Salpetersäure und Schwefelsäure sind zwei der wichtigsten Industriechemikalien und werden in großen Mengen hergestellt. Sie sind hinsichtlich ihrer Herstellung und ihrer Verwendung auf vielfältige Weise miteinander verbunden. Beide Säuren sind für die Düngemittel- und Sprengstoffindustrie von entscheidender Bedeutung und gehören zu den am häufigsten verwendeten Laborreagenzien. Sie sind auch ernsthafte Schadstoffe und tragen zu saurem Regen bei.
Eine frühe Methode zur Herstellung von Schwefelsäure war das Erhitzen von Salpeter (NaNO3) und Schwefel mit Dampf. Salpetersäure (HNO3) wurde zuerst durch Destillieren von Salpeter mit konzentrierter Schwefelsäure (H2SO4) hergestellt. Die beiden Chemikalien reagieren zu Salpetersäure und Natriumhydrogensulfat: H2SO4 + NaNO3 → NaHSO4 + HNO3. Die Mischung wird erhitzt und die Salpetersäure, die bei 181.4 ° F (83 ° C) siedet, wird als Dampf erzeugt, der in einer Vorlage kondensiert wird.
Diese Herstellungsverfahren sind im industriellen Kontext abgelöst worden, aber die Destillation eines Metallnitrats mit Schwefelsäure kann weiterhin verwendet werden, um im Labor kleine Mengen Salpetersäure herzustellen. Der heiße Salpetersäuredampf neigt dazu, sich teilweise in Stickstoffdioxid, Wasser und Sauerstoff zu zersetzen, was zu einer unreinen Säure führt. Zur Gewinnung der reinen Säure wird unter vermindertem Druck destilliert, so dass weniger Wärme benötigt wird. Das verwendete Gerät muss ganz aus Glas sein, da Salpetersäure Gummi, Kork und die meisten Kunststoffe schnell zerstört.
Heute wird Salpetersäure kommerziell durch die katalytische Oxidation von Ammoniak hergestellt, wobei Stickstoffdioxid entsteht, das in Wasser gelöst wird, um die Säure herzustellen. Die Rohsäure kann bis zu einer Konzentration von 68.5% destilliert werden und bildet dann mit Wasser ein Azeotrop. Dies ist die handelsübliche Salpetersäure, die für die meisten Anwendungen und als Laborreagenz verwendet wird. Höhere Konzentrationen sind durch einfache Destillation nicht erreichbar. Wenn wasserfreie oder sehr hochkonzentrierte Salpetersäure – oft auch „rauchende Salpetersäure“ genannt – benötigt wird, kann sie durch Destillation unter reduziertem Druck mit konzentrierter Schwefelsäure hergestellt werden, die das Wasser entfernt.
Die größte Verwendung sowohl für Salpetersäure als auch für Schwefelsäure findet sich in der Düngemittelindustrie. Salpetersäure wird bei der Herstellung von Nitratdüngern verwendet, die essentiellen Stickstoff in einer Form freisetzen, die von Pflanzen leicht aufgenommen werden kann. Ammoniumnitrat ist eines der am häufigsten verwendeten Düngemittel. Schwefelsäure wird mit Phosphatgestein oder Knochenmehl umgesetzt, um „Superphosphat“ zu produzieren, das Phosphor liefert, ein weiteres wesentliches Element für Pflanzen. Diese Säure wird auch bei der Herstellung von Ammoniumsulfat, einem gängigen Düngemittel, verwendet.
Eine weitere wichtige industrielle Anwendung für Salpetersäure und Schwefelsäure ist die Herstellung von Sprengstoffen. Die meisten Sprengstoffe im militärischen und kommerziellen Gebrauch werden durch Nitrieren organischer Verbindungen synthetisiert; Dabei werden Nitronium-(NO2+)-Ionen verwendet, um Hydroxyl-(OH)-Gruppen durch Nitro-(NO2)-Gruppen zu ersetzen. Die NO2+-Ionen werden durch die Kombination von Salpetersäure und Schwefelsäure bereitgestellt, die wie folgt reagieren: HNO3 + 2H2SO4 → H3O+ + NO2+ + 2HSO4-.
Bei einigen Explosivstoffen, zum Beispiel Trinitrotoluol (TNT), muss das Gemisch wasserfrei sein. Dies kann durch die Verwendung von wasserfreier oder „rauchender“ Salpetersäure gewährleistet werden. Alternativ kann handelsübliche Salpetersäure mit Oleum verwendet werden – hergestellt durch Auflösen von Schwefeltrioxid (SO3) in konzentrierter Schwefelsäure –, sodass das Wasser durch Kombination mit SO3 entfernt wird, um mehr Schwefelsäure zu produzieren. Das letztere Verfahren wird im Allgemeinen bevorzugt, da Oleum leicht nach dem gleichen Verfahren hergestellt wird, das die meiste Schwefelsäure produziert. Rauchende Salpetersäure ist relativ teuer in der Herstellung, gefährlich beim Transport und anfällig für Zersetzung, wenn sie nicht gekühlt aufbewahrt wird.
Neben ihrer industriellen Anwendung gehören Salpetersäure und Schwefelsäure zu den am häufigsten verwendeten Laborreagenzien. Beide sind bei Verfahren nützlich, die starke Säuren erfordern. Schwefelsäure ist ein starkes Entwässerungsmittel, das zum Trocknen einiger frisch zubereiteter Gase und in Reaktionen zur Entfernung von Wasser aus Verbindungen verwendet werden kann. Es kann auch verwendet werden, um andere Säuren aus ihren Salzen freizusetzen. Salpetersäure ist als Oxidationsmittel, als Nitrierungsmittel nützlich und wird häufig in der chemischen Analyse verwendet, insbesondere bei der Identifizierung von Metallen, die in Boden- und Mineralproben vorhanden sind.
Schwefel- und Salpetersäure sind ebenfalls Hauptschadstoffe und tragen zum sauren Regen bei. Salpetersäure entsteht, wenn sich das in Fahrzeugabgasen enthaltene und durch Blitzeinwirkung natürlich entstehende Gas Stickstoffdioxid in Wasser auflöst. Schwefelsäure entsteht, wenn Schwefeldioxid – produziert durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe und natürlich durch Vulkane – mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid reagiert, das sich in Wasser zu Schwefelsäure auflöst. Trotz der natürlichen Produktion dieser Verbindungen sind künstliche Quellen für den meisten sauren Regen verantwortlich. Schwefelsäure leistet den größten Beitrag, da Schwefeldioxid ein häufigerer Schadstoff als Stickstoffdioxid ist.