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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.

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

1 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs Bei RT sind stabil: - Ammoniak NH 3 - Hydrazin N 2 H 4 - Stickstoffwasserstoffsäure HN 3 - Hydroxylamin NH 2 OH

2 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs Bei RT sind stabil:Bei tiefen Temperaturen sind isolierbar: - Ammoniak NH 3 - Diazen N 2 H 2 - Hydrazin N 2 H 4 - Tetrazen N 4 H 4 - Stickstoffwasserstoffsäure HN 3 - Hydroxylamin NH 2 OH

3 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - farbloses, stechend riechendes Gas ( Fp. -78 °C, Kp. -33 °C) - pyramidales Molekül, Bindungswinkel 107 °

4 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - farbloses, stechend riechendes Gas ( Fp. -78 °C, Kp. -33 °C) - pyramidales Molekül, Bindungswinkel 107 °

5 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - farbloses, stechend riechendes Gas ( Fp. -78 °C, Kp. -33 °C) - pyramidales Molekül, Bindungswinkel 107 ° - wie bei Wasser Wasserstoffbrücken und Autoprotolyse:

6 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - löst sich gut in Wasser (in 1 l H 2 O bei 15 °C 772 l NH 3 )

7 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - löst sich gut in Wasser (in 1 l H 2 O bei 15 °C 772 l NH 3 ); die Lsg. wird auch Salmiakgeist genannt und reagiert schwach basisch:

8 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - natürliche Erzeugung im tierischen Verdauungstrakt Gülleausbringung auf Feld

9 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - natürliche Erzeugung im tierischen Verdauungstrakt - in Spuren in den Atmosphären von Jupiter und Saturn

10 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - natürliche Erzeugung im tierischen Verdauungstrakt - technische Erzeugung seit 1913 nach dem Haber-Bosch-Verfahren

11 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - Ersatz der H-Atome im Ammoniak führt zu Amiden

12 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Ammoniak NH 3 - Ersatz der H-Atome im Ammoniak führt zu Amiden - in Wasser hydrolysieren Amide, Imide und Nitride:

13 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Hydrazin N 2 H 4 - farbl. Flüssigkeit (Fp. 2 °C, Kp. 113 °C) raucht an der Luft

14 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Hydrazin N 2 H 4 - farbl. Flüssigkeit (Fp. 2 °C, Kp. 113 °C) raucht an der Luft - 2 spiegelbildliche Konformere im GG

15 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Hydrazin N 2 H 4 - farbl. Flüssigkeit (Fp. 2 °C, Kp. 113 °C) raucht an der Luft - 2 spiegelbildliche Konformere im GG - giftig; ist im Zigarettenrauch enthalten

16 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Stickstoffs: Hydrazin N 2 H 4 - farbl. Flüssigkeit (Fp. 2 °C, Kp. 113 °C) raucht an der Luft - 2 spiegelbildliche Konformere im GG - endotherme Verbindung, die bei Erhitzen oder bei Initialzündung explodiert: - mit Sauerstoff erfolgt Verbrennung unter großer Wärmentwicklung: Raketentreibstoff

17 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Wasserstoffverb. des Stickstoffs: Stickstoffwasserstoffsäure HN 3 - farblose, endotherme, explosive Flüssigkeit (Kp. 36 °C) - Schwermetallazide (AgN 3 oder Pb(N 3 ) 2 ) werden als Initialzünder verwendet C: Zündhütchen

18 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Hydride des Phosphors, Arsens, Antimons und Bismuts

19 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Hydride des Phosphors, Arsens, Antimons und Bismuts - wie NH 3 pyramidal gebaut; mit zunehmender Ordnungszahl basischer - Phosphoniumsalze weniger stabil als Ammoniumsalze:

20 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Hydride des Phosphors, Arsens, Antimons und Bismuts - wie NH 3 pyramidal gebaut; mit zunehmender Ordnungszahl basischer - Phosphoniumsalze weniger stabil als Ammoniumsalze:

21 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Hydride des Phosphors, Arsens, Antimons und Bismuts - PH 3 (Phosphan oder Phosphin) ist ein farbloses, knoblauchartig riechendes, sehr giftiges Gas, das mit Hydrogenhalogeniden Phosphoniumsalze bildet

22 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Hydride des Phosphors, Arsens, Antimons und Bismuts - AsH 3 (Arsenwasserstoff oder Arsan) ist ein farbloses, äußerst giftiges Gas, dessen thermische Zersetzung mit Arsenspiegel- abscheidung zum Nachweis von Arsen vrwendet wird (Marshe Probe).

23 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - AsH 3 (

24 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - AsH 3 (

25 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - Distickstoffmonoxid N 2 O (Lachgas) - Rauschwirkung von N 2 O ist ca. 200 Jahre bekannt

26 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - Distickstoffmonoxid N 2 O (Lachgas) - Rauschwirkung von N 2 O ist ca. 200 Jahre bekannt - farbloses, reaktionsträges Gas - metastabil ( H B ° = +82 kJ/mol), Zerfall in die Elem. erst > 600 °C. - Darstellung durch Zersetzung von Ammoniumnitrat: Oppau 1921, fast 600 Tote

27 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - NO, N 2 O 2 - NO ist ein farbloses, giftiges Gas, das wie folgt entsteht:

28 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - NO, N 2 O 2 - 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

29 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - NO, N 2 O 2 - NO ist ein Zwischenprodukt bei der HNO 3 -Herstellung; beim Ostwald-Verfahren wird NH 3 katalytisch zu NO oxidiert:

30 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - NO, N 2 O 2 - im Labor kann NO durch Reduktion von HNO 3 durch Kupfer hergestellt werden: - die Dimerisierung erfolgt erst im kondensierten Zustand - mit Sauerstoff reagiert NO spontan zu NO 2 :

31 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - N 2 O 3, NO 2, N 2 O 4, N 2 O 5 - N 2 O 3 erhält man als blaue Fl. durch Abkühlen einer äquimolaren Mischung aus den Radikalen NO und NO 2 : - Das Salpetersäureanhydrid N 2 O 3 zerfällt oberhalb -10 °C (Rückrkn.), mit Laugen bilden sich Nitrite: - Struktur

32 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - N 2 O 3, NO 2, N 2 O 4, N 2 O 5 - NO 2 ist ein braunes, giftiges Gas mit ungerader Elektronenzahl - es dimerisiert zu farblosem N 2 O 4 : - NO 2 ist ein Zwischenprodukt der Salpetersäuredarstellung; im Labor erzeugt man es nach:

33 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Stickstoffs - N 2 O 3, NO 2, N 2 O 4, N 2 O 5 - NO 2 ist gewinkelt; N 2 O 4 ist planar mit einer N-N-Einfachbindung: - N 2 O 4 ist das gemischte Anhydrid von HNO 2 und HNO 3 und hydrolysiert mit Lauge unter Disproportionierung:

34 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs -

35 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 3 - großtechnische Darstellung durch Einleiten von N 2 O 4 in H 2 O:

36 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 3 - großtechnische Darstellung durch Einleiten von N 2 O 4 in H 2 O: - letztlich wird Salpetersäure durch mehrere großtechnische Rkn. aus dem Stickstoff der Luft dargestellt:

37 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 3 - die konzentrierte Säure löst Cu, Ag, Hg, nicht aber Au und Pt

38 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 3 - eine Mischung von konz. HNO 3 und konz. HCl heißt Königswasser, Königswasser löst alle Metalle Königswasser

39 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 3 - eine Mischung von konz. HNO 3 und konz. H 2 SO4 heißt Nitriersäure, + Nitriersäure

40 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 3 - mit eiweißhaltigen Stoffen zeigt Salpetersäure die sogenannte Xanthoproteinreaktion

41 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 3 - das HNO 3 - Molekül ist planar, das N-Atom sp 2 -hybridisiert - die Salze der Salpetersäure heißen Nitrate, das Nitration ist resonanzs- tabilisiert:

42 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 3 - Nitrate sind leicht wasserlöslich; Alkalimetallnitrate zersetzen sich beim Erhitzen in Nitrite, Schwermetallnitrate liefern NO 2 und das entspr. Metalloxid: - Nitrate sind, besonders bei höheren Temp., Oxidationsmittel; dabei erfolgt Reduktion des Nitrations zu Ammoniak.

43 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 3 - Nitrate sind, besonders bei höheren Temp., Oxidationsmittel; dabei erfolgt Reduktion des Nitrations zu Ammoniak. - NaNO 3 und NH 4 NO 3 sind wichtige Düngemittel - KNO 3 (Salpeter) ist im ältesetn Explosivstoff Schwarzpulver neben Schwefel und Holzkohle enthalten

44 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO 2 - Salpetrige Säure HNO 2 ist in reinem Zustand nicht darstellbar, sondern nur in verdünnter Lösung einige Zeit haltbar. - sie ist eine mittelstarke Säure -zersetzt sich unter Disproportionierung:

45 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Stickstoffs - HNO Struktur, Hybridisierung des N-Atoms:

46 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Halogen- ver- bindungen des Stickstoffs

47 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Halogenverbindungen des Stickstoffs - NF 3 ist ein farbloses, reaktionsträges Gas; ein NF 3 -H 2 O-Gemisch reagiert erst nach Zündung - im Gegensatz dazu hydrolysiert das ölig-gelbe, hochexplosive und metastabile NCl 3 wie folgt:

48 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Halogenverbindungen des Stickstoffs - NBr 3 und NI 3 (als Ammoniakat) sind explosive, polymere Festkörper

49 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Schwefelverbindungen des Stickstoffs Die S-N - Bindung ist kovalent, Stickstoff ist negativ polarisiert:

50 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Schwefelverbindungen des Stickstoffs Die S-N - Bindung ist kovalent, Stickstoff ist negativ polarisiert: - Tetraschwefel-tetranitrid S 4 N 4 bildet orangenefarbene wasserunlösliche Kristalle, die aus Achtringen aufgebaut sind:

51 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Phosphors - Im Gegensatz zu den Stickstoffoxiden sind die Phosphoroxide exotherme Verbindungen - die wichtigsten Phosphoroxide sind + Phosphor(III)-oxid P 4 O 6 und+ Phosphor(V)-oxid P 4 O 10

52 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Phosphors - Phosphor(III)-oxid - entsteht bei der Oxidation von Phoshor mit stöchiometrischer Menge als sublimierbare, wachsartige, giftige Masse (Fp. 24 °C)

53 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe 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

54 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe 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 - mit kaltem Wasser reagiert es zur Phosphonsäure H 2 PHO 3

55 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Phosphors - Phosphor(V)-oxid - entsteht bei der Verbrennung von Phosphor in überschüssigem O 2 - weißes, geruchloses, stark hygroskopisches Pulver (Subl. 359 °C)

56 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Phosphors - Phosphor(V)-oxid - entsteht bei der Verbrennung von Phosphor in überschüssigem O 2 - weißes, geruchloses, stark hygroskopisches Pulver (Subl. 359 °C) - Struktur ähnlich P 4 O 6, zusätzlich doppeltgebundene Sauerstoffatome an allen sp 3 -hybrid. P - Atomen

57 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Oxide des Phosphors - Phosphor(V)-oxid - reagiert äußerst heftig mit Wasser über Zwischenstuifen zu H 3 PO 4 - ist eines der wirksamsten wasserentziehenden Mittel - zerfließt dabei zu einem sirupösen Gemisch von Phosphorsäuren

58 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - ist

59 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - die sauren Eigenschaften der Phosphorsäuren sind durch Protolyse der OH- Gruppen bedingt - die P-H Bindung protolysiert in Wasser nicht!

60 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Phosphorsäuren und saure Phosphate kondensieren, dabei treten drei verschiedene Gruppen auf:

61 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Orthophosphorsäure H 3 PO 4 - 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 H 3 PO 4 bildet drei Reihen von Salzen:

62 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Orthophosphorsäure H 3 PO 4 - Phosphation PO 4 3- ist tetraedrisch, Sauerstoffe gleich gebunden - Darstellung von Phosphorsäure aus Calciumphosphat:

63 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Orthophosphorsäure H 3 PO 4 - Phosphation PO 4 3- ist tetraedrisch, Sauerstoffe gleich gebunden - Darstellung von Phosphorsäure aus Calciumphosphat - auf anderem Weg über weißen Phosphor (P 4 ), Verbrennung zu P 4 O 10 und anschließender sukzessiver Hydrolyse:

64 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors. - niedermolekulare Polyphosphate dienen als Wasserenthärter + Pentanatriumphosphat ist / war Bestandteil von Waschmitteln

65 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors. - niedermolekulare Polyphosphate dienen als Wasserenthärter + Pentanatriumphosphat ist / war Bestandteil von Waschmitteln Darstellung von Natriumpentaphosphat

66 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors. - niedermolekulare Polyphosphate dienen als Wasserenthärter + Pentanatriumphosphat ist / war Bestandteil von Waschmitteln + wegen Gewässereutrophierung Ersatz durch Zeolithe

67 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors. - Calcium- und Ammoniumphosphate sind wichtige Düngemittel

68 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors. - Calcium- und Ammoniumphosphate sind wichtige Düngemittel - natürliches Ca 3 (PO 4 ) 2 ist unlöslich und daher wenig geeignet - Aufschluß mit halbkonz. Schwefelsäure liefert das Gemisch Superphosphat:

69 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors. - Calcium- und Ammoniumphosphate sind wichtige Düngemittel - natürliches Ca 3 (PO 4 ) 2 ist unlöslich und daher wenig geeignet - Aufschluß mit halbkonz. Schwefelsäure liefert Superphosphat: - bei Verwendung von H 3 PO 4 erhält man Doppelsuperphosphat

70 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors. - handelsübliche Dünger sind z. B.: + Hakaphos [ Harnstoff, KNO 3, (NH 4 ) 2 HPO 4 ]

71 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors. - handelsübliche Dünger sind z. B.: + Hakaphos [ Harnstoff, KNO 3, (NH 4 ) 2 HPO 4 ] + Leunaphos [ (NH 4 ) 2 SO 4, (NH 4 ) 2 HPO 4 ] Darstellung von Diamnoniumhydrogenphoshat:

72 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Sauerstoffsäuren des Phosphors - Polyphosphorsäuren, Metaphosphors. - handelsübliche Dünger sind z. B.: + Hakaphos [ Harnstoff, KNO 3, (NH 4 ) 2 HPO 4 ] + Leunaphos [ (NH 4 ) 2 SO 4, (NH 4 ) 2 HPO 4 ] + Nitrophoska [ (NH 4 ) 2 SO 4, KNO 3, (NH 4 ) 2 HPO 4 ]


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