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Hinweis Bei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmen des Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besseren Durchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter das eingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, die Texterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichen Dateien mit Fehlern behaftet. Alle mehr als 700 Protokolle (Anfang 2007) können auf der Seite http://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.html eingesehen und heruntergeladen werden. Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel und Staatsexamensarbeiten bereit. Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

Hinweis Bei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll ... · Beim[CU(NH3)4(H20)2] 2+_ Komplex beträgt Antax. rund 600 nm. NH 3 spaltetdasLigandenfeld weiter auf( t\o wird größer)

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HinweisBei dieser Datei handelt es sich um ein Protokoll, das einen Vortrag im Rahmendes Chemielehramtsstudiums an der Uni Marburg referiert. Zur besserenDurchsuchbarkeit wurde zudem eine Texterkennung durchgeführt und hinter daseingescannte Bild gelegt, so dass Copy & Paste möglich ist – aber Vorsicht, dieTexterkennung wurde nicht korrigiert und ist gerade bei schlecht leserlichenDateien mit Fehlern behaftet.

Alle mehr als 700 Protokolle (Anfang 2007) können auf der Seitehttp://www.chids.de/veranstaltungen/uebungen_experimentalvortrag.htmleingesehen und heruntergeladen werden.Zudem stehen auf der Seite www.chids.de weitere Versuche, Lernzirkel undStaatsexamensarbeiten bereit.

Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007

Philipps - Universität Marburg

Fachbereich Chemie Lehramt

Wintersemester 1997/98

Übungen imExperimentalvortrag

Leitung: Dr. J. Butenuth,Dr. E. Gerstner, Prof. H. Perst

Referentin: MartinaScharf

Vortragstermin: 4.12.1997

Skript zum Thema

Ammoniak

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1. EMEITIJNG 3

1.1 Historisches 3

1.2 Strukturund Allgemeines ~ 3

1.3 Physiologie 4

2. ~ONIAKSYNTI-IESE 4

2.1 Historisches 4

2.2 Steam- Reforming- Verfahren - 7

3. EIGENSCIIAFruN 9

3.1 Chemische Eigenschaften 9

f' 3.2 Physikalische Eigenschaften 11

4. VORKOMMENl.JNDNACHWEIS 14

5. VERWENDl.JNG 18

5.1 Produktverband für Ammoniak 18

5.2 Großtechnische Herstellung von Salpetersäure - Das Ostwald-Verfahren 18

6. L~RATI.JR.VERZEICI-INIS 22

6.1 Bücher J•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 22

6.2 Zeitschriften 22

6.3 Sonstiges 23

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1. Einleitung

1.1 Historisches

Ammoniak war bereits im Altertumbei den Ägyptern und Arabern bekannt.

Der Name geht wahrscheinlich auf den ägyptischen Sonnengott Ra Ammon zurück.

Das Ammoniumsalz NIitCI, welches damals mit Steinsalz NaCI verwechselt wurde und in der

Nähe des Tempels des Jupiter Ammon vorkam, wurde als "Sal ammoniacum" ( Salz des

Ammon) bezeichnet, woraus die Worte Salmiak für das SalzNIitCl und Ammoniak für die

zugrundeliegende Base NH3abgeleitet wurden. DieseBezeichnungen sind bis heute

beibehalten.

1.2 Struktur und Allgemeines

Ammoniak ist ein farbloses, stechend riechendes, giftiges, zu Tränenreizendes Gas.

Das Molekül ist pyramidenförmig gebaut, die Bindungswinkel betragen 1070 (fast

Tetraederwinkel).

Der Stickstoffist Sp3 Hybridisiert, wobei 3 dieserHybridorbitale je eine 0'- Bindungmit demF'\

Is- Orbitalder H-Atome eingehen. Das einsame Elektronenpaar befindet sich36 pm über der

Ebene der H-Atomeund schwingt im flüssigen und gasförmigen Ammoniak mit einerFrequenz

von 2,4 * 10 10 sec -1 durch die Ebene der drei H-Atome. Dies findet Verwendung in den

Atomuhren.

In den Handelkommt Ammoniak in Stahlflaschen, komprimiert bei gewöhnlichen

Temperaturen und 8-9 bar.

Die konzentrierte wäßrigeLösungwird Ätzammoniak genannt und enthält 28-29 0/0

Ammoniak, die verdünnte Lösung "Salmiakgeist" ist I 0 %ig.

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1.3 Physiologie

Ammoniakdämpfe wirken schon in geringerKonzentrationreizend, in höherer ätzend auf die

Schleimhäute insbesondere der Atemwege und der Augen.

Der MAK- Wert liegtbei 35 mg/rrr'.

Konzentrationen von 1,5-2,5 g NH 3/m3 wirken innerhalb einer Stunde tödlich, ebenso wie

3-5 ml Salmiakgeist im Magen.

Aufgrundder Wahrnehmewirkung des stechenden Gases treten siejedoch selten ein.

Ammoniak im Magen führt zu Magenbluten und Kollaps. Zur Neutralisation wird verdünnte

Essig-, Wein- und Zitronensäure verwendet.

2. Ammoniaksynthese

2.1 Historisches

Im 18./19. Jahrhundertwurde gezieltversucht Ammoniak aus den Elementenherzustellen,

wobei hier auch schon mit Druck gearbeitet wurde. Dies allesführte jedoch zu keinemErfolg.

Fritz Haber ( 1866- 1934) stellte dann 1908 erstmalig Ammoniak aus den Elementenin einer

Hochdruckapperatur dar.

Carl Bosch ( 1874-1940) entwickelte daraus das wirtschaftliche Großverfahren für die BASF

r, in Ludwigshafen.

Dies war zu einerZeit, in der die Wissenschaft der Physikalischen Chemie noch sehr jung war.

Bekannt war jedoch bereits das chemische Gleichgewicht und das Massenwirkungsgesetz. Man

erkannte, daß das Gleichgewicht

3 H2 (g) + N2 (g)~ 2 NH3 (g), t1 H < 0

zum einen exothermund zum anderenvolumenvermindernt ist, und es sich somit mit fallenden

Temperaturenund steigendem Druck nach rechts verschieben läßt.

Eine quantitative Ausbeute erhält manbei Zimmertemperatur, wobei die Geschwindigkeit der

Reaktionjedoch unmeßbar kleinist. Katalysatoren wirken erst bei 400 "C, weswegen eine

hohe Temperatur nötig ist. Außerdem ist ein Druck von etwa 200 bar notwendig, um die

Ausbeute auf 17,6 % zu steigern.

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Dies ist auch an folgender Abbildung zu erkennen:

400

200200

600

500

Temperatur," "C

I f •

200 400 600 800 1000

Druck in bar

o fu~::::::::=------- 700

o

40

20

60

80

NH,-Kanzentratian .Val.-Anteile in 0/0

100

Erstmalig wurde eine Aufgabe mit theoretischenAnsätzengelöst. Das Problem wurde

wissenschaftlich erfaßt und die Labormethodendurch eine neue Technik, der

Hochdrucktechnik, durch Zusammenarbeit von Forschern und Technikern entwickelt.

1913 wurde die erste Ammoniakanlage in Betrieb genommen; sie produzierte täglich 30 t NH3 .

Heute arbeitenweltweit etwa 700 Anlagen mit einer Jahreskapazität von 130 Mio. t nach dem

Haber-Bosch-Verfahren, welchesunter dem Begriff" Griff in die Luft" in die Geschichte

emgmg.

Versuch 1: Darstellung von NH3 aus den Elementen

Chemikalien: Hz-und N z - Druckgasflaschen, HzS0 4 (konz.), Glaswolle, Phenolphthalein

zur Herstellung des Katalysators: Fe- Pulver, Aluminiumoxid,

Calziumoxid, Kaliumnitrat

Geräte: Stativmaterial, 4 Gaswaschflaschen, Verbindungsschläuche, Quarzglasrohr, Glasrohr

an einemEnde zur Kapillare gezogen, 2 gebogene Glasrohre, Dreiwegehahn.Bunsenbrenner

mit Breitbrenneraufsatz, Saugrohr, schwerschmelzbares Reagenzglas

Aufbau: ~~u:>dte..~~O"f

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Versuchsdurchführung:

1. Herstellungdes Katalysators:

4 gEisenpulver, 1 g Aluminiumoxid, 0,5 g Calziumoxid und 1,5 g Kaliumnitrat werden

im Mörser innigverrieben und in einemschwerschmelzbaren Reagenzglas erhitzt. Das

Gemengeglüht kurz heftigauf und wird noch einige Minuten mitvollerBunsenbrennerflamme

durchgeglüht. Die grauschwarzen Körnchensind nun der Katalysator. Diese Menge wird nun

noch einmal hergestellt.

2. Darstellungvon NH3:

Nachdemdie Apparatur mit Stickstoffgespült worden ist, wird Wasserstoffeingeleitet

und am Ende der Apparatur auf Knallgas untersucht. Fällt die Knallgasprobe negativ aus, wird

der überschüssige Wasserstoffam Ende der Apparatur entzündet, der Katalysatorwird auf

Rotgluht erhitzt und das Synthesegasgemisch auf ein Verhältnis von etwa 1: 3 (N2: H2)

eingestellt. NH3 wird in Wasser mit einigen TropfenPhenolphthalein eingeleitet.

Beobachtung: Es erfolgt ein Farbumschlag des Säure-Base- Indikatorsvon farblos nach rot.

Erklänlng: 3 H2(g) + N2(g) 2 NH3 (g)

Mechanismus:

• durch Wärmebewegung werden die N21H2-Moleküle an die Katalysatoroberfläche

transportiert und dort locker adsorpiert~ Lockerung der Bindunginnerhalb der Moleküle

• nacheinander werden erst ein, dann zwei und dann drei Wasserstoffatome an ein N-Atom

gebunden

• Desorption

Wirkung des Katalysator:

Die dunkleFarbe des Katalysators rührt im wesentlichen vom Fe20 3, der eigentliche

Katalysator Eisen wird erst im Laufe der Reaktion durch Reduktion mit Wasserstoffgebildet.

Er ist beständig, da eine Veränderung der hochgeglühten Oxideunwahrscheinlich ist.

Der Katalysatorbesteht aus einerFe20 3- Schmelze mit geringen Prozenten Al20 3, CaO als

strukturellePromotoren und K20 als elektronischer Promotor.

Al20 3 verhindert das Zusammensintem der reduziertenEisenpartikel, CaO stabilisiert die

Mikrostrukturen,K20 verstärkt die Eisen/StickstoffRückbindung,

vermindert die Adsorptionsenergie des Produktes und stabilisiert den Katalysatorgegenüber

Schwefelvergiftung.

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Nachweis des entstandenen Ammoniaks mit Phenolphthalein:

Lactoide Form (farblos) Chinoide Form (rot)

Der Umschlagbereich liegt bei einem ph von 8,0 bis 9,8.

2.2 Steam- Reforming- Verfahren

Im Steam- Reforming- Verfahren wird der Stichstoffwird aus der Luft gewonnen und der

Wasserstoff aus Wasser bzw. aus Erdgas. Hierzu wird ein Reduktionsmittel benötigt, welches

jeweils den Sauerstoff bindet. Man verwendet dazu Methan, da es zudem noch Wasserstoff

liefert. Die Summengleichung sieht wie folgt aus:

3,5 eH. + 5 H20 + [ 4 N2 + O2] ~ 8 NH3 + 3,5 CÜ2

Luft

Die Herstellung läuft in mehreren Schritten:

1. Gewinnung des Svnthesegases

a) Entschwefelung ( Schwefel ist ein Katalysatorgift)

b) Umsetzung von Methan mit Wasserdampf ( im Primärreformer)

c) Oxidation von Methan mit Luft (im Sekundärreformer)

d) Entfernung des Kohlenmonoxids ( Katalysatorgift) - Konvertierung

e) Kohlensäurewäsche und Feinwäsche

Durch entsprechende Steuerung wird ein Volumenverhältnis von N2:H2 = 1:3 hergestellt.

2. Ammoniaksynthese

a) Verdichtung des Synthesegases auf 200-300 bar - Synthesereaktor

mit Kaltgaszugabe (im Hochdruckofen):

- Synthesegas(150 Oe) strömt in den Ringraum zwischen Druckmantel

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und Einsatz und hält somit den Druckmantel auf niedrigen Temperaturen.

- Vorwärmung auf 400°C im innerenWärmeaustauscher

- Gas strömt nach oben und passiert erste Katalysatorschicht

..Zugabe von Kaltgas

- Zurückströmen und Abgabe von Wärme an einströmendes Gas

b) Kreislaufprinzip

- es erfolgt keine vollständige Umsetzung; das Gas, welchesnicht reagiert hat wird wieder in

den Kreislaufeingeführt

- das Gas, welches den Synthesereaktorverläßt hat einenVolumenanteil von 12-19%

Ammoniak, es wird inWärmeaustauschern, Luft- oder Wasserkühler, in Tiefkühlern mit

Ammoniak als Kältemittel bis zur Verflüssigung gekühlt; anschließend in Abscheidern

r abgetrennt, in Zwischenentspannungsbehältern entspanntund dem Ammoniak-Vorratstank

zugefiihrt.

Die anfallende Wärme wird zur Dampferzeugung ausgenutzt.

Heute werden 3 % der Weltenergie- Erzeugung für die Ammoniaksynthese verwendet.

ERDGAS

Y

Entschwefelung

H2S + ZnO -+ ZnS + H20

vvasserdampt --. Pnmarreformer

CH 4 + H~O ~ CO + H 2

---. Energie

Luft ---. Sekundarrsformar

2CH 4 + O 2 + 4N 2 -. 2CO + 4H2

+ 4N2,.

Energie

Wasserdampf --. Konvertierung (2 Stufen)

CO + H20 ~ H 2 + CO 2

--. Energie

Amine bzwl.auge

Kohlensäurewäsche

CO 2 + H2 0 + R-NH 2 -+ (R-NH3)HC0 3

Y

Kohlen­rnonox.d

Methanisierung

CO + 3H 2 ~ CH 4 + H20

CO 2 + 4H 2 ~ CH 4 + 2H 20

--. Energie

I Kompressor I~~-------~,.

Kuh/system

Ammoniaksyntheseofen Wasserstoffund Stickstoff

3 H 2 + N 2 ~ 2 NH 3 im Kreislauf

Y J8

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3. Eigenschaften

3.1 Chemische Eigenschaften

• Ammoniak reagiert schwach basisch. Der pkB - Wert liegt bei 4,75.

Das basische Verhalten ist ausgeprägter mit Säuren. Charakteristisch sind die

Ammoniumchloridnebel, welche aus gasförmigem Ammoniak und gasförmiger Salzsäure

entstehen. Die Salzbildung wird im folgenden Versuch gezeigt.

Versuch 2: Salzbildung am Beispiel von Ammoniumchlorid

Chemikalien: konz. NH3 , konz. HCI

Geräte: 0,5 I Standzylinder, Uhrglas, Glaswolle, Bindfaden

Versuchsdurchführung: Ein in Ammoniak gedrängter Wattebausch wird auf den Boden des

Standzylinders gegeben. Ein weiterer Wattebausch wird in die Salzsäure getaucht, am Uhrglas

mit dem Bindfaden befestigt und auf den Standzylinder gelegt.

Beobachtung: Es bilden sich weiße Nebel, die von oben nach unten absteigen.

Erklärung:

Es findet eine Säure- Base- Reaktion statt. Ammoniak reagiert aufgrund seines freien

Elektronenpaares als Lewis- Base, Chlorwasserstoffgas als Lewis- Säure.

Es entstehen positiv geladene Ammoniumionen, welche sich mit den negativ geladenen

Chloridionen zu Ammoniumchlorid- Kristallen verbinden, die in Form federfahnenartig

angeordneter Oktaeder auskristallisieren.

Base I

weiße Nebel

Säure 11 Säure I Base 11

Ammoniumchlorid bildet ein kolloidales System.

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Es finden u.a. Verwendung als Expektorans in Salmiakpastillen (Lakritzpastillen mit etwas

Salmiak), als schleimlösendes Hustenmittel, aber auch in der Photographie und bei der

Herstellung von Sprengstoffen.

• Ammoniak ist ein Reduktionsmittel; es reduziert z.B. CuO zu elementarem Cu oder Cl2 zu Cl':-3 -t.t 0 0

2 NH3 (g) + 3 CuO (s) ~3 Cu (s) + N2(g) + 3 H2

-'"' 0 0 -A2 AA3 (g) + 3 Ch(g) ~ N2 (g) + 6 HCI (g)

• Gemische aus Ammoniak und Luft mit 15,5- 28 % NH3 sind explosiv; ansonsten läßt sich

Ammoniak entzünden, unterhält jedoch die Verbrennung nicht. In reinem Sauerstoff

verbrennt es zu Stickstoffund Wasser: 2 NH3 + 1,5 O2 ~ N2 + 3 H20.

• Aufgrund seines freien Elektronenpaars kann Ammoniak als Komplexligand fungieren.

Die ,,Ammin- Komplexe" sind wesentlich stabiler als ,,Aqua- Komplexe".

Versuch 3: Ammoniak als Komplexligand

Chemikalien: wäßrige CUS04- Lösung, konz. NH3

Geräte: 2 Reagenzgläser

Versuchsdurchführung:

Zwei Reagenzgläser werden mit einer wäßrigen CUS04- Lösung gefüllt. In eines wird

zusätzlich eine konzentrierte NH3 - Lösung hinzugetropft.

Beobachtung: Beim Zutropfen der konzentrierten NH3 - Lösung erfolgt ein Farbumschlag von

hellblau zu einem intensiven blau-violett.

Erklärung:

Ursache für die Farbigkeit der Komplexe:

Cu2+ ist ein d9

- System und besitzt ein oktaedrisches Ligandenfeld.

Das Aufspaltungsmuster im oktaedrischen Ligandenfeld sieht wie folgt aus:

E

4+ 4- ~eg- - )

-4+ 4-t W h g

10

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Ein Elektron wird nun aus dem t2g -Niveau in das eg- Niveaugehoben,

wobei Energie mit der entsprechenden Wellenlänge Antax. absorbiert wird.

Antax. liegt beim [CU(H20)6] 2+:._ Komplex bei ca. 810 nrn ,

d. h. die Komplementärfarbe hellblau wird sichtbar.

Beim [CU(NH3)4(H20)2] 2+_ Komplex beträgt Antax. rund 600 nm.

NH3 spaltet das Ligandenfeld weiter auf ( t\o wird größer).

Die Komplementärfarbe tiefblau wird sichtbar

Zur Stabilität des Komplexes:

Der [CU(NH3)4(H20)2] 2+_ Komplex ist thermodynamisch stabilerals der [Cu(H20)6] 2+_ Komplex.

Der Grund liegt hierbei bei der Ligandenfeldstabilisierungsenergie, die bei d9- Systemen bei - 3/5 Ao

liegt.

Diese Erklärung ist vereinfacht und kurz gehaltenund läßt zum Beispiel den Jahn- Teller-Effekt

unberücksichtigt

3.2 Physikalische Eigenschaften

• Schmelzpunkt: 78°C, Siedepunkt: 33 °C

• Ammoniak ist leichter als Luft (M(NH3) = 17 g/mol;M(,,Luft") ~ 29 g/mol)

• Die charakteristische Leichtlöslichkeit in H20 zeigt Versuch4:

11

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Versuch 4: Springbrunnenversuch

Chemikalien: Ammoniumchlorid, Calziumhydroxid, einige Tropfen Phenolphthalein und

Methylenblau

Geräte: 0,51 Rundkolben, 11 Rundkolben (2 x), Trockenturm, gebogenes Z-Rohr, 2 Stopfen,

Glasrohre (eines am Ende zur Kapillare gezogen), Bunsenbrenner, Handgebläse, Parafilm

Aufbau:

Q

l0"'ztCll.CdP")./..l\z..O

Versuchsdurchführung:

1. Füllen des Kolbens

30 g Ammoniumchlorid werden mit 50 g Calziumhydroxid und ca. 15 ml Wasser vermischt

und in den 0,51 Rundkolben gefullt. Das Gemisch wird ca. 3-4 min. stark mit dem

Bunsenbrenner erhitzt.

Der obere Rundkolben (11) wurde mit Parafilm, der mit einigen Löchern versehen ist,

zugeklebt, damit das Ammoniak nicht so leicht wieder aus dem Kolben herausweicht.

2. "Springbrunnen"

Der mit Ammoniak gefullte Kolben wird nun über den zweiten Kolben, welcher mit Wasser,

ca. 40 Tropfen Phenolphthalein und ca. 10 Tropfen Methylenblau gefullt ist, gesetzt und

möglichst schnell verschlossen. Nun wird mit dem Blasebalg einen Tropfen Wasser in den

,,Ammoniak-Kolben" gespritzt.

Beobachtung:

Beim Füllen des Kolbens ist eine Gasentwicklung zu erkennen, welches z.T. im gebogenen

Rohr kondensiert.

Nachdem ein Tropfen Wasser in den Kolben gespritzt wurde, wird weiteres Wasser in Form

eines Springbrunnens ins Innere gezogen.

Das mit den Indikatoren Phenolphthalein und Methylenblau hellblau gefärbte Wasser wechselt

die Farbe zu einem intensiven violett .

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Erklärung:

Das Füllen des Kolbensverläuft nach einer Säure-Base-Reaktion nach Brönstedt:

Ca(OH)2 (s) + 2 NlLtCl (s) -.;# 2 NH3 (g) + CaCl2(s)+ 2 H20 (g)

Base I Säure n Base n Säure I

Ammoniak, welchesnoch Wasserdampfenthält, entweicht und wird im Trockenturm

getrocknet. Es verdrängt die Luft im Kolben, da Ammoniak leichterals Luft ist.Aufgrund der

dipolaren Struktur des Ammoniakmoleküls, ist es gut in Wasser löslich.

Es erfolgt eine dreidimensionale Assoziation mit den H20- Molekülen.

Folgende Wasserstoffbrückenbindungen sind möglich: -OH···IN

NH···IO

NH···IN

OR···IO

Es entsteht ein Unterdruck im Kolben, der dadurch ausgeglichen wird, indemWasser in Form

eines "Springbrunnens" angezogenwird.

Der Säure- Base-IndikatorPhenolphthalein schlägt von farblos nach rot um. Methylenblau ist

ein Redoxindikator und zeigt keinenFarbumschlag, weswegendie ammoniakalische Lösung

nun violett erscheint.

Das Gleichgewicht NH3(g) + aq~ NH3(aq) , A H < 0 wird durch höhere Temperatur nach links

verschoben, so löst z.B. ein Raumteil Wasser bei 0 °C 1176 Raumteile NH3, bei 20 "C ,,nur"

702 Raumteile.

• Ammoniak ist ein wasserähnliches Lösungsmittel:

Es ist polar, assoziiert über Wasserstoffbrückenbindungen und löst Ionen- und andere

polare Verbindungen unter Solvation.

Alkalimetalle werden in flüssigem Ammoniak unter Solvatation von Elektronen gelöst, was zu

einer Blaufärbung fuhrt:

Na +NH3 (1) ~ Na+(NH3) + e-(NH3).

Dies findet Anwendung in der Reduktion organischer Verbindungen.

Ammoniak unterliegt einerEigendissoziation analogdem Wasser:

2 NH3~ NH4+ + NH2- entsprechend 2 H20·~ H30 ++ Off .

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4. Vorkommen und Nachweis

Ammoniak kommt in der Natur nur selten und meist gebunden als Substitutions- und

Additionsverbindung oder im Boden enzymatisch zu Nitraten oxidiert vor. Es ist am

Stickstoffkreislaufbeteiligt:

Luft (78 Vol.%) N2 Proteine

• +N2- bindende Mikroorganismen 1nosäuren

(z.B. Knöllchenbakterien) Pflanzen

f" • ~Hamstoff ~ Abbau von AS•NH3

~ Purine, Kreatin

Bakterien (Nitrifikation) ~N03-

NH3 entsteht in der Natur durch Fäulnis stickstofthaltiger pflanzlicher und tierische Substanzen

( hauptsächlich Eiweiße). Dadurch gelangt es in den Boden und in die Luft.

Bei der Stickstoffixiemng und der Assimilation von Nitraten durch Mikroorganismen werden

molekularer Stickstoffund anorganische Nitrate in Ammoniak umgewandelt.

Ammoniak ist ein phatologisches Stoffwechselprodukt. Das bei der Desaminierung

freiwerdende NH3 wird bei Säugern als Harnstoff: bei Vögeln und Reptilien als Purine

ausgeschieden.

Außerdem wurde Ammoniak in Magmatische Gesteinen gefunden, welche im Durchschnitt

20 g/t NH3 enthalten. Im Weltall wurde Ammoniak in der Milchstraße und in der Jupiter­

Atmosphäre entdeckt.

Ammoniak in Gülle:

Gülle ist ein organischer Dünger, welcher aus Kot, Harn und Wasser besteht.

Der Anteil der organischen Substanzen sind wechselnder Zusammensetzung, welche abhängig

vom Futter und der Verwertung der einzelnen Tiere ist. Deswegen ist eine regelmäßige

Analyse, um Überdüngung bzw. Unterversorgung der Pflanzen zu vermeiden, notwendig.

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r>.

Die Gefahr der Nitratauswaschung ist bei organischen Dünger größer als beim den

Mineraldüngern, da der organisch gebundene Stickstoffauch dann mineralisiert, wenn er von

keiner Pflanzeverwertet wird.

Gefahrbesteht in einem falschen Zeitpunkt und bei zu großer Menge der Aufbringung.

Andere organische Dünger sind Jauche (Harn und Wasser) oder Stallmist (Kot, Harn und

Einstreu). Im Versuchwird der Arnrnoniakgehalt in Schweinegülle mit der Kjeldahl-Methode

bestimmt.

Versuch 5: Quantitative Ammoniakbestimmung in Gülle nach Kjeldahl

Chemikalien: HCI (c(HCl) = 0,1 mol/l), NaOH (c(NaOH) = 0,1 mol/l, t = 0,97),

NaOH (w(NaOH) = 0,4), Mischindikator: Methylrot/Bromthymolblau

Geräte : KjeldahJ-Apperatur, Bürette, Stativmaterial, 500 ml Weithalskolben

Aufbau:

Versuchsdurchführung und - ergebnisse:

1. Wasserdampfdestillation

Eingesetzte Masse an Schweinegülle: m(Gülle) = 10 g

Vorlage an Salzsäure: V(HCl (aq) = 25 ml

Ammoniak wird mit der 40%igenNaOH- Lösung aus der Gülleentbunden und durch den

Wasserdampfausgetrieben, welcher im LiebigkühJer kondensiert und die vorgelegte Salzsäure 0

neutralisiert.

Reaktion im Kjeldahlkolben:

NH/ (aq) + Off (aq) ~ NH3 (g) + H20~

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Reaktion in der Vorlage:

NH3(g) + H30+ ---)~ + (aq) + H20+

2. Titration der überschüssigen Salzsäure

Die Titration der überschüssigen Salzsäure erfolgt mit NaOH.

Reaktionsgleichung: H30+ (aq) + Off (aq) ---) 2 H20

Am Äquivalenzpunkt liegen gleiche Stoffmengen vor:

c (HCI (aq)) * V(HCI (aq)) = c (NaOH (aq) * V(NaOH (aq) * t

=> V(HCI (aqj) = V(NaOH (aq)) * 0,97 , V(NaOH (aq) verbraucht = 17,4 m1

, d.h. V(HCI (aq)) = 16,9 m1

=> NH3 hat mit ( 25 - 16,9) m1 = 8,1 ml HCI reagiert.

Da 1ml HCI = 1,7032 mg NH3

=> 8,1 m1 Hel = 13,8 mg NH3

=> 13,8 mg NH3 / 10 g Gülle => 0,138 g NH3 / 100 g Güll

Ergebnis bei Düngemitteluntersuchungen:

~+-Stickstoff 0,09 - 0,48 g/ 100 g Schweinegülle

Mischindikator:

Der Mischindukator aus Methylrot und Bromthymolblau schlägt

bei der Titration von rot nach grün um :

pR bis 4 4-6 6-8

Methylrot rot orange gelb

Bromthymolblau gelb gelb grün

Mischindikator rot gelborange grün

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Versuch 6: Qualitativer Nachweis von NB3 im Abwasser mit Nesslers Reagenz

Der Nl4+ -Gehalt im Abwasser des Anorganikpraktikums im SS '97 lag bei einer

Konzentration von c(NH.+) = 0,095 moll I ( Bestimmung nach KjeldaW!).

Er soll nun qualitativ nachgewiesen werden. Dies erfolgt mit Nesslers-Reagenz, was ein sehr

empfindlicher Nachweis ist und auch quantitativ durch Photometrie und Kolormetrie erfolgen

kann.

Chemikalien: Abwasser, Nesslers-Reagenz

Geräte: 2 Reagenzgläser

Durchführung:

Die Reagenzgläser werden mit Abwasser einer unterschiedlichen NH4+-Konzentration gefüllt

und Nesslers Reagenz hinzugegeben.

Im Vortrag: Reagenzglas 1: c(NH.+) = 0,048 mol/ I, Reagenzglas 2: c(NH.+) = 0,015 moll 1.

Beobachtung:

Es entsteht jeweils ein unterschiedlich intensiver gelblicher Niederschlag.

Erklärung: Reaktion mit Nesslers Reagenz:

NH4+ (aq) + OIr(aq) ~ NH3 (aq) + H20

4 K++ 2 [Hgl4]2- + NH3 + 3 Off~ [Hg2N]+r + 4 K++ 7 1- + 3 H20oE-

farbloser Iodid der

Tetrajodo- Millonschen

mercurat(II)- Base

komplex

gelb-orangebraun

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5. Verwendung

5.1 Produktverband für Ammoniak

Zwischenprodukte Aminoplastharze

Melamin

Pflanzenschutzmittel

r>:

5.2 Großtechnische Herstellung von Salpetersäure - Das Ostwald-Verfahren

80 % des produzierten Ammoniaks finden Verwendung in der Düngemittelindustrie, für die

Salpetersäure ein wichtiges Ausgangsprodukt darstellt.

1906 wurde das Ostwald- Verfahren zur Herstellung von Salpetersäure bei der Zeche

Lothringen ausgeübt. In Deutschland wird Salpetersäure seit 1908 in erster Linie nach diesem

Verfahren hergestellt. Ausgangsstoff war eine Ammoniaklösung aus der Koksgaswäsche,

Endprodukt war Ammoniumnitrat, welches auch als Sicherheitssprengstoff eingesetzt wurde.

Das Verfahren ist gekennzeichnet durch drei Schritte:

1. Katalytische Umsetzung des Ammoniaks mit Luftsauerstoffzu Stickoxiden am Platinkatalysator.

2. Oxidation des Stickstoffmonoxids zu Stickstoffdioxid

3. Absorption in Wasser zu Salpetersäure

Nach dem 1. Weltkrieg erfolgte eine Umstellung auf die bei Du Pont de Nemours

entwickelten Platin-Rhodium-Netze.

N02 wird heute in eine 40-500/0 HN03- Lösung eingeleitet (Zwischenbildung von HN02) .

Konzentrierte HN03 wird durch Verbrennung von NH3 mit reinem Sauerstoff oder durch

Arbeiten unter Druck erhalten.

18

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Zur Ammoniakverbrennung mit Luftsauerstoff

Mögliche Reaktionen:

4 NH3 + 3 Oa4 2 Nz + 6 HzO ; MI = - 1272,6 KJ / mol (I)

4 NH3+ 4 Oa4 2 NzO + 6 HzO ; MI = - 1108,8 kJ / mol (2)

4 NH3 + 4 Oa4 2 NO + 6 HzO ; MI = - 908,9 kJ / mol (3)

4NH3 + 7 0 z4 2 NOz + 6 HzO ;MI=-1137,8kJ/mol (4)

Bei sehr hohen Temperaturen:

4 NH3 + 3 Oz4 2 Nz + 6 HzO ; MI= 92,4 kJ / mol

Reaktion (3) läuft bevorzugt ab, wenn Platin bzw. Platin-Rhodium- Netze als Katalysatoren

verwendet werden, eine kurze Verweildauer am Katalysator ( 111000 sec) gewährleistet ist und

Temperaturen von 600-700 "C herrschen.

Reaktion (4) ist nicht erwünscht, da eine Sekudärreaktion am Katalysator von NH3 und NOz

abläuft:

Versuch 7: Salpetersäureherstellung- Ostwald-Verfahren

Chemikalien: NH3 (konz.), Platindraht,Magnesiastäbchen, Lunges-Reagenz, Aktivkohle

Geräte: 2 Gaswaschflaschen, Quarzglasrohr, gebogene Glasrohre, Stativmaterial,

Bunsenbrenner, Saugpumpe (wird zum Blasen verwendet)

Aufbau: Jl\~~""o"\.\R

w.~-~~l~

&~o\i,\~.bUl

Versuchsdurchführung:

Mit Hilfe der Pumpe wird Ammoniakgas über den Platindraht,welcher netzartig verwebt sein

sollte geblasen. Die entstehenden Gase werden in eine Gaswaschflasche, die mit Lunges­

Reagenz gefullt ist, eingeleitet. Überschüssiges Ammoniak wird in Aktivkohle adsorbiert.

Beobachtung: Man beobachtet ein Auf- bzw. Weiterglühen des Katalysators. Es entstehen

braune und weiße Nebel. Lunges- Reagenz verfärbt sich rot.

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Auswertung:

I. Ammoniakverbrennung am Platinkatalysator mit Luftsauerstoff

4 NH3 + 4 O2 7! 2 NO + 6 H20 ; AH =- 908,9 kJ I mol

2. Oxidation des NO zu N02:

2NO+02 ~2N02 ,AH=-114kJ/mol-E-

Das entstehende braune Gas ist N02.

3. Einleiten in H20

N02 + H20~ 2 HN03 + NO ; L\ H = - 73 kJ / mol

Die Reaktion verläuft über Nitrit-Bildung:

2 N02+ H20 --+ HN02+ HN03~

3 HN02~ HN03 + 2 NO + H20-E-

2NO+02 ~2N02

ISummenfonnel: I2 NO + 1,5 O2+ H20--; 2 HN03; A H = -187 kJ / mol

d. h. hohe Ausbeute bei

- niedrigen Temperaturen,

- Sauerstoffiiberschuß,

- Wasserüberschuß,

- erhöhter Druck.

Nebenreaktion:

Bildung von~N02 (weiße Nebel) aus NH3 , N02, H20:

2 N02+ H20~ HN02 + HN03

NH3 + HNO~ NH4N02

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Nachweis vonNO?· mit Lunges- Reagenz:

Lunges 1: Essigsaure Sulfanilsäure-Lösung

Lunges 2: Wäßrige Lösung vona- Naphtylamin

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Su.l.\a.'ft~~'r(. :b~() tovU.u.u.l ('JY1

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6. Literaturverzeichnis

6.1 Bücher

• Beyer, Hans: Lehrbuch der organischen Chemie, 17. Auflage, S. Hirzel Verlag

Stuttgart,1973

• Holleman - Wiberg: Lehrbuch der anorganischen Chemie, 71.- 80. Auflage, Walter de

Gryter & Co., Berlin 1971

• Bukatsch/Glöckner (Hrsg.): Experimentelle Schulversuche, Aulis Verlag Deubner& Coks

S. 117-127

• Nöding! Flohr: Methodik, Didaktik und Praxis des Chemieunterrichts, Quelle und Meyer,

Heidelberg 1979, S. 288-245

• P. HabitzJ H. Puff/ O. Schmitz-Du Mont: Chemische Unterrichtsversuche, Dr. Diertrich

SteinloffVerlag, Darmstadt 1979, 6. Auflage, S. 238-245

• StapfIRossa: Chemische Schulversuche Teill: Nichtmetalle, Volks und Wissen

Volkseigener Verlag Berlin 1971, S.144-157

• Römpp: Chemie-Lexikon, 9. Auflage, Georg Thieme Verlag St. 1992

• Strube: Der historische Weg der Chemie, VEB Dt. Verlag für Grundstoffindustrie,

Leipzig 1981

• Jobst Oehmichen: Chemie für Landwirte, Verlag M. & H. Schaper Hannover 1984

6.2 Zeitschriften

• Diemann, Ekkehard: "Wie kann man elementaren Stickstofffixieren?- Das Prinzip der

technischen und biologischen Fixierung von Distickstoff"; In: Praxis der

Naturwissenschaften 42 (1993) 4, S. 12-15• Liebe, W.: " Großtechnische Herstellung von Ammoniak"; In: Praxis der

Naturwissenschaften 39 (1990) 1, S. 9-15

• Schwankner,R./ Eiswirth,M.: Ammoniak-Synthese. Historische und mechanistische

Anmerkungen; In: Praxis der Naturwissenschaften 38 (1989) 1, S. 9-] 5

• Reimann, A.: Die Haber-Bosch-Synthese im Reagenzglas; In: Praxis der

Naturwissenschaften 42 (1993) 8, S. 23-25

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I~

• Hoffmann, F.: Herstellung von Salpetersäure; In: Praxisder Naturwissenschaften 39

(1990)1, S. 16-19

• Höfling, E., Menrad, H., Obermayer, W.: Die Ammoniakverbrennung nach Ostwald­

gefahrlose Demonstration eines bislang problematischen Experiments; In: Praxisder

Naturwissenschaften (1980) I, S. 3-6

• Zerulla, W.: Düngung imBrennpunkt; In: Praxisder Naturwissenschaften 38 (1989) 2, S. 5-9

6.3 Sonstiges

• Fonds der chemischen Industrie (Hrsg.): Die Ammoniak-Synthese- Diaserie mit

Begleitheft, FrankfurtIM., 1976

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AMMONIAK

- war bereits im Altertum bei den Ägyptern und Arabern bekannt

- NH4CI wurde in der Nähe des Tempels des Jupiter Ammon gefunden

~ .sal ammoniacum" (SalzdesAmmon) => Salmiak

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AMMONIAK (NH31-

- farbloses, stechend riechendes, giftiges, zu Tränen reizendes Gas

- MAK- Wert: 35 mg/m3

- 1,5-2,5 9 1m3 NH3 (g) bzw, 3-5 ml Salmiakgeist im Magen

~ Tod innerhalb einer Stunde

- Molekül ist pyramidenförmig gebaut, die Bindungswinkel betragen 107°

..-...--­..­.,.-.-­.,._ ...---------

Hybridisierung des Stickstoffs: Sp3

- in den Handel: Stahlflaschen (8-9 bar)

konzentrierte wässrige Lösung (25-28%): Ätzammoniak

verdünnte Lösung (10%) : Salmiakgeist

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Die Ammoniaksynthese "Griff in die Luft"

- ab 18. Jahrhundert:

erste Anstrengungen Ammoniak aus den Elementen herzustellen

~ keine Erfolge

Grund:

3 H2 (g) + N2 (g) ~ 2 NH3 (g) ; ~ H < 0

- 1908: Fritz Haber stellte erstmalig

Ammoniak aus den Elementen

in einer Hochdruckapperatur dar.

Fritz Haber, 1868 bis 1934

-1913: BASF in Ludwigshafen nahm die

erste Ammoniakanlage entwickelt

von Carl Bosch in Betrieb .

~ produzierte täglich 30 t NH3

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Versuch 1: DarstellunQ..von NH3 aus den Elementen

3 H2(g) + N2(g) ~ 2 NH3 (g) + 22.04 kcat

Katalysator: Fe20 3- Schmelze mit geringen Prozenten

Ab03, CaO als strukturelle Promotoren

K20 als elektronischer Promotor

Mechanismus:", \NH

Katalysator cP o..und Gasphase -U_________ J~~~~~:~r~~~C5_~!~t:$~1"':';'~f.~i~~----------

Adsorption

AktivierteAdsorption

I. Stufeder Reaktion

Itt. Stufeder Reaktion

Desorption

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HO

Nachweis des entstandenen Ammoniaks mit Phenolphthalein:

C\o/

C11o

Lactolde Fonn (farblos)Phenolphthalein

I ChJnoide Fonn (rot)

~ Umschlagbereich: pH =8,0 - 9,8

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Steam- Reforming- Verfahren

3,5 CH4 + 5 H20 + [4 N2+ 02]~ 8 NH3 + 3,5 CO2

Methan Wasser- Luft Ammoniak Kohlen-

dampf dioxid

Herstellung:

1. Gewinnung und Reinigung des Synthesegases

( Dreistufenverfahren)

2. Ammoniaksynthese

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Wesserdampf

ERDG~S

•Entschwefelung

H2S + ZnO ~ ZnS + H20

Primärreformer

CH. + H20 ~ CO +~H2Energie

L- lila-Sekundärreformer -. Energie

2CH 4 + O2 + 4N 2.... 2CO + 4H 2 + 4N 2

y

~asserdampf .. Konvertierung (2 Stufen) .. EnergieCO + H20 -.A H2 + CO2~

~

Alliine bzw.Lauge

Kohlensäurewäsche

CO2 + H20 + R-NH 2 -+ o(R-NHJ)HCO J

~

Methanisierung

CO + 3H 2 ~ CH. +CO2 + 4 H2 ~ CH. +

Kohlen­monoxid

Energie

( Kompressor 1...-..---------­y

Ammoniaksyntheseofen

3H 2 + N2 ~ 2NH J

Kühlsystem

Wasserstoffund Stickstoff

im Kreislauf

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. ... -~ .

§genschaften von Ammoniak

Chemische Eigenschaften:

- Base nach Lewis (freies Elektronenpaarl:

INH3 (aq)+ H20 ~ NH/ (aq) + OH-(aq) ; pkB = 4,75 (schwach basisch)

ausgeprägter mit Säuren:

z.B. INH3 + HCI ~ NH/ + cr

- Reduktionsmittel:-3 1"L 0 0

z.B. 2 NH3 (g) + 3 CuO (s) --)0 3 Cu (s) + N2 (g) + 3 H20

-~ 0 0 -~oder 2 NH3 (g) + 3 ci, (g) --)0 N2 (g) + 6 HCI (g)

- Gemische: Ammoniak I Luft mit 15,5- 28 % NH3 explosiv

r> - unterhält die Verbrennung nicht

- in reinem Sauerstoff:

- Komplexligand

~,:B. [Cu(H20 )6f ++ SO/- + 5 INH3~ [Cu(NH3)4(H20 h f ++ SO/- + 4 H20

blau tiefblau

::::> Kupfer- Nachweis

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Versuch 2: Salzbildung am Beispiel von

NH3und Hel

Säure- Base- Reaktion nach Lewis:

~ ~H- NI + H- Crj ~ H-N(+t H + I"Cf! (-)

~ - ~ ~

weiße Nebel

Base I Säure 11 Säure I Base 11

Verwendung von NH4CI:

- als Expektorans: Salmiakpastillen ( Lakritzpastillen mit etwas Salmiak),I

r> schleimlösendes Hustenmittel

- z.B. Photographie, Herstellung von Sprengstoffen, Löten

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Versuch 3: NH3 als Komglexli9!D.Q

Ursache für die Farbigkeit der Komplexe:

- Cu2+ : oktaedrisches Ligandenfeld

d9- System

Aufspaltungsmuster im oktaedrischen Ligandenfeld:

E~~ e9

Elektron aus dem t2g -Niveau wird in das eg - Niveau gehoben,

wobei Energie mit der entsprechenden Wellenlänge Amax. absorbiert wird.

~ [Cu(H20)61 2+: Amax. ::::: 810 nm => Komplementärfarbe hellblau sichtbar

(' [Cu(NH3)4(H20hl 2+: NH3 spaltet das Ligandenfeld weiter auf ( ~o größer)

Amax. ~ 600 nm =} Komplementärfarbe tiefblau sichtbar

Zur Stabilität des Komplexes:

Grund:

LFSE bei d9- Systemen: - 3/5 ~o

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~I •

Physikalische Eigenschaften:

- Schmelzpunkt -78 "C

Siedepunkt -33 -c- leichter als Luft (M(NH3) = 17 g/mol; M("Luft") ~ 29 g/mol)

- Leichtlöslichkeit in H20:

NH3(g) + aq~ NH3(aq) ; ~ H < 0

T I -c Raumteile H20 Raumteile NH3

0 1 1176

15 1 772

20 1 702

- flüssiger Ammoniak: wasserähnliches Lösungsmittel

2 NH3~ NH4++ NH2- (analog: 2 H20 ~H30++ OHj

~ polar; assoziiert über Wasserstoffbrückenbindungen

~ löst lonen- und andere polare Verbindungen unter Solvation

z.B. Alkalimetalle ( .solvatlslerte Elektronen t' )

Na + NH3~ Na+(NH3) + e-(NH3)

=> Anwendung in der Reduktion organischer Verbindungen

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Versuch 4: Springbrunnenversuch

!l AmmoniakentwicklunQ:

Füllen des Kolbens

.t!l Wasserlöslichkeit von NH3

zu a): Säure-Base-Reaktion nach Broensted:

Base I Säure 11 Base 11 Säure 1

zu b):

Ammoniakmolekül: dipolaren Struktur~ gut in Wasser löslich

=> dreidimensionale Assoziation mit den H20- Molekülen

NH3 + n H20 ~ NH3 * n H20 (Gashydrat)

NH3 * n H20 t-NH/ + OH- + (n-1) H20

mögliche Wasserstoffbrückenbindungen: OH---IN

NH-·-IO

NH-·-IN

OH--'IO (vom Wasser)

=> Unterdruck im Kolben

=> Wasser wird in Form eines "Springbrunnens" angezogen

=> Baseeigenschaft des Ammoniakmoleküls:

Indikator: Phenolphthalein

~ Farbumschlag von farblos nach rot

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~\

Weitere Eigenschaften:

- flüssigerAmmoniak: wasserähnliches Lösungsmittel

2 NH3~ NH4+ + NH2- (analog: 2 H20 ~H30++ OH-)

~ polar; assoziiert über Wasserstoffbrückenbindungen

~ löst Ionen und andere polare Verbindungen unter Solvation

z.B. Alkalimetalle ( .solvatlslerte Elektronen")

Na + NH3 (I) ~ Na+(NH3) + e-(NH3)

=:> Anwendung in der Reduktion organischer Verbindungen

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Vorkommen

- in der Natur nur selten =:> meist gebunden als Substitutions- und

Additionsverbindung oder im Boden enzymatisch zu Nitraten oxidiert

=:> Stickstoffkreislauf

Purine, Kreatin

Luft (78 VoL%) Nz

'~Nrbindende Mikroorganismen

(z.l. Knöllchenbakterien)

-------- Bakterien (Nitrifikation)

Proteine

t.Aminosäuren

.~Abbau von AS

l

---....._- ~

Pflanzen

- Magmatische Gesteine: im Durchschnitt 20 gft NH3

- im Weltall: Milchstraße, in der Jupiter- Atmosphäre

- in organischer Dünger: z.B. Gülle (Kot, Harn, Wasser):

~ wechselnde Zusammensetzung

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Versuch 5: Quantitative Ammoniakbestimmung

in Gülle nach Kieldahl

~ Wasserdam(!fdesti Ilation

Eingesetzte Masse an Schweinegülle: m(Gülle) = 10 9

Vorlage an Salzsäure: V(HCI (aq) ) =25 ml c(HCI (aq) ) =0,1 molll

=> Entbundener Ammoniak wird durch den Wasserdampf ausgetrieben,

kondensiert im Liebigkühler und

neutralisiert die vorgelegte Salzsäure.

Reaktion im Kjeldahlkolben:

NH4+ (aq) + OH- (aq) ~ NH3 (9) + H20~

Reaktion in der Vorlage:

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Versuch 6: Qualitativer Nachweis von NH3 im Abwasser mit

Nesslers Rea~

NH4+ - Gehalt im Abwasser des Anorganikpraktikums im 55 '97:

c(NH4+) =0,095 moll I

Reagenzglas 1: c(NH4+) =0,048 moll I

Reagenzglas 2: c(NH4+) =0,015 moll I

Reaktion mit Nesslers Reagenz:

4 K+ + 2 [HgI4]2- + NH3 + 3 OH-4 [Hg2Nr r + 4 K+ + 7 r + 3 H20oE-

farbloser Iodid der

Tetrajodo- Millonschen

mercurat(II)- Base

komplex

gelb-orangebraun

4 sehr empfindlicher Nachweis

4 auch quantitativer Nachweis durch Photometrie oder Kolorimetrie

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Das Ostwald-Verfahren- Sal~etersäureherstellung

Seit 1908 wird in Deutschland dieses Verfahren angewendet.

Kennzeichnend durch drei Schritte:

- katalytische Umsetzung des Ammoniaks mit Luftsauerstoff zu

Stickstoffmonoxid am Platinkatalysator

- Oxidation des Stickstoffmonoxids zu Stickstoffdioxid

- Absorption in Wasser zu Salpetersäure

Zur Oxidation von Ammoniak mit Luftsauerstoff:

Mögliche Reaktionen:

.» N2 + H20

••••• . .. ':J N20 + H20.. -... ~~

NH3 + X O2 :::------> NO + H20............... :}

....... N02 + H20........~

N2 + H2

Reaktionsprodukt N02 unerwünscht, da Nebenreaktion am Katalysator möglich:

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Versuch 7: Salpetersäuredarstellung- Ostwald-Verfahren

1. Ammoniakverbrennung am Platinkatalysator mit Luftsauerstoff:

4 NH3 (g)+ 4 O2 (9)~ 2 NO (g) + 6 H20 ; ~ H = - 908,9 kJ I mol~

2. Oxidation des NO zu N02~

2 NO (9) + O2 (9) ~ 2 N02 (9) tl:3. H = -114 kJ I mol

farblos braun

3. Einleiten in H20

3 N02 (9) + H20 ~ 2 HN03 + NO (9) ; ~ H =-73 kJ I mol~

Reaktion verläuft über Nitrit-Bildung:

2 N02 (9) + H20 ~ HN02 + HN03

3 HN02 --+ HN03 + 2 NO (9) + H20~

2 NO (9) + O2 (9) --:. 2 N02 (9)

ISummenformel: I2 NO + 1,5 O2 + H20~ 2 HN03; ~ H = -187 kJ I mol

~

Nebenreaktion:

Bildung von NH4N02 (weiße Nebel) aus NH3 , N02, H20:

2 N02 (g)+ H20 ~ HN02 + HN03~

NH3 (g) + HN02~ NH4N02~

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Nachweis von NOg- mit Lunges- Reagenz:

Lunges 1: Essigsaure Sulfanilsäure-Lösung

lunges 2: Wäßrige Lösung von (1- Naphtylamin

•Sulfanilslure Qiazo­

tierung

~.+

Diazonium-Ion(farblos)

I '"""

+

N:N1 +

I<upplunq

NH2+ H20 •

a.-Naph thy lam-in .(KUpplungskomponente)(farblos)

N=N-

Azofarbstoff(intensiv rot)

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Produktverband für Ammoniak

Zwischenprodukte

lackhitfsmittel ~-.--

Faservorprodukle·

Aminoplastharze

Melanin

.Pflanzenschutzmittel

Faserrohstoffe

~-... Pflanzenschutzmittel-- Schaumstoffe

Farben

--------'~Chemie in der Schule: www.chids.de