Ammoniak.

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1 Ammoniak

2 Gliederung Darstellung Eigenschaften Ammonium-Salze Nachweise
Verwendung Schulrelevanz

3 Gliederung Darstellung Eigenschaften Ammonium-Salze Nachweise
Verwendung Schulrelevanz

4 Darstellung von Ammoniak
Labor: Ammoniumsalze + Natronlauge Großtechnisch: Rothe-Frank-Caro (Gewinnung aus Kalkstickstoff) Serpek-Verfahren (Hydrolyse von Nitriden) Haber-Bosch-Verfahren (aus den Elementen)

5 Das Haber-Bosch Verfahren
Darstellung Versuch 1 Das Haber-Bosch Verfahren

6 Das Haber-Bosch-Verfahren
Darstellung Das Haber-Bosch-Verfahren Darstellung aus den Elementen N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) ΔH = - 92,5 kJ -3 +1 Nobelpreis Produktion:120 mio. t/Jahr Fritz Haber ( ) Carl Bosch ( )

7 Prinzip von Le Chatelier
Darstellung Prinzip von Le Chatelier Hohe Ausbeute: je niedriger die Temperatur je höher der Druck Kompromiss zwischen günstiger Gleichgewichtslage und hoher Reaktionsgeschwindigkeit Ammoniakanteile im GG

8 Reaktionsgeschwindigkeit
Darstellung Reaktionsgeschwindigkeit je höher die Temperatur, desto schneller GG Hohe Aktivierungsenergie durch Dreifachbindung entropisch ungünstig Verwendung eines geeigneten Katalysators

9 Katalysator und Gasmolekülen Adsorption und Dissoziation Anlagerung
Darstellung Katalysator N2 H2 Heterogenes System aus Kat. und Gasmolekülen Adsorption und Dissoziation Anlagerung Desorption Fe-Insel

10 Reaktionsbedingungen
Darstellung Reaktionsbedingungen Druck: 150 – 450 bar Temperatur: °C Mengenverhältnis Stickstoff/Wasserstoff: : Katalysator: Eisen(II/III)-Oxid Fe3O4 Promotoren: K2O, CaO, Al2O3 und SiO2

11 Promotoren Al2O3: struktureller Promotor K2O: elektronischer Promotor
Darstellung Promotoren Al2O3: struktureller Promotor K2O: elektronischer Promotor CaO: Stabilisierung der Makrostruktur Stabilisierung der Struktur und Verbesserung der Aktivität des Katalysators

12 Darstellung Ausbeute: ca. 18 %

13 Im Labor Katalysator: Fe2O3, Promotoren: Al2O3, CaO, KNO3
Darstellung Im Labor Katalysator: Fe2O3, Promotoren: Al2O3, CaO, KNO3 N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) Nachweis: NH3 (g) + H2O NH4+ (aq) + OH- (aq) basisch: Lackmuspapier blau -3 +1

14 Gliederung Darstellung Eigenschaften Ammonium-Salze Nachweise
Verwendung Schulrelevanz

15 Eigenschaften von Ammoniak
pyramidenförmig, Bindungswinkel 107° farblos, riecht stechend, giftig, ätzend Smp. –78°C, Sdp. –33°C Bildung von H-Brücken Inversion δ- δ+

16 Eigenschaften von Ammoniak
Autoprotolyse analog zu Wasser 2 NH3 (l) NH4+ (solv) + NH2- (solv) gutes LM für viele Salze LM für Alkalimetalle Na (s) + NH3 (l) Na+ (solv) + e- (solv) sehr gute Löslichkeit in Wasser

17 Versuch 2 Löslichkeit von Ammoniak in Wasser - Der „Springbrunnen“ -
Eigenschaften Versuch 2 Löslichkeit von Ammoniak in Wasser - Der „Springbrunnen“ -

18 1L Wasser löst 700 L Ammoniak Unterdruck: NH3 (g) NH3 (aq)
Eigenschaften Dipol – Dipol - WW H-Brücken Hydratisierung 1L Wasser löst 700 L Ammoniak Unterdruck: NH3 (g) NH3 (aq) + H2O δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ-

19 Reaktion mit Phenolphthalein
Eigenschaften Reaktion mit Phenolphthalein farblos bei pH 0 – 8,2 rot im Basischen ab pH 8,2 basische Reaktion von Ammoniak in Wasser: NH3 (g) + H2O NH4+ (aq) + OH- (aq)

20 lactoide Form (farblos)
Eigenschaften - 2 - + 2 OH- - H2O - + 2 H+ lactoide Form (farblos) 2 - - - chinoide Form

21 Nachweis von Ammoniak in Harnstoff
Eigenschaften Versuch 3 Nachweis von Ammoniak in Harnstoff

22 Zersetzung von Harnstoff
Eigenschaften Zersetzung von Harnstoff Nachweis: Indikatorpapier Carbamidsäure Δ + H2O + (g) (s) (aq) + (g) (g)

23 Anwendung in der Landwirtschaft bei Stallluftreinigung
Eigenschaften Anwendung in der Landwirtschaft bei Stallluftreinigung t Emission Absorption von Ammoniak in Wasser Weiterverarbeitung zu Dünger gesunde Tiere

24 Gliederung Darstellung Eigenschaften Ammonium-Salze Nachweise
Verwendung Schulrelevanz

25 Ammonium-Salze NH4Cl Lötsalz (NH4)2SO4 Kunstdünger NH4NO3 Sprengstoff
(NH4)2CO3 Textilindustrie NH4HCO3 Hirschhornsalz

26 Versuch 4 Darstellung von Ammoniumchlorid Lewis-Säure-Base-Reaktion:
Salze Versuch 4 Darstellung von Ammoniumchlorid Lewis-Säure-Base-Reaktion: NH4Cl (aq) + NaOH (s) NH3 (g) + NaCl (aq) + H2O NH3 (g) + HCl (g) NH4Cl (s) „Nebel“

27 Gliederung Darstellung Eigenschaften Ammonium-Salze Nachweise
Verwendung Schulrelevanz

28 Nachweise von Ammoniak
HCl Phenolphthalein Indikatorpapier Nesslers-Reagenz CuSO4

29 Nachweis mit Nesslers-Reagenz
Nachweise Nachweis mit Nesslers-Reagenz Bildung des Nesslers-Reagenz 4 KI (aq) + HgCl2 (aq) K2[HgI4] (aq) + 2 KCl (aq) Bildung des Iodids der Millonschen Base: 2 [HgI4]2- (aq) + NH4+ (aq) + 4 OH- (aq) [Hg2N]I (aq) + 4 H2O + 7 I- (aq)

30 Raumnetzstruktur:Anti-Cristobalit
Nachweise [Hg2N] + + + + + + Raumnetzstruktur:Anti-Cristobalit

31 Versuch 5 Nachweis von Ammoniak mit Kupfersulfat Ligandenaustausch:
Nachweise Versuch 5 Nachweis von Ammoniak mit Kupfersulfat Cu2+ (aq) + 6 H2O [Cu(H2O)6]2+ (aq) Ligandenaustausch: [Cu(H2O)6]2+ (aq) + 4 NH3 (aq) [Cu(NH3)4(H2O)2]2+ (aq) H2O

32 Ligandenfeld Nachweise Cu2+: oktaedrisches Ligandenfeld: KZ 6
d9 Konfiguration: Jahn-Teller verzerrtes Oktaeder dx - y 2 2 dz dx - y 2 2 2 dz 2 dxy dxy dxz dyz dxz dyz

33 Warum Ligandenaustausch?
Nachweise Warum Ligandenaustausch? Ammoniak erzeugt stärkere Aufspaltung als Wasser Komplexbildungskonstante eg dz dx - y 2 2 2 Δ dxy dxz dyz dz dx - y 2 2 2 dxy dxz dyz t2g

34 Komplexbildungskonstante
Nachweise Komplexbildungskonstante MWG auf dieser Gleichgewichtsreaktion anwendbar: stufenweise Anlagerung der Liganden KB = je größer Konstante, desto beständiger der Komplex. [MLnm+] __________ [Mm+(aq)] [L]n

35 Gliederung Darstellung Eigenschaften Ammonium-Salze Nachweise
Verwendung Schulrelevanz

36 NH3 - Produktion 20% Herstellung von Chemikalien Industrie 80%
Verwendung NH3 - Produktion 20% Herstellung von Chemikalien Industrie 80% Düngemittel Salpetersäure Salze

37 Industrie Chemikalien Verwendung Hydrazin Rauchgasreinigung Blausäure
Polyamide Salze Sprengstoff Rauchgasreinigung Metallbearbeitung Kunstseide Farbstoffe Nylon Arzneimittel Kältetechnik Reinigungsmittel

38 Herstellung von Salpetersäure
Verwendung Herstellung von Salpetersäure Herstellung von Stickoxid nach dem Ostwald-Verfahren durch katalytische Ammoniakverbrennung 4 NH3 (l) + 5 O2 (g) NO (g) + 6 H2O (g) Reaktion mit Sauerstoff 2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) Dimerisierung 2 NO2 (g) N2O4 (g) Zufuhr von Wasser N2O4 (g) + 6 H2O HNO2 (aq) + HNO3 (aq) -3 +2 -2 -2 Δ kat. +2 -2 +4 -2 +4 -2 -2 +3 -2 +5 -2

39 Gewinnung der Nitrate Verwendung
Leichte Zersetzung der salpetrigen Säure 3 HNO2 (aq) HNO3 (aq) + 2 NO (g) + H2O insgesamt 2 N2O4 (g) + H2O + O2 (g) 4 HNO3 (aq) Gewinnung der Nitrate Umsetzung der entsprechenden Carbonate oder Hydroxide mit Salpetersäure +3 -2 +5 -2 +2 -2 +4 -2 -2 +5 -2

40 Dünger Organisch Pflanzenreste Jauche Gülle Anorganisch Nitrate
Verwendung Dünger Organisch Pflanzenreste Jauche Gülle Anorganisch Nitrate Ammoniumsalze

41 Auswirkung von Dünger auf das Wachstum von Keimlingen
Verwendung Demo 1 Auswirkung von Dünger auf das Wachstum von Keimlingen Dünger 1 enthaltene Ionen: K+ (aq), Fe3+ (aq), NH4+ (aq), Ca2+ (aq) PO43- (aq), SO42- (aq), Cl- (aq), NO3- (aq) Dünger 2 enthaltene Ionen: K+ (aq), Fe3+ (aq), Ca2+ (aq) PO43- (aq), SO42- (aq), Cl- (aq)

42 Verwendung Stickstoffkreislauf

43 Stickstoff in der Pflanze
Verwendung Stickstoff in der Pflanze Nitratreduktase: +5 +3 NO3- (aq) + 2 H+ (aq) + 2 e NO2- (aq) + H2O Nitritreduktase: +3 -3 NO2- (aq) + 8 H+ (aq) + 6 e NH4+ (aq) + 2 H2O

44 Bindung an Aminosäuren
Verwendung Bindung an Aminosäuren ATP-Verbrauch + + + NH4+ - - - 2 H+ - Glutamat Glutamin

45 Backen mit Hirschhornsalz
Verwendung Demo 2 Backen mit Hirschhornsalz

46 Backtriebmittel keine sauren Bestandteile Lockerung von Flachgebäcken
Verwendung Backtriebmittel keine sauren Bestandteile Lockerung von Flachgebäcken würziger Geschmack Thermische Zersetzung von NH4HCO3 NH4HCO3 (s) NH3 (g) + H2O + CO2 (g) 60 °C

47 Gliederung Darstellung Eigenschaften Ammonium-Salze Nachweise
Verwendung Schulrelevanz

48 Schulrelevanz – G9 8.1.: Stoffe – Strukturen - Eigenschaften
8.2.: Die chemische Reaktion 10.2.: Säure, Laugen, Salze Herstellung von Ammoniak und wässrigen Ammoniaklösungen Stoffkreisläufe, Düngemittel 11.1.: Redoxreaktionen 13.1.: Katalyse 13.2.: Wahlthema: Komplexchemie Wahlthema: Angewandte Chemie

49 Ende