4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs Bei RT sind stabil: - Ammoniak NH 3 - Hydrazin N 2 H 4 - Stickstoffwasserstoffsäure

4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe

Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs

Bei RT sind stabil:

- Ammoniak NH3

- Hydrazin N2H4

- Stickstoffwasserstoffsäure HN3

- Hydroxylamin NH2OH


Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs

Bei RT sind stabil: Bei tiefen Temperaturen

sind isolierbar:

- Ammoniak NH3 - Diazen N2H2

- Hydrazin N2H4 - Tetrazen N4H4

- Stickstoffwasserstoffsäure HN3

- Hydroxylamin NH2OH


Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH3

- farbloses, stechend riechendes Gas ( Fp. -78 °C, Kp. -33 °C)

- pyramidales Molekül, Bindungswinkel 107 °









- wie bei Wasser Wasserstoffbrücken und Autoprotolyse:



- löst sich gut in Wasser (in 1 l

H2O bei 15 °C 772 l NH3)



- löst sich gut in Wasser (in 1 l H2O bei 15 °C 772 l NH3); die Lsg.

wird auch Salmiakgeist genannt und reagiert schwach basisch:



- natürliche Erzeugung im tierischen Verdauungstrakt

Gülleausbringung auf Feld




- in Spuren in den Atmosphären von Jupiter und Saturn




- technische Erzeugung seit 1913 nach dem Haber-Bosch-Verfahren



- Ersatz der H-Atome im Ammoniak führt zu Amiden



- Ersatz der H-Atome im Ammoniak führt zu Amiden

- in Wasser hydrolysieren Amide, Imide und Nitride:


Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Hydrazin N2H4

- farbl. Flüssigkeit (Fp. 2 °C, Kp. 113 °C) raucht an der Luft




- 2 spiegelbildliche Konformere im GG





- giftig; ist im Zigarettenrauch enthalten





- endotherme Verbindung, die bei Erhitzen oder bei Initialzündung

explodiert:

- mit Sauerstoff erfolgt Verbrennung

unter großer Wärmentwicklung:

Raketentreibstoff


Wasserstoffverb. des Stickstoffs: Stickstoffwasserstoffsäure HN3

- farblose, endotherme, explosive Flüssigkeit (Kp. 36 °C)

- Schwermetallazide (AgN3 oder Pb(N3)2) werden als Initialzünder

verwendet

C: Zündhütchen


Hydride des Phosphors, Arsens, Antimons und Bismuts



- wie NH3 pyramidal gebaut; mit zunehmender Ordnungszahl basischer

- Phosphoniumsalze weniger stabil als Ammoniumsalze:



- wie NH3 pyramidal gebaut; mit zunehmender Ordnungszahl basischer

- Phosphoniumsalze weniger stabil als Ammoniumsalze:



- PH3 (Phosphan oder Phosphin) ist ein farbloses, knoblauchartig

riechendes, sehr giftiges Gas, das mit Hydrogenhalogeniden

Phosphoniumsalze bildet



- AsH3 (Arsenwasserstoff oder Arsan) ist ein farbloses, äußerst

giftiges Gas, dessen thermische Zersetzung mit Arsenspiegel-

abscheidung zum Nachweis

von Arsen vrwendet wird

(Marshe Probe).


Oxide des Stickstoffs

- AsH3 (


Oxide des Stickstoffs

- AsH3 (


Oxide des Stickstoffs - Distickstoffmonoxid N2O („Lachgas“)

- Rauschwirkung von N2O

ist ca. 200 Jahre bekannt


Oxide des Stickstoffs - Distickstoffmonoxid N2O („Lachgas“)

- Rauschwirkung von N2O ist ca. 200 Jahre bekannt

- farbloses, reaktionsträges Gas

- metastabil (HB° = +82 kJ/mol), Zerfall in die Elem. erst > 600 °C.

- Darstellung durch Zersetzung

von Ammoniumnitrat:

Oppau 1921, fast 600 Tote


Oxide des Stickstoffs - NO, N2O2

- NO ist ein farbloses, giftiges Gas, das wie folgt entsteht:



- NO ist ein farbloses, giftiges Gas, das wie folgt entsteht:

- bei RT liegt das GG vollständig

auf der linken Seite;

bei hoher T erzeugtes NO kann

durch Abschrecken metastabil

erhalten werden



- NO ist ein Zwischenprodukt bei der HNO3-Herstellung;

beim Ostwald-Verfahren wird NH3 katalytisch zu NO oxidiert:



- im Labor kann NO durch Reduktion von HNO3 durch Kupfer

hergestellt werden:

- die Dimerisierung erfolgt erst im kondensierten Zustand

- mit Sauerstoff reagiert NO spontan zu NO2:


Oxide des Stickstoffs - N2O3, NO2, N2O4, N2O5

- N2O3 erhält man als blaue Fl. durch Abkühlen einer äquimolaren

Mischung aus den Radikalen NO und NO2:

- Das Salpetersäureanhydrid N2O3 zerfällt oberhalb -10 °C (Rückrkn.),

mit Laugen bilden sich Nitrite:

- Struktur



- NO2 ist ein braunes, giftiges Gas mit ungerader Elektronenzahl

- es dimerisiert zu farblosem N2O4:

- NO2 ist ein Zwischenprodukt der Salpetersäuredarstellung; im Labor

erzeugt man es nach:



- NO2 ist gewinkelt; N2O4 ist planar mit einer N-N-Einfachbindung:

- N2O4 ist das gemischte Anhydrid von HNO2 und HNO3 und

hydrolysiert mit Lauge unter Disproportionierung:


Sauerstoffsäuren des Stickstoffs

-


Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO3

- großtechnische Darstellung durch Einleiten von N2O4 in H2O:



- großtechnische Darstellung durch Einleiten von N2O4 in H2O:

- letztlich wird Salpetersäure durch mehrere großtechnische Rkn. aus

dem Stickstoff der Luft dargestellt:



- die konzentrierte Säure löst Cu, Ag, Hg, nicht aber Au und Pt



- eine Mischung von konz. HNO3 und konz. HCl heißt Königswasser,

Königswasser löst alle Metalle

1 + 3 Königswasser



- eine Mischung von konz. HNO3 und konz. H2SO4 heißt Nitriersäure,

+ Nitriersäure



- mit eiweißhaltigen Stoffen zeigt

Salpetersäure die sogenannte

„Xanthoproteinreaktion“



- das HNO3 - Molekül ist planar, das N-Atom sp2-hybridisiert

- die Salze der Salpetersäure heißen Nitrate, das Nitration ist

resonanzs-

tabilisiert:



- Nitrate sind leicht wasserlöslich;

Alkalimetallnitrate zersetzen sich beim Erhitzen in Nitrite,

Schwermetallnitrate liefern NO2 und das entspr. Metalloxid:

- Nitrate sind, besonders bei höheren Temp., Oxidationsmittel;

dabei erfolgt Reduktion des Nitrations zu Ammoniak.



- Nitrate sind, besonders bei höheren Temp., Oxidationsmittel;

dabei erfolgt Reduktion des Nitrations zu Ammoniak.

- NaNO3 und NH4NO3 sind wichtige Düngemittel

- KNO3 (Salpeter) ist im ältesetn Explosivstoff „Schwarzpulver“

neben Schwefel und Holzkohle enthalten



- Salpetrige Säure HNO2 ist in reinem Zustand nicht darstellbar,

sondern nur in verdünnter Lösung einige Zeit haltbar.

- sie ist eine mittelstarke Säure

-zersetzt sich unter Disproportionierung:



-

- Struktur, Hybridisierung des N-Atoms:


Halogen-ver-

bindungen des

Stickstoffs


Halogenverbindungen des Stickstoffs

- NF3 ist ein farbloses, reaktionsträges Gas; ein NF3-H2O-Gemisch

reagiert erst nach Zündung

- im Gegensatz dazu hydrolysiert das ölig-gelbe, hochexplosive und

metastabile NCl3 wie folgt:


Halogenverbindungen des Stickstoffs

- NBr3 und NI3 (als Ammoniakat) sind explosive, polymere

Festkörper


Schwefelverbindungen des Stickstoffs

Die S-N - Bindung ist kovalent, Stickstoff ist negativ polarisiert:


Schwefelverbindungen des Stickstoffs

Die S-N - Bindung ist kovalent, Stickstoff ist negativ polarisiert:

- Tetraschwefel-tetranitrid S4N4

bildet orangenefarbene

wasserunlösliche Kristalle,

die aus Achtringen

aufgebaut sind:


Oxide des Phosphors

- Im Gegensatz zu den Stickstoffoxiden sind die Phosphoroxide

exotherme Verbindungen

- die wichtigsten Phosphoroxide sind

+ Phosphor(III)-oxid P4O6

und + Phosphor(V)-oxid P4O10


Oxide des Phosphors - Phosphor(III)-oxid

- entsteht bei der Oxidation von Phoshor mit stöchiometrischer Menge

als sublimierbare, wachsartige, giftige Masse (Fp. 24 °C)





- Struktur läßt sich von P4 - Molekülen

ableiten: Insertion von

Sauerstoffatomen in

jede P-P Bindung





- Struktur läßt sich von P4 - Molekülen ableiten: Insertion von

Sauerstoffatomen in jede P-P Bindung

- mit kaltem Wasser reagiert es zur Phosphonsäure H2PHO3


Oxide des Phosphors - Phosphor(V)-oxid

- entsteht bei der Verbrennung von Phosphor in überschüssigem O2

- weißes, geruchloses, stark hygroskopisches Pulver (Subl. 359 °C)



- entsteht bei der Verbrennung von Phosphor in überschüssigem O2

- weißes, geruchloses, stark hygroskopisches Pulver (Subl. 359 °C)

- Struktur ähnlich P4O6,

zusätzlich doppeltgebundene

Sauerstoffatome an allen

sp3-hybrid. P - Atomen



- reagiert äußerst heftig mit Wasser über Zwischenstuifen zu H3PO4

- ist eines der wirksamsten

wasserentziehenden Mittel -

zerfließt dabei zu einem

sirupösen Gemisch von

Phosphorsäuren


Sauerstoffsäuren des Phosphors

- ist



- die sauren Eigenschaften der Phosphorsäuren sind durch Protolyse

der OH- Gruppen bedingt

- die P-H Bindung protolysiert in Wasser nicht!



- Phosphorsäuren und saure Phosphate kondensieren, dabei treten

drei verschiedene Gruppen auf:


Sauerstoffsäuren des Phosphors - Orthophosphorsäure H3PO4

- farblose Kristalle (Fp. 42 °C)

- gut wasserlöslich (OH - Gruppen!)

- konz. Lösungen sind sirupös (OH - Gruppen, H-Brücken)

- handelsübliche Phosphorsäure hat einen Massenanteil von 85 %

- die mittelstarke Säure H3PO4 bildet drei Reihen von Salzen:



- Phosphation PO43- ist tetraedrisch, Sauerstoffe gleich gebunden

- Darstellung von Phosphorsäure aus Calciumphosphat:



- Phosphation PO43- ist tetraedrisch, Sauerstoffe gleich gebunden

- Darstellung von Phosphorsäure aus Calciumphosphat

- auf anderem Weg über weißen Phosphor (P4), Verbrennung zu P4O10

und anschließender sukzessiver Hydrolyse:


Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors.

- niedermolekulare Polyphosphate dienen als Wasserenthärter

+ Pentanatriumphosphat ist / war Bestandteil von Waschmitteln





Darstellung von Natriumpentaphosphat





+ wegen Gewässereutrophierung

Ersatz durch Zeolithe



- Calcium- und Ammoniumphosphate sind wichtige Düngemittel




- natürliches Ca3(PO4)2 ist unlöslich und daher wenig geeignet

- Aufschluß mit halbkonz. Schwefelsäure liefert das

Gemisch „Superphosphat“:




- natürliches Ca3(PO4)2 ist unlöslich und daher wenig geeignet

- Aufschluß mit halbkonz. Schwefelsäure liefert „Superphosphat“:

- bei Verwendung von H3PO4 erhält man „Doppelsuperphosphat“



- handelsübliche Dünger sind z. B.:

+ Hakaphos [ Harnstoff, KNO3, (NH4)2HPO4 ]





+ Leunaphos [ (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4 ]

Darstellung von Diamnoniumhydrogenphoshat:





+ Leunaphos [ (NH4)2SO4, (NH4)2HPO4 ]

+ Nitrophoska [ (NH4)2SO4, KNO3, (NH4)2HPO4 ]

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4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs Bei RT sind stabil: - Ammoniak NH 3 - Hydrazin N 2 H 4 - Stickstoffwasserstoffsäure