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87 Cards in this Set
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- Back
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Pnicogene
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Gruppe 15
N P As Sb Bi |
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Apatit
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Ca5(PO4)3
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N2
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Stickstoffatome dorch eine sigma- und zwei pi-Bdg. verbunden
-》sehr hohe Dissoziationsenergie -》 chemisch sehr stabil Verwendung als Inertgas |
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technische Stickstoffherstellung
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Linde-Verfahren:
fraktionierende Destillation verflüssigter Luft |
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thermische Zersetuung Natriumazid
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2 NaN3 -> 2 Na + 3 N2
(chemisch reiner Stickstoff) |
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Erwärmen konzentrierter NH4NO2-Lösung
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NH4NO2 -> N2 + 2 H2O
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isoelektronisch mit N2?
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CO, NO+, CN-
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Technische Gewinnung Phosphor
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Reduktion von Phosphaterzen (Calciumphosphat) mit Koks bei 1400°C im elektr. Lichtbogenofen
2 Ca3(PO4)2 + 10 C + 6 SiO2 -> P4 + 10 CO + CaSiO3 Koks: Reduktionsmittel Siliciumdioxid: Schlackebildner |
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weißer Phosphor
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P4
sehr reaktionsfähig Tetraederwinkel 60° |
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roter Phosphor
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- durch Erhitzen von weißem Phosphor unter Luftabschluss auf 180-400°C
- amorph, polymer - bei Sublimation mit Iod-Kat.: faserförmiger roter Phosphor (ähnlich dem violezten Phosphor) |
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violetter Phosphor (Hittorf'scher Phosphor)
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- Erhitzen von rotem Phosphor auf 550°C
(-P2-P8-P2-P9-P2-)-Ketten |
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Schwarzer Phosphor
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- bei Standarddruck bis 550°C thermodynamisch stabile Modifikation
- entsteht aus weißem Phosphor bei 200°C 12kbar oder bei 380°C mit Hg-Katalysator - parallel zueinander liegende Zickzack-Ketten - oberhalb von 550°C Umwandlung in violetten Phosphor |
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Verwendung Phosphor
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Weiterverarbeitung zu Phosphorsäure
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Arsen - Modifikationen
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- thermodynamisch beständig: metallisches/graues Arsen
- As4 (bei Sublimation): sehr instabil |
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Herstellung Arsen
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FeAsS -> FeS + As
Erhitzen von Arsenkies unter Luftabschluss, Arsen sublimiert ab FeAs2 -> FeAs + As |
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Wasserstoffverbindungen N, P, As
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NH3, PH3, AsH3
Bindung wird schwächer |
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Hydrazin
- Struktur - Bindung |
N2H4
verdrillte Konformation (gauche) wegen Abstoßung der freien Elektronenpaare kleine Bindungsenergie N-N -> endotherme Verbindung, zerfällt explosionsartig 3 N2H4 -> 4 NH3 + N2 |
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Stickstoffwasserstoffsäure
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HN3
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Hydroxylamin
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NH2OH
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NH3
- Struktur - Eigenschaften |
Amoniak
Bindungswinkel 107° hohe Löslichkeit in Wasser Brønsted-Base kodensierte Form: H-Brücken Autoprotolyse: NH3 + NH3 -> NH4+ (Ammonium) + NH2- (Amid) |
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NH4Cl + OH-
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-> NH3 + H2O + Cl-
durch Reaktion von Ammoniumsalzen mit Basen entsteht NH3 |
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NH3 + HCl
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-> NH4Cl
mit Protonendonatoren wie HCl reagiert NH3 praktisch quantitativ zu Ammoniumsalzen |
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großtechnische Herstellung NH3
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Haber-Bosch-Verfahren
3 H2 + N2 -> 2 NH3 (delta H= -92,3 kJ/mol) - auch bei Verwendung von Katalysatoren Reaktionsgeschwindigkeit erst bei 400-500°C ausreichend groß - bei diesen Temperaturen liegt GG weit auf der linken Seite (exotherme Reaktion) - für ausreichende NH3-Ausbeute: hoher Druck (200-300 bar) (Reaktion unter Volumenverminderung) - Katalysator: Fe3O4 mit Al2O3, K2O als Promotoren -> der eigentliche Katalysator alpha-Eisen bildet sich durch Reduktion des Eisenoxids mit H2 |
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Chemische Gewinnung N2
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Umsetzung von Luft mit Koks
4 N2 + O2 + 2 C -> 2 CO + 4 N2 Entfernung des CO durch CO-Konvertierung: CO + H2O (g) -> CO2 + H2 |
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Verwendung von NH3
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- Dünger!! (NH4NO3, Urea, (NH4)2SO4)
- Herstellung von HNO3 ... |
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Pflanzliche Aktivierung von N2
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bei Normaldruck!
Nitrogenase: N2 + 8 H+ + 8 e- -> 2 NH3 + H2 Redoxenzym: Eisen/Molybdän im aktiven Zentrum wichtiger Schritt: Bindung von N2 an Metallatome |
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2 Na + 2 NH3 ->
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-> 2 NaNH2 + H2
beim Erhitzen reagiert NH3 (g) mit (Erd)Alkali zu Amiden |
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Ca(NH2)2 -> Erhitzen
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-> CaNH + NH3
aus Amiden der Erdalkali erhält man bei weiterem Erhitzen Imide |
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3 CaNH3 -> Erhitzen
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bei weiterem Erhitzen der Imide der Erdalkali erhält man schließlich Nitride
-> Ca3N2 + NH3 |
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Darstellung Hydrazin
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Raschig-Verfahren
3 Schritte: NH3 + OCl- -> NH2Cl + OH- NH3 + NH2Cl -> N2H5+ + Cl- N2H5+ + OH- -> N2H4 + H2O gesamt: 2 NH3 + OCl- -> N2H4 + H2O +Cl zu vermeidende Konkurrenzreaktion: N2H4 + 2 NH2Cl -> N2 + NH4Cl |
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Anwendung Hydrazin
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2-Komponenten-Raketentreibstoffe
N2H4 + O2 -> N2 + 2 H2O (stark exotherm) |
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Weiterverarbeitung NH3 zu...
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Chloramin NH2Cl -> Stickstofftrihalogenide
Hydrazin N2H4 Hydroxylamin NH2OH Salpetrige/Salpetersäure |
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Stickstoffwasserstoffsäure
- Struktur - Eigenschaften |
HN3
HN3 + H2O -> H3O+ + N3- (schwach sauer pKs=4,9 -> wie Essigsäure) |
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Salze der Stickstoffwasserstoffsäure
- Struktur des Ions - Eigenschaften |
Azide
Bild: Azid-Ion (isoelektronisch mit CO2) kontrollierte Zersetzung bei erhöhter Temperatur (300°) 2 NaN3 -> 2 Na + 3 N2 |
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Distickstoffmonoxid
- Eigenschaften - Herstelung |
N2O
Lachgas Herstellung: (oberhalb von 300°C explosionsartiger Zerfall von NH4NO3) NH4NO3 -> N2O + 2 H2O |
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Stickstoffmonoxid
- technische Darstellung |
technisch:
Ostwald-Verfahren 4 NH3 + 5 O2 -> 4 NO + 6 H2O 800-950°C, Pt-Kat. NH3-Luft-Gemisch wird über Platinnetz-Katalysator geleitet (kurze Kontaktzeit) |
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NO - Labordarstellung
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2 HNO3 + 3 Cu + 6 H+(aq) -> 2 NO + 3 Cu 2+ + 4 H2O
Reduktion von Salpetersäure mit Kupfer |
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NO - Entstehung
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oberhalb von 3000°C aus den Elementen:
1/2 N2 + 1/2 O2 -> NO |
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Bedeutung/Verwendung NO
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- biologisch relevant: produziert durch NO-Synthase
- Neurotransmitter - Blutdruckregulator - Cytostaticum im Immunsystem - Autoabgas-Katalysator (3 Wege) |
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Stickstoffdioxid
- Struktur |
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NO2
- Entstehung, Verhalten |
NO + 1/2 O2 -> NO2
Dimerisierung zu N2O4: 2 NO -> N2O4 |
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NO2 - Labordarstellung
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Cu + 2 NO3- + 4 H+(aq) -> Cu2+ + 2 NO2 + 2 H2O
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Hydroxylamin
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NH2OH
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Salpetersäure
Lewis-Formel |
HNO3
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HNO3 - Darstellung
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Einleiten von N2O4 in Wasser, zur Oxidation noch O erforderlich
2 N2O4 + 2 H2O + O2 -> 4 HNO3 einzelne Schritte: N2O4 + H2O -> HNO3 + HNO2 |x3 3 HNO2 -> HNO3 + 2 NO + H2O 2 NO + O2 -> N2O4 letzendlich wird HNO3 durch mehrere großtechnische Reaktionen aus dem Stickstoff der Luft hergestellt: N2 --Haber-Bosch--> NH3 --Ostwald--> NO --+O2--> NO2 --+O2, H2O--> HNO3 |
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Anwendungen HNO3
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- Düngemittel (v.a. NH4NO3)
- Sprengstoffe - Oxidationsmittel (Synthese Cyclohexanon -> NYLON-6) |
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Salze der Salpetersäure
- Struktur - Verwendung |
Nitrate
planar, Bindungswinkel 120° - Düngemittel: KNO3, NaNO3, NH4NO3 (explosiv) - Schwarzpulver: KNO3 (Salpeter) |
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Königswasser
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HNO3 + 3HCl -> NOCl + 2 Cl + 2 H2O
es entsteht aktives Chlor löst fast alle Metalle, auch Gold und Platin |
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Salpetrige Säure
- Struktur - Eigenschaften |
HNO2
in reiner Form nicht isolierbar, thermisch labil Disproportionierung: 3 HNO2 -> H3O+ + NO3- + 2 NO |
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NaNO2 + I- + 2 H+ ->
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-> 1/2 I2 + NO + Na+ + H2O
(HNO2 als Oxidationsmittel gegenüber I-) |
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NH3 + HNO2 ->
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-> N2 + 2 H2O
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N2H5+ + HNO2 ->
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-> HN3 + H+ + 2 H2O
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5 NaNO2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 ->
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-> 5 NaNO3 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 3 H2O
NH2 als Reduktions,ittel gegenüber KMnO4- |
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Salze der Salpetrigen Säure
- Anwendungen |
Nitrite
- Haltbermachung von Fleisch (Pökeln) - Hydroxylamin - Synthese von Azofarbstoffen |
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Darstellung von Nitriten
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2 NaOH + NO2 + NO -> 2 NaNO2 + H2O
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Stickstoff - ein redoxcemisches Chamäleon
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Lungeprobe
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Phosphan
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PH3
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P4 + 3 KOH + 3 H2O
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-> PH3 + 3 KH2PO2
Phosphan entsteht aus Kalilauge unter Erwärmen |
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Ca3P2 + 6 H2O
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-> 2 PH3 + 3 Ca(OH)2
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4 PCl3 + 3 LiAlH4
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-> 4 PH3 + 3 LiAlCl4
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Phosphor-Halogen-Verbindungen
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PX3 (F, Cl, Br, I)
PX5 (F, Cl, Br) (hypervalente Verbindungen) |
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Diphosphan
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P2H4
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NCl3 + 3 H2O ->
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-> NH3 + 3 HOCl
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PCl3 + H2O ->
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-> H3PO3 + HCl
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Herstellung Phosphortrihalogenide
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P4 + 6 X2 -> 4 PX3
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2 PCl3 + 3 CaF2
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-> 2 PF3 + 3 CaCl2
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PF3 - Eigenschaften
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gasig, gutes Ligand
Lewis-Säure und -Base |
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PCl3 + Cl2 ->
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-> PCl5
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P4O6
- Anhydrid - Struktur - Entstehung |
Phosphor(III)-Oxid
Anhydrid der Phosphonsäure H2PHO3 P4O6 + 6 H2O -> 4 H2PHO3 Verbrennung von weißem Phosphor mit O2 im Unterschuss P4 + 3 O2 -> P4O6 |
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P4010
- Struktur - Entstehung - Reaktion mit Wasser |
Phosphor(V)-Oxid
ensteht bei Verbrennung von P4 mit O2 im Überschuss P4 + 5 O2 -> P4O10 Doppelstrich steht für Mehrzentren-pi-Bindung, nicht Doppelbindung! reagiert mit H2O zu Orthophosphorsäure H3PO4 (exotherm) P4O10 + 6 H2O -> 4 H3PO4 |
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Phosphonsäure
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H2PHO3
nur zweibasige Säure, das dritte H protolysiert nicht! |
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H3PO4
Struktur |
Orthophosphorsäure
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Salze der H3PO4
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MH2PO4 Dihydrogenphosphate
M2HPO4 Hydrogenphosphate M3PO4 Orthophosphate |
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Technische Herstellung H3PO4
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Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 -> 3 CaSO4 + 2 H3PO4
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Phosphinsäure
Salze |
HPH2O2
Salze: Phosphinate, Ba(PH2O2)2 |
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Phosphonsäure
- Entstehung |
H2PHO3
PCl3 + 3 H2O -> H2PHO3 + 3 HCl Salze: Phosphonate |
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Superphosphat
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Aufschließen des schwerlöslichen Ca3(PO4)2 mit H2SO4
Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4 -> Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4 (Superphosphat) |
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Doppelsuperphosphat
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Aufschließen von Ca3(PO4)2 statt mit H2SO4 mit H3PO4:
Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4 -> 3 Ca(H2PO4)2 keine inaktiven wenig löslichen CaSO4-Beimischungen |
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Polyphosphate - Verwendung
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- Waschpulver (umweltschädigend)
- Wasserenthärter (Komplexbildung mit Ca 2+) |
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Synthese von ortho-Phosphorsäure aus P
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Bildung von weißem Phosphor:
2 Ca3(PO4)2 + 6 SiO2 + 10 C -> 6 CaSiO3 + 10 CO + P4 Reaktion zu P4O10 P4 + 5O2 -> P4O10 Reaktion zu Phosphorsäure: P4O10 + 6 H2O -> 4 H3PO4 |
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3 stabile Stickstoffoxide
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Polyphosphanzens
- Struktur - Herstellung aus Cyclotriphosphazen? |
Erhitzen des Cyclotriphosphazens
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Cyclotriphosphazen
Formel Struktur |
N3P3Cl6
(NPCl2)3 |
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Erhitzen von Ammoniumnitrat
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NH4NO3 -> N2O + 2 H2O
(Wasser und Lachgas) |
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Lachgas
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Distickstoffmonoxid
N2O |
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Initialzündung von Ammoniumnitrat
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NH4NO3 -> N2 + 2 H2O + 1/2 O2
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