 3: Nachweis von Nitrit im Speichel

36. 4. Verwendung von Nitraten • Nitrit gesundheitlich bedenklich, weil: • Bildung von Nitrosaminen (viele sind cancerogen)

37. 4. Verwendung von Nitraten • Oxidation des Hämoglobins (Hb) zu Methämoglobin (MetHb) ( )  MetHb nicht mehr zum O2-Transport fähig (Säuglinge: Enzymkonzentration für Reaktion MetHb zu Hb gering) Hinweis auf Mineralwasser-Flaschen

38. 4. Verwendung von Nitraten Verwendung von Nitraten als Pökelsalz • Kaliumnitrat (E 252) zum Pökeln seit dem Mittelalter • Konservierung durch wasserentziehende Wirkung, Hemmung des Bakteriums „Clostridium botulinum“ (Botulinustoxin) Salpeter zum Pökeln

39. 4. Verwendung von Nitraten • heute: nicht Nitrat entscheidend beim Pökeln, sondern Nitrit • daher heute Pökelsalz nicht nitrathaltig, sondern direkte Verwendung von Nitrit • neben Konservierung: ansprechende rosa Farbe

40. 4. Verwendung von Nitraten Versuch 4: Umrötung von Fleisch

41. 4. Verwendung von Nitraten • Ascorbinsäure reduziert Nitrit: • Ascorbinsäure Hilfsstoff: Hemmung Nitrosaminbildung

42. 4. Verwendung von Nitraten • Bildung von Stickoxidmyoglobin, Erhitzen

43. 4. Verwendung von Nitraten Verwendung von Nitraten als Kältemittel • einige Nitrate lösen sich endotherm in Wasser  Eignung als Kältemittel (z.B. Einmal-Kältepack für Sportverletzungen) Einmal-Kältepack

44. 4. Verwendung von Nitraten Versuch 5: Selbstbau eines Kälte-Packs

45. 4. Verwendung von Nitraten

46. 4. Verwendung von Nitraten • endothermer Lösungsvorgang  Lösung kühlt sich ab Hydratation: hier:

47. 4. Verwendung von Nitraten • Reaktion ist exergonisch (d.h. ΔG<0): • Triebkraft der Reaktion: Zunahme der Entropie

48. 4. Verwendung von Nitraten Verwendung von Nitraten als Oxidationsmittel/Pyrotechnik • Nitrat in Salzform bzw. in Schmelzen gutes Oxidationsmittel • Anwendungen: Schwarzpulver, Pyrotechnik Schwarzpulver

49. 4. Verwendung von Nitraten Versuch 6: Oxidation von Holzkohle durch eine KNO3-Schmelze

50. 4. Verwendung von Nitraten • Reaktionsgleichung Holzkohle in KNO3(l)