Nitrate und Carbonate: Eigenschaften, Synthese und Vorkommen

Nitrate

Nitrate sind Salze, die von der Salpetersäure abgeleitet sind. Sie entstehen durch die Kombination des Nitrat-Anions (NO₃^-) mit einem Metall. Nitrate sind seltener als die zuvor genannten Verbindungen, zeichnen sich durch eine hohe Löslichkeit aus und weisen eine ähnliche Struktur wie Carbonate auf. Sie sind ein wesentlicher Bestandteil von Düngemitteln. Pflanzen wandeln Nitrate in organische Stickstoffverbindungen wie Aminosäuren um.

Bildung von Nitraten

• Anorganische Nitrate werden in der Natur durch die Zersetzung stickstoffhaltiger Verbindungen wie Proteine und Harnstoff gebildet.
• Organische Nitrate sind Ester der Salpetersäure mit Alkoholen.

Synthese von Nitraten

Nitrate können durch verschiedene Methoden hergestellt werden:

• Durch die Einwirkung von Salpetersäure auf ein Metall.
• Durch die Neutralisation einer Base mit Salpetersäure.
• Mittels Anionenaustauschern.

Mineralien, die Nitrate enthalten

• Nitronatrit oder Natriumnitrat (NaNO₃): Auch als Chilesalpeter bekannt. Große Vorkommen befinden sich in der Atacama-Wüste im Norden Chiles.
• Kaliumnitrat (KNO₃): Ein wesentlicher Bestandteil von Schwarzpulver.

Nitrate in der Natur

Nitrate spielen eine Rolle im Prozess der Nitrifikation und Denitrifikation in Kläranlagen. Dabei nutzen bestimmte Organismen die Fähigkeit, Nitrat unter anaeroben Bedingungen direkt zu elementarem Stickstoff zu reduzieren. Dies entfernt Stickstoffverbindungen aus Gewässern und hilft, Probleme wie Eutrophierung zu vermeiden.

Nitratbelastung

Die Nitrifikation führt zu einer merklichen Veränderung bei der Oxidation von gebundenem Stickstoff, indem er von einer kationischen Form (NH₄⁺) in eine anionische Form (NO₃^-) übergeht. In lehmigen Böden mit hoher negativer Ladung wird NH₄⁺ gut zurückgehalten, während NO₃^- nicht gebunden wird und ins Grundwasser gelangt. Ein negativer Nebeneffekt ist, dass Nitrat für Tiere giftig sein kann, da es unter anderem zur Bildung von Nitrosaminen und anderen krebserregenden Stoffen führen kann. Gelegentlich werden Nitrifikationsinhibitoren eingesetzt, um diese Effekte im Boden zu reduzieren.

Carbonate

Carbonate werden durch das Carbonat-Anion (CO₃^2-) gebildet, das sich mit einem Metall verbindet. Ihre Härte liegt in der Regel zwischen 3 und 5, und sie können in sehr unterschiedlichen Formen auftreten. Die meisten Carbonate, mit Ausnahme der Alkalicarbonate, sind schlecht wasserlöslich. Aufgrund dieser Eigenschaft sind sie in der Geochemie wichtig und Bestandteil vieler Mineralien und Gesteine.

Arten von Carbonaten

• Organische Carbonate: Dies sind Ester der Kohlensäure. Sie können durch die Reaktion von Phosgen (Cl₂C=O) mit dem entsprechenden Alkohol hergestellt werden.

Carbonate in der Natur und Industrie

Carbonate kommen in einigen Salzseen vor, zum Beispiel in Ägypten. Die meisten werden jedoch aus Kalk im Solvay-Verfahren gewonnen. Sie sind Zwischenprodukte bei der Herstellung verschiedener Produkte wie Seife, Natriumpercarbonat (als Bleichmittel), Glas und Natronlauge (NaOH).

Carbonatbelastung

Carbonat- und Bicarbonat-Ionen sowie Magnesium können bei Verdunstung unter trockenen Bedingungen als Kalziumcarbonat (CaCO₃) und Magnesiumcarbonat (MgCO₃) ausfallen. Die Konzentration von Ca- und Mg-Verbindungen ist im Vergleich zu Natrium und dem Restwasserlöslichen Feststoff (RAS) höher. Dies führt zu Alkalisierung und einem erhöhten pH-Wert. Wenn eine Wasseranalyse einen hohen pH-Wert zeigt, ist dies ein Zeichen für hohe Werte an Carbonaten und Bicarbonaten.

Carbonatmineralien

• Aragonit (CaCO₃): Transparente und alabasterfarbene Sorten werden als Edelsteine verwendet.
• Azurit (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂): Wird hoch geschätzt als Zierstein und zur Gewinnung von Kupfer.
• Calcit (CaCO₃): Die reinsten Kristalle werden für Mikroskopobjektive verwendet. Marmor und dekorative Steine, lithographischer Kalkstein für den Druck, und allgemein für die Bauindustrie, Metallurgie, Chemikalien, Düngemittel, Lacke und andere Zwecke.
• Cerussit (PbCO₃): Mineral zur Gewinnung von Blei und Silber.
• Malachit (Cu₂CO₃(OH)₂): Als Zierstein und zur Kupfergewinnung.
• Siderit (FeCO₃): Zur Gewinnung von Eisen.