Wenige Stoffe haben für unsere Zivilisation eine so große Bedeutung, wie die Salpetersäure. Wir wollen uns daher mit ihr, mit ihrer Darstellung und Anwendung etwas gründlicher befassen.
Die Salpetersäure wurde früher ausschließlich durch Erhitzen von Salpeter mit Schwefelsäure dargestellt. Man benutzt dazu den billigen, sogenannten „Natronsalpeter“ oder „Chilisalpeter“, welcher in Chile in ungeheuren Lagern bergmännisch gewonnen wird. Diesen salzartigen Stoff könnte man sich aus Natronlauge und Salpetersäure entstanden denken; wenn man ihn mit konzentrierter Schwefelsäure erhitzt, so verbindet sich die Natronlauge mit der Schwefelsäure zu schwefelsaurem Natrium, während die Salpetersäure herausdampft und durch Abkühlung der Dämpfe gewonnen werden kann. Man kann dies z. B. in gläsernen Gefäßen machen, wie Abb. 10 zeigt.
Diese Darstellungsweise der Salpetersäure hängt von der Einfuhr des Chilisalpeters ab, also von einem ausländischen Rohstoff. Dies war schon in Friedenszeiten ein Anlaß, nach einer anderen Darstellungsart zu suchen. Der Krieg hat dieses Bestreben der Deutschen mit Erfolg gekrönt: sie benutzen jetzt als Ausgangsstoff für die Gewinnung der Salpetersäure das Billigste, was man sich denken kann, nämlich die Luft.
Um diese wertvolle Entdeckung zu verstehen, erinnern wir uns, daß sich die Salpetersäure bildet, wenn man ein Oxyd des Stickstoffgases, also eine Verbindung von Stickstoffgas mit Sauerstoffgas, in Wasser löst. Nun besteht die Luft zufälligerweise aus einem Gemeng dieser beiden Gase. In der Luft sind sie nur miteinander gemengt, aber nicht chemisch verbunden. Denn wenn man Luft z. B. in kaltem Wasser sich auflösen läßt und dann durch Erwärmen wieder austreibt, so zeigt sich, daß sich der Sauerstoff in reichlicherem Maße in Wasser gelöst hat als der Stickstoff. Dies wäre nicht möglich, wenn in der Luft Sauerstoff und Stickstoff chemisch aneinander gebunden wären.
Läßt man aber durch die Luft elektrische Funken schlagen, wozu sich namentlich Wechselstrom von etwa 1000 Volt Spannung gut eignet, so verbinden sich beide miteinander zu einem rotbraunen Gas, welches sich in Wasser zu Salpetersäure auflöst. Dieses Gas zeigt so recht, wie verschieden eine chemische Verbindung von einem bloßen Gemeng ihrer Bestandteile ist: das Gemeng ist farblos und für unsere Lunge zum Atmen notwendig; die Verbindung dagegen ist rotbraun, für die Lunge höchst giftig, und löst sich in Wasser zu Salpetersäure.
Als diese Erfindung, Salpetersäure aus Luft und Wasser darzustellen, gemacht war, war sie noch lange nicht lebensfähig. Denn die Geschicke solcher Erfindungen sind immer auf das engste mit der Preis- und Rentabilitätsfrage verknüpft: es mußte gelingen, die „Luft“-Salpetersäure zum gleichen Preis oder billiger herzustellen als die Salpetersäure aus Chilisalpeter, dann war erst die Erfindung technisch wertvoll. Wovon hängt nun der Preis beider Produkte ab? — Die Gewinnung des Chilisalpeters ist an der Fundstelle ungemein einfach und billig; sein Preis wird daher, außer durch die Nachfrage, im wesentlichen durch die Transportkosten bestimmt. Der Preis der Luftsalpetersäure richtet sich hauptsächlich nach den Gestehungskosten der verwendeten Elektrizität. Stellt man diese, wie bei uns in Deutschland, durch Umwandlung aus Dampfmaschinenarbeit her, so ist sie für die Salpetersäuregewinnung in der Regel zu teuer. Dies ist aber nicht mehr der Fall, wenn die Elektrizität, wie in Norwegen, aus natürlichen Wasserkräften gewonnen wird. Deshalb ist Norwegen („Norge“ auf norwegisch) der eigentliche Sitz der Luftsalpetersäuregewinnung. Es hat bereits im Jahre 1910 mehr als 260 000 Zentner Kalksalpeter (sog. Norgesalpeter) im Wert von über 2 Millionen Mark ausgeführt. Die Erzeugung von Chilisalpeter hat allerdings zurzeit noch etwa den vierzigfachen Wert.
Man verwendet die Salpetersäure sowohl im freien Zustand als flüssige Säure, als auch in Form ihrer festen Salze. Sprechen wir zuerst von dieser zweiten Anwendung. Es sind nur drei Salze der Salpetersäure, welche in sehr großen Mengen angewendet werden: das salpetersaure Natrium (Natronsalpeter oder Chilisalpeter), das salpetersaure Kalium (Kalisalpeter) und das salpetersaure Kalzium (Kalksalpeter, Norgesalpeter). Die wichtigste Anwendung des Natron- und des Kalksalpeters ist die als Düngemittel. Er kräftigt durch seinen Stickstoffgehalt das Blattwachstum außerordentlich, ist daher bei Mais, Rüben, Kartoffeln und Klee mit Vorteil zu verwenden. Da aber beide Salpeterarten im Regenwasser leicht löslich sind, gibt man nicht die ganze Jahresdüngung auf einmal, sondern besser in kleineren Mengen nach und nach. Der Kalksalpeter enthält um ⅐ weniger Stickstoff als der Chilisalpeter; diese Tatsache ist beim Einkauf der Berechnung des Preises und bei der Düngung der Berechnung der erforderlichen Menge zugrunde zu legen. Bei der Gewinnung der Luftsalpetersäure entsteht zugleich eine kleine Menge salpetrige Säure; diese verhält sich ihrer chemischen Zusammensetzung nach zur Salpetersäure etwa so, wie Mennige zum Bleisuperoxyd, d. h. sie ist etwas ärmer an Sauerstoff. Die salpetrige Säure und ihre Salze sind aber für die Pflanzen giftig. Wenn daher im Norgesalpeter etwas salpetrigsaurer Kalk enthalten ist, so verschlechtert dies seine Wirkung beträchtlich. Dieser Umstand erschwerte anfangs den Wettbewerb des Kalksalpeters mit dem Chilisalpeter; inzwischen jedoch hat man gelernt, den Gehalt des Kalksalpeters an dieser schädlichen Substanz auf ein Mindestmaß herabzudrücken.
Während also die Salze der Salpetersäure für fast alle Pflanzen ein hervorragendes Nahrungsmittel bilden, sind sie für den tierischen Körper, also auch für den menschlichen, starke Gifte. Trinkt man eine, wenn auch sehr verdünnte, Lösung von Salpetersäure, so wird einem fast augenblicklich schlecht, und es folgt Erbrechen mit allen Erscheinungen einer Vergiftung. Die Salze der Salpetersäure, also alle Arten von Salpeter, wirken nicht so giftig wie die freie Säure. Da aber im tierischen Magensaft etwas freie Salzsäure enthalten ist, welche aus einer Salpeterlösung stets etwas Salpetersäure frei macht, so ist auch der Genuß von Salpeterlösung gesundheitsgefährlich. Es ist nicht überflüssig, dies zu wissen, weil der Salpeter die Eigenschaft hat, geräucherte Fleischwaren mit schön roter Farbe zu konservieren. Obgleich seine Anwendung verboten ist, findet man in den Rauchfleisch- und Wurstwaren nicht selten Salpeter, dessen Genuß besonders für Kinder schädlich ist.
Die hauptsächlichste Anwendung fand der Salpeter in vergangenen Zeiten zur Bereitung des Schwarzpulvers. Dazu kann man aber weder den Natronsalpeter noch den Kalksalpeter verwenden, weil diese beiden Salze die Eigentümlichkeit haben, aus der Luft Wasser anzuziehen und zu zerfließen. Man benutzt daher zur Schießpulverbereitung den luftbeständigen Kalisalpeter. Dieser wird aus dem überseeischen Natronsalpeter durch eine Wechselumsetzung in der Weise gewonnen, daß man heißgesättigte wässerige Lösungen von Natronsalpeter und Chlorkalium miteinander vermischt. Dann findet folgende Umsetzung statt:
Es bildet sich also neben dem Kalisalpeter noch Kochsalz. Nach dem Satz vom chemischen Gleichgewicht kann die Umsetzung keine vollständige sein, weil die beiden neugebildeten Stoffe sich wieder rückwärts miteinander zu den Ausgangsstoffen umsetzen. Indessen, ein besonderer Umstand sorgt doch dafür, daß die Ausbeute an Kalisalpeter reichlich genug ist: denn der Kalisalpeter ist in heißem Wasser viel leichter löslich als das Kochsalz (etwa achtmal mehr), in kaltem dagegen schwerer. Infolgedessen scheidet sich beim Vermischen der heißgesättigten Lösungen von Chilisalpeter und Chlorkalium eine Menge Kochsalz in fester Form aus, wodurch der rückläufige Prozeß sehr eingeschränkt wird.
Diesen Kalisalpeter, der also durch eine Umwandlung (Inversion) aus dem Chilisalpeter gewonnen wird, nennt man Inversionssalpeter. Das Chlorkalium, welches zu seiner Darstellung gebraucht wird, findet sich in Deutschland in den Steinsalzlagern in ungeheuren Mengen. Obgleich nun das aus Kalisalpeter, Schwefel und Holzkohle zusammengesetzte Schwarzpulver seit der Erfindung des rauchschwachen Pulvers bei weitem nicht mehr in so großen Mengen verbraucht wird, wie früher, gehen doch noch etwa 1½ Millionen Zentner jährlich durch den Handel, die einen Wert von 30 Millionen Mark bedeuten.
Weit umfangreicher und bedeutungsvoller ist die Verwendung der freien Salpetersäure. Sie hat nämlich die Eigenschaft, eine große Anzahl von Stoffen, wie Baumwolle, Holzstoff, Papier, Stärke- und Zuckerarten, Glyzerin, Benzol usw. in Sprengstoffe umzuwandeln, wenn man sie damit kurze Zeit in Berührung läßt. Diesen Umwandlungsvorgang nennt der Chemiker das Nitrieren der Stoffe (vom lateinischen Wort nitrum, der Salpeter). Beim Nitrieren entsteht als Nebenprodukt immer Wasser, welches als Widerstand gegen den Nitrierungsvorgang wirkt, weil es die Salpetersäure verdünnt und schwächt. Deshalb setzt man stets eine gewisse Menge konzentrierte Schwefelsäure hinzu, welche bekanntlich auf das Wasser eine stark anziehende Kraft ausübt und dadurch seine schädliche Wirkung wieder aufhebt. Will man also einen Stoff nitrieren, so legt man ihn eine Viertelstunde lang in ein Gemisch von konzentrierter Salpetersäure (1 Teil) und konzentrierter Schwefelsäure (1–2 Teile). Dann gießt man die Säure ab und wäscht nun den nitrierten Stoff in kaltem, fließendem Wasser so lange und so gründlich aus, bis ein aus ihm herausgepreßter Tropfen auf der Zunge keine Spur von saurem Geschmack mehr erzeugt.
So kann man z. B. Watte, Löschpapier, baumwollene Stoffe sehr leicht und bequem in Schießbaumwolle verwandeln, welche nach dem Trocknen eine drei- bis viermal größere Sprengkraft besitzt als das Schießpulver. Man muß, wenn man diese Versuche selbst ausführen will, nur beachten, daß die „konzentrierte“ Salpetersäure des Handels in der Regel etwa 40 % Wasser enthält und dann zur Nitrierung unbrauchbar ist, auch wenn man sie mit Schwefelsäure vermischt. Ist man nicht sicher, ob man genügend starke Salpetersäure vor sich hat, so ist es am besten, sie aus Salpeter und Schwefelsäure selbst herzustellen oder man benutzt als Nitriergemisch ein Gemeng von zerriebenem Salpeter mit konzentrierter Schwefelsäure, welches in jeder Beziehung dieselben Dienste tut.
Diese nitrierten Körper bilden die Grundlage aller Sprengstoffe und rauchschwachen Pulverarten. Es ist unnötig, auf ihre Wichtigkeit besonders hinzuweisen; wurden doch in diesem Weltkrieg von Sprengstoffen dieser Art so ungeheure Mengen angefertigt, daß sie alle anderen künstlichen Erzeugnisse weit hinter sich lassen. Aber auch für die friedliche Arbeit spielen die Sprengstoffe eine große Rolle: der Abbau der Steinbrüche, die Anlage von Weg- und Tunnelbauten erfordern mitten im Frieden gewaltige Mengen von Sprengstoffen. Derjenige von ihnen, welcher am meisten von sich reden gemacht hat, ist das Dynamit (auf deutsch etwa soviel wie „Kraftstoff“ bedeutend). Die Erfindung des Dynamits durch den Schweden Alfred Nobel war eigentlich insofern keine Erfindung, als der wirksame Bestandteil dieses Sprengstoffes, das Nitroglyzerin, schon lange bekannt war. Man hat dieses Nitroglyzerin oder Sprengöl schon jahrelang in amerikanischen Apotheken als — Kopfwehmittel (!) kaufen können, ohne daß man von seiner Gefährlichkeit viel Aufhebens gemacht hätte. Diese Gefährlichkeit trat eben erst durch Nobels Versuche zutage, das Nitroglyzerin in großen Mengen für Sprengzwecke zu verwenden. Es erwies sich in größeren Mengen, bei ballonweiser Verpackung, als zu empfindlich gegen Stöße und gegen schroffen Temperaturwechsel. Es zeigte sich die Unmöglichkeit, durch bloße Vorschriften über die Behandlung dieses Stoffes seine Explosion zu verhindern, und Alfred Nobel mußte es wiederholt erleben, daß seine Fabriken in die Luft flogen und sozusagen spurlos verschwanden. Dies hatte seinerseits zur Folge, daß ihm die Errichtung solcher Fabriken wegen der damit verbundenen Gefahren nach und nach in den meisten Ländern verboten wurde. Die ungeheure Bedeutung der Erfindung des Dynamits liegt nun darin, daß diese Erfindung dem Sprengöl alle Gefährlichkeit benahm, ohne seine Explosivkraft wesentlich zu schwächen. Man macht sich davon, ohne Versuche gesehen zu haben, nicht leicht eine richtige Vorstellung. Bringt man einen Tropfen Nitroglyzerin auf eine glatte, etwas angefeuchtete Steinfläche und schlägt man mit einem Hämmerchen darauf, so erfolgt eine starke Detonation, und der Stein wird zertrümmert. Dagegen ist Dynamit gegen Schlag und Stoß so unempfindlich, daß Nobel in Gegenwart des Königs von Schweden ein Faß voll Dynamit von einem Kirchturm herab auf das Straßenpflaster fallen und zerschellen lassen konnte, ohne daß es explodierte. Es ist nicht leicht möglich, Dynamit durch bloßen Schlag zur Explosion zu bringen. Aber auch Feuer ist dem Dynamit nicht ohne weiteres gefährlich: hält man ein brennendes Streichholz an einen nußgroßen Klumpen Dynamit, so brennt er langsam, völlig geräuschlos, mit großer, gelbgrüner Flamme ab, welche einen feinen Sprühregen von Kieselgurteilchen ausstößt. Dynamit ist also in bezug auf Ungefährlichkeit der Handhabung geradezu ein idealer Sprengstoff: Kinder und Narren können ihn mit dem besten Willen nicht zu Unfug verwenden. Man muß sich geradezu fragen: was muß man tun, um diesen Stoff überhaupt zur Explosion zu bringen? — Die Antwort heißt: man muß Initialzündung anwenden. Man muß die Explosion an einem Punkte einleiten (initium = Anfang, Einleitung). Dies geschieht durch Entzündung einer kleinen Menge Knallquecksilber, welches sich durch Stoß, Schlag oder Erhitzen ziemlich leicht zur Explosion bringen läßt. Dabei reißt es die Dynamitmasse gleichsam mit sich und bewirkt, daß diese vollständig explodiert. Durch solche Initialzündung kann man sogar manche Stoffe, die auf andere Weise gar nicht explodierbar sind, zur Explosion bringen, so z. B. das Azetylengas.
Nobels Erfindung, die so gewaltige Folgen haben sollte, war im Grunde verblüffend einfach: sie besteht nämlich darin, das flüssige Sprengöl mit einer möglichst geringen Menge (25 %) eines feinen, sehr porösen Sandes (der sog. Infusorienerde) zu einem Brei zu vermengen. Dieser einfache Gedanke hat auf der Erde geradezu Umwälzungen hervorgebracht. Nun erst war es möglich, die Sprengkraft des Nitroglyzerins unbegrenzt auszunützen, da man nun den Sprengstoff ohne Gefahr in beliebigen Mengen herstellen, transportieren und aufbewahren konnte.
Nobel verdiente mit dieser Erfindung nach der langen Reihe von Mißerfolgen und Enttäuschungen ein mehr als fürstliches Vermögen. Da er ohne Leibeserben starb, errichtete er in seinem Testament die berühmte Nobelstiftung, welche alle zwei Jahre die bedeutendsten Leistungen auf den wichtigsten Kulturgebieten mit einem recht ansehnlichen Preis belohnt. —
Es wäre ganz falsch, aus dem bisher Gesagten zu folgern, daß die Salpetersäure nur dem Krieg und der Zerstörungswut der Menschen dient. Selbst wenn die Salpetersäure nur zur Fabrikation von Sprengstoffen diente, dürfte man dies nicht behaupten, weil eben auch die Sprengstoffe eine geradezu unersetzliche, friedliche Arbeit leisten. Aber das Nitriergemisch dient gar nicht bloß zur Herstellung von Sprengstoffen, sondern mindestens in gleichem Betrag zur Gewinnung unzähliger Farben, Medikamente und anderer unentbehrlicher Chemikalien. Aber auch die Sprengstoffe werden nicht allein zu explosiven Zwecken verwendet, sondern ein Teil von ihnen wird wieder in harmlose Gebrauchsstoffe des täglichen Lebens verwandelt: so macht man aus Schießbaumwolle, indem man sie in einem Gemisch von Alkohol und Äther auflöst, das Kollodium, und durch gewisse Beimengungen (von Kampfer) das wichtige Hornersatzmittel Zelluloid, ohne das man heute längst nicht mehr auskommen könnte. Auf ganz ähnliche Weise werden die rauchschwachen Pulverarten hergestellt, die demnach dem Kollodium und Zelluloid sehr nahe verwandt sind. Sie entwickeln ihre Sprengkraft erst bei der Entzündung im geschlossenen Raum (der Patrone), zündet man dagegen rauchschwaches Pulver in offener Aufschüttung an, so brennt es langsam mit großer, lohender Flamme ab — ganz ähnlich wie ein angezündetes Stück Zelluloid. Diese rauchschwachen Pulver haben die drei- bis vierfache Brisanz (Sprengkraft) des alten Schwarzpulvers. Aber da sie beim Abbrennen braune, salpeterhaltige Dämpfe liefern, greifen sie den Flintenlauf stärker an als das Schwarzpulver. Aus diesem Grund können sie für die Jagd das Schwarzpulver durchaus nicht ganz ersetzen.
Schüttet man Kollodium — also sozusagen flüssige Schießbaumwolle — in Wasser, so gerinnt es; das Wasser entzieht ihm die Alkohol-Äthermischung, infolgedessen scheidet sich die Schießbaumwolle als weißliche Gallerte ab. Ein findiger Franzose namens Chardonnet kam nun auf den Gedanken, auf diese Weise feine Fäden herzustellen, indem er das Kollodium durch ein sehr enges Metallrohr in Wasser preßte. (Abbildung 12.) Aus der Rohrmündung trat ein weißer, wie Seide glänzender Faden von Schießbaumwolle. Die Fäden ließen sich spinnen wie Seide und hatten auch ihren Glanz. So wurde die erste Kunstseide erfunden und nach ihrem Entdecker Chardonnet-Seide genannt. Sie hatte aber den fatalen Fehler, explosionsartig zu verpuffen, wenn man ihr ein Zündholz zu nahe brachte. Diese Eigenschaft war für Raucher, wenn sie etwa eine Halsbinde aus Chardonnetseide trugen, nicht angenehm. Man konnte indessen der Kunstseide ihre Explosivität, freilich nicht ohne Schaden für die Haltbarkeit und zum Teil auch den Glanz, wieder nehmen, wenn man sie in Schwefelammonium badete.
Heute bestehen nur noch wenige Fabriken, welche Chardonnetseide herstellen. Ein anderes Verfahren hat dieses erste verdrängt, aber für die Geschichte der chemischen Technologie wird es nie seine Bedeutung verlieren. Zeigt uns diese Erfindung doch die unglaublichsten Verwandlungskünste der Chemie, welche aus Baumwolle nicht bloß Pulver, sondern auch Kollodiumballons, Zelluloidkämme und „echt“ seidene Krawatten hervorzaubert.