Ammoniak

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Grundlagen zum Thema Ammoniak
Was ist Ammoniak? – Chemie
Ammoniak ist ein farbloses, stechend riechendes Gas, das sich chemisch gesehen aus einem Stickstoffatom ($\ce{N}$) und drei Wasserstoffatomen ($\ce{H}$) zusammensetzt und daher mit der Summenformel ($\ce{NH3}$) bezeichnet wird. Seinen Namen hat es vom Ammoniumchlorid, einem Salz aus der damaligen Ammonsoase.
Die Verwendung von Ammoniak
Ammoniak ist eine sehr wichtige Industriechemikalie mit großer wirtschaftlicher Bedeutung. Es kann als Gas in Flaschen, sogenannten Bomben, unter Druck aufbewahrt werden. Da dieses Gas jedoch stark ätzend und giftig ist, wird im Labor meist eine wässrige Lösung mit einer Konzentration von $\ce{25~\%}$ verwendet. Man liest auch manchmal die Bezeichnung Salmiakgeist, dabei handelt es sich im Normalfall um eine wässrige Lösung mit einer Konzentration von $\ce{10~\%}$ oder $\ce{4~\%}$.
Aus Ammoniak stellt man Salpetersäure her. Die Salpetersäure dient der Gewinnung ihrer Salze, die Nitrate, da man diese vor allem für Dünger nutzen kann. Auch für Heilmittel und Sprengstoffe bilden sie eine wichtige Grundlage. Die Salpetersäure selbst spielt in der organischen Synthese eine wichtige Rolle. Außerdem wird flüssiges Ammoniak in Kältemaschinen eingesetzt. Im Labor wird Ammoniak vor allem für analytische Zwecke eingesetzt.
Ammoniak entsteht im menschlichen Körper beim Abbau von Eiweißen. In einem gesunden Körper verarbeitet die Leber Ammoniak zu ungiftigem Harnstoff. Ist dieser Mechanismus gestört, gelangt mehr und mehr Ammoniak über das Blut ins Gehirn und es kommt zu Hirnstörungen.
Ammoniak – Formel und Struktur
Die Summenformel des Ammoniaks lautet $\ce{NH3}$. Die Strukturformel des Ammoniaks weist eine Besonderheit auf: Das Stickstoffatom und die drei Wasserstoffatome liegen nicht in einer Ebene, die Anordnung im Molekül entspricht einer dreiseitigen Pyramide (trigonal-pyramidal). Das Stickstoffatom in der Mitte liegt in einer Ebene mit dem Wasserstoffatom rechts. Von den anderen beiden Wasserstoffatomen zeigt jeweils eins nach vorne und eins nach hinten. Somit bilden die Atome quasi die Eckpunkte eines Tetraeders.
Eigenschaften von Ammoniak – Steckbrief
Im folgenden Steckbrief sind die wichtigsten chemischen und physikalischen Eigenschaften von Ammoniak aufgeführt.
Steckbrief Ammoniak | |
---|---|
Summenformel von Ammoniak |
$\ce{NH3}$ |
Aggregatzustand von Ammoniak |
gasförmig |
Farbe von Ammoniak |
farblos |
Geruch von Ammoniak |
stechend riechend |
Löslichkeit in Wasser von Ammoniak |
wasserlöslich |
Schmelztemperatur von Ammoniak |
$\pu{- 77,7 °C}$ |
Siedetemperatur von Ammoniak |
$\pu{- 33 °C}$ |
Molare Masse von Ammoniak |
$\pu17~\frac{\text{g}}{\text{mol}}$ |
Dichte von Ammoniak |
$\pu\rho=0,72~\frac{\text{kg}}{\text{m}^3}$ (leichter als Luft) |
Gefahrstoffhinweise
Signalwort: Gefahr
Für die Gefahrenhinweise, Sicherheitshinweise, wie auch die veralteten R- und S-Sätze siehe Tabelle unten.
Chemische Eigenschaften
In wässriger Lösung zeigt Ammoniak ein basisches Verhalten, das liegt daran, dass sich nach der Dissoziation des Wassermoleküls ein $\ce{H^+}$-Ion mit dem Ammoniakmolekül verbindet und so ein Ammonium-Ion und ein Hydroxid-Ion entstehen. Daher hat Ammoniak in wässriger Lösung einen $\ce{pH\text{-Wert} > 7}$ und färbt den Universalindikator blau.
$\ce{NH3 + H2O \rightarrow NH4^+ + OH^-}$
Ammoniak ist ein typischer Vertreter der Lewis-Basen. Mit Salzsäure reagiert Ammoniak zu Ammoniumchlorid (Salmiak), welches du vielleicht vom Lakritz kennst. Es hat einen sehr herben Geschmack.
$\ce{NH3 + HCl \rightarrow NH4Cl}$
Ammoniak ist sehr stabil und ist daher sehr schwierig zu verbrennen. Mit einem geeigneten Katalysator ist es jedoch möglich, Ammoniak zu oxidieren.
$\ce{4NH3 + 5O2 \rightarrow 4NO + 6H2O}$
Ammoniak – Herstellung: Wie entsteht Ammoniak?
Im chemischen Labor wird Ammoniak aus einem Ammoniumsalz gewonnen, indem man es mit einer starken Base reagieren lässt. So reagiert zum Beispiel Ammoniumchlorid ($\ce{NH4Cl}$) mit Natronlauge zu Natriumchlorid und der instabilen Base Amoniumhydroxid. Diese zerfällt dann zu Ammoniak und Wasser.
$\ce{NH4Cl + NaOH \rightarrow NaCl + NH4OH}$
$\ce{NH4OH \rightarrow NH3 + H2O}$
In der Industrie wird das Haber-Bosch-Verfahren angewandt, hierbei handelt es sich um eine Ammoniaksynthese aus Elementen mithilfe eines Katalysators. Das Haber-Bosch-Verfahren läuft bei hoher Temperatur und hohem Druck ab, um die Ausbeute zu erhöhen.
$\ce{N2 + 3H2 \rightarrow 2NH3}$
Der Nachweis von Ammoniak
Aufgrund des charakteristischen Geruchs reicht eine vorsichtige Geruchsprobe meist schon aus um Ammoniak nachzuweisen.
Achtung: Beim Einatmen geringer Konzentrationen wirkt Ammoniak nur leicht reizend. Bei hohen Konzentrationen an Ammoniak ist die Wirkung ätzend und damit sehr gefährlich!
Alternativ kann auch ein angefeuchtetes Indikatorpapier verwendet werden. Denn bei der Reaktion von Ammoniak und Wasser bildet sich eine wässrige Lösung, die basisches Verhalten aufweist. Das heißt die Hydroxid-Ionen sorgen hier für einen Farbumschlag ($\ce{pH>7}$).
Das Video Ammoniak
In diesem Video wird gezeigt, welche chemischen und physikalischen Eigenschaften Ammoniak besitzt und wo es Verwendung findet.
Auch zum Thema Ammoniak haben wir einige interaktive Übungen und Arbeitsblätter vorbereitet. Du kannst dein neu gewonnenes Wissen also direkt testen. Viel Spaß!
Häufige Fragen zum Thema Ammoniak
Sicherheitshinweise zu Ammoniak – Tabelle
Nummer | Bedeutung |
---|---|
Gefahrenhinweise | |
H221 | Entzündbares Gas. |
H314 | Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. |
H331 | Giftig bei Einatmen. |
H400 | Sehr giftig für Wasserorganismen. |
H411 | Giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. |
Sicherheitshinweise | |
P271 | Nur im Freien oder in gut belüfteten Räumen verwenden. |
P210 | Von Hitze/Funken/offener Flamme/heißen Oberflächen fernhalten. Nicht rauchen. |
P280 | Schutzhandschuhe/-kleidung und Augen-/Gesichtsschutz tragen. |
P273 | Freisetzung in die Umwelt vermeiden. |
P260b | Gas nicht einatmen. |
P260g | Staub oder Nebel nicht einatmen. |
P264 | Nach Gebrauch mit viel Wasser und Seife gründlich waschen. |
P305+351+338 | Bei Kontakt mit den Augen: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser spülen. Vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter spülen. |
P310 | Sofort GIFTINFORMATIONSZENTRUM oder Arzt anrufen. |
P304+340 | BEI EINATMEN: An die frische Luft bringen und in einer Position ruhigstellen, die das Atmen erleichtert. |
P303+361+353 | BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen/duschen. |
P301+330+331 | BEI VERSCHLUCKEN: Mund ausspülen. KEIN Erbrechen herbeiführen. |
P377 | Brand bei Gasleckage: Nicht löschen, bis Leckage ohne Gefahr gestoppt werden kann. |
P391 | Verschüttete Mengen aufnehmen. |
P381 | Entfernung sämtlicher Zündquellen, falls ohne Gefahr möglich. |
P403+233 | An einem gut belüfteten Ort lagern. Behälter dicht verschlossen halten. |
P405 | Unter Verschluss lagern. |
P410+403 | Vor Sonnenlicht schützen. An einem gut belüfteten Ort lagern. |
P501 | Inhalt/Behälter der Problemabfallentsorgung zuführen. |
R-Sätze | |
R10 | Entzündlich |
R23 | Giftig beim Einatmen |
R34 | Verursacht Verätzungen |
R50 | Sehr giftig für Wasserorganismen |
S-Sätze | |
S1/2 | Unter Verschluss und für Kinder unzugänglich aufbewahren |
S9 | Behälter an einem gut gelüfteten Ort aufbewahren |
S16 | Von Zündquellen fernhalten - Nicht rauchen. |
S26 | Bei Berührung mit den Augen sofort gründlich mit Wasser abspülen und Arzt konsultieren. |
S36/37/39 | Bei der Arbeit geeignete Schutzkleidung, Schutzhandschuhe und Schutzbrille/Gesichtsschutz tragen. |
S45 | Bei Unfall oder Unwohlsein sofort Arzt zuziehen (wenn möglich, dieses Etikett vorzeigen). |
S61 | Freisetzung in die Umwelt vermeiden. Besondere Anweisungen einholen/Sicherheitsdatenblatt zu Rate |
Transkript Ammoniak
Einen schönen guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Ammoniak. Ammoniak ist ein farbloses, stechend riechendes, giftiges Gas. Er ist eine wichtige Industriechemikalie. Ammoniak ist eine Base. Er entsteht bei der Zersetzung von organischen Stoffen. Ammoniak besitzt eine große wirtschaftliche Bedeutung.
Die physikalischen Eigenschaften des Ammoniaks: Ammoniak ist ein farbloses Gas. Ammoniak ist sehr gut wasserlöslich. Ammoniak ist leichter als Luft. Seine Dichte beträgt etwa nur 2/3 der Dichte der Luft.
Die chemische Formel des Ammoniaks: NH3. Ein Molekül Ammoniak besteht aus 1 Atom Stickstoff N und 3 Atomen Wasserstoff H. Der Bau des Moleküls: Das Stickstoffatom und die 3 Wasserstoffatome liegen nicht in einer Ebene. Wir können uns die Struktur so vorstellen, dass das Stickstoffatom in der Mitte und ein Wasserstoffatom rechts in der Tafelebene liegen. Ein Wasserstoffatom - mit ausgezeichnetem Dreieck - liegt außerhalb der Tafelebene, zu uns. Das andere Wasserstoffatom - mit dem leeren Dreieck - zeigt hinter die Tafelebene von uns weg. Die beiden roten Punkte auf dem Stickstoffatom stellen das nicht bindende Elektronenpaar dar. Das Molekül des Ammoniaks bildet eine trigonale Pyramide. Die 3 Wasserstoffatome bilden die Eckpunkte der Grundfläche der Pyramide, die Spitze wird durch das Stickstoffatom gebildet. Häufig sagt man, das Ammoniakmolekül habe Tetraeder-Struktur, damit meint man, dass die Wasserstoffatome und das einsame Elektronenpaar die 4 Eckpunkte eines Tetraeders bilden. Wenn wir auf das Ammoniakmolekül genau von oben schauen, so sehen wir, dass das Stickstoffatom im Zentrum des Moleküls liegt. Die 3 Wasserstoffatome bilden dann die 3 Eckpunkte eines gleichseitigen Dreiecks. Demzufolge sind die Winkel H-N-H jeweils 120° groß.
In welcher Form wird Ammoniak als Handelsware angeboten? Wird Ammoniak als Gas gehandelt, wird er in bestimmten Metallflaschen, die auch "Bomben" genannt werden, unter Druck aufbewahrt. Gasförmiger Ammoniak ist giftig und stark ätzend. Im chemischen Labor wird eine konzentrierte wässrige Lösung von Ammoniak verwendet, die 25% Ammoniak enthält. Man spricht dann einfach von einer Ammoniak-Lösung oder aber von Salmiakgeist. Die Bezeichnung "Salmiakgeist" wird seltener verwendet und vorzugsweise verwendet für weniger konzentrierte Lösungen, zum Beispiel für Ammoniak-Lösungen von 4 oder 10%.
Ammoniak zeigt in wässriger Lösung basisches Verhalten. Er bildet im Wasser Hydroxid-Ionen, OH-. Der pH-Wert einer wässrigen Ammoniak-Lösung ist > 7. Das bedeutet, dass ein Universalindikator in so einer Lösung blau gefärbt wird. Das aber bedeutet, dass basisches - man sagt auch alkalisches - Verhalten der wässrigen Lösung vorliegt. Warum ist das aber so? Ammoniak NH3 kann selber keine Hydroxid-Ionen OH- bilden, denn dafür fehlt ihm der Sauerstoff. Schauen wir uns einmal an, was in so einer wässrigen Lösung passiert. Ein Teilchen Ammoniak NH3 reagiert mit einem Teilchen Wasser. Das Wasserteilchen gibt durch Dissoziation sein Proton an das Ammoniakteilchen ab. Durch Aufnahme dieses Protons, dieses Wasserstoffions H+ bildet sich aus dem Ammoniakteilchen NH3 ein positiv geladenes Ion NH4+. Außerdem bleibt vom Wasser nach Abspaltung des Wasserstoffions H+ ein Hydroxidion OH- übrig. Wir stellen also fest, das Hydroxid-Ion OH- kommt aus dem Wasser. Daher reagiert eine wässrige Ammoniakalische-Lösung basisch. Nun wissen wir, warum Ammoniak basisches Verhalten zeigt.
Die chemischen Eigenschaften von Ammoniak: zunächst einmal das schon erwähnte basische Verhalten. Als Base ist Ammoniak in der Lage mit Säuren zu reagieren. Ammoniak kann Wasserstoffionen an sich binden. Ein Ammoniakteilchen reagiert mit einem Wasserstoffion zu einem positiv geladenen Ion NH4+. Dieses Ion wird als Ammonium-Ion bezeichnet. Gasförmiger Ammoniak reagiert zum Beispiel mit gasförmigem Chlorwasserstoff HCl. NH3+HCl reagieren zu NH4Cl. Bei NH4Cl handelt es sich um ein Salz, ähnlich dem Kochsalz. Es trägt den chemischen Namen Ammoniumchlorid. Ammoniumchlorid kennt man auch unter dem Trivialnamen Salmiak. Ammoniak ist eine ziemlich stabile chemische Verbindung. Er brennt sehr schwer. In Anwesenheit eines geeigneten Katalysators findet die Oxidation von Ammoniak statt. Die Formelgleichung lautet 4NH3+5O2 reagieren zu 4NO+6H2O. NO ist ein Oxid des Stickstoffs. Es trägt den chemischen Namen Stickstoffmonoxid.
Herstellung von Ammoniak: Im Labor kann man Ammoniak herstellen, indem man ein Ammoniumsalz, zum Beispiel Ammoniumchlorid mit einer kräftigen Base versetzt. Das sollte unter trockenen Bedingungen stattfinden. NH4Cl+NaOH reagieren zu NaCl+NH4OH. NH4Cl ist Ammoniumchlorid. Die Base heißt hier Natriumhydroxid, NaOH. Es bildet sich Kochsalz NaCl und es entsteht die instabile Base Ammoniumhydroxid NH4OH. NH4OH zerfällt in Ammoniak NH3 und Wasser. In der Industrie kann man Ammoniak durch die Direktsynthese aus den Elementen herstellen. Man benötigt dafür einen geeigneten Katalysator. Stickstoff reagiert mit Wasserstoff zu Ammoniak. N2+3H2 reagieren zu 2NH3. Man nennt die Ammoniaksynthese auch Haber-Bosch-Verfahren.
Verwendung von Ammoniak: Ammoniak findet eine sehr breite Verwendung, sowohl in der Industrie als auch im Labor. Aus Ammoniak stellt man Salpetersäure her. Die Salpetersäure selbst dient der Gewinnung ihrer Salze, der Nitrate. Aus den Nitraten gewinnt man Düngemittel und Sprengstoffe. Die Salpetersäure selbst wird für verschiedene chemische Zwecke eingesetzt. Unter anderem ist die Verwendung in der organischen Synthese von Bedeutung. Im chemischen Labor wird Ammoniak vor allem für analytische Zwecke eingesetzt.
Ich bedanke mich für die Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.
Ammoniak Übung
-
Erläutere die Formel und den Aufbau des Ammoniakmoleküls.
TippsErinnere dich, wie eine trigonale Pyramide aussieht. An ihren Spitzen sitzen jeweils die Wasserstoff- bzw. das Stickstoffatom.
LösungAmmoniak besteht laut Elementaranalyse aus drei Wasserstoffatomen und einem Stickstoffatom. Die Formel lautet $NH_3$. Im Ammoniak liegt eine Atombindung vor. Die bindenden Elektronenpaare bestehen jeweils aus einem Elektron vom Wasserstoff und einem Elektron vom Stickstoff. Der Stickstoff besitzt darüber hinaus noch ein ungebundenes Elektronenpaar. Infolge dieser Bindungsverhältnisse entsteht ein räumliches Gebilde – ein Tetraedermolekül. Die Bindungswinkel zwischen Wasserstoffatomen betragen jeweils 107,3° und sind damit etwas kleiner als die Winkel in einem idealen Tetraeder (109,5°). Grund dafür ist der größere Raumbedarf des freien Elektronenpaars.
-
Erkläre die wirtschaftliche Bedeutung von Ammoniak.
TippsIm Ammoniak ist ein Element, das die Pflanzen zum Wachstum brauchen.
Welches Atom außer Wasserstoff ist sowohl im Ammoniak als auch in der Salpetersäure enthalten?
Ammoniak kommt auch in Haushaltsreinigern vor.
LösungAmmoniak ist eine wichtige Handelsware. Ammoniak findet Verwendung in der Industrie und im Labor. Aus Ammoniak wird in der Industrie Salpetersäure gewonnen, die unter anderem auch zur Düngemittelherstellung dient.So werden Stickstoffdüngemittel hergestellt. Er ist auch ein Grundstoff für die Herstellung von Sprengstoffen. Ammoniak findet als wässrige Lösung auch Verwendung in Laboren, in denen analytische Untersuchungen durchgeführt werden. Wegen der fettlösenden Eigenschaft finden ammoniakalische Lösungen auch häufig Verwendung in Reinigern, wie zum Beispiel in Glasreiniger.
-
Beschreibe die technische Herstellung von Ammoniak.
TippsWelche wichtigen natürlichen Grundstoffe werden in der Industrie verwertet? Sie sind vor Millionen Jahren entstanden und lagern tief in der Erde.
Wovon werden chemische Reaktion neben Temperatur und Druck noch beeinflusst? Dieser Zusatz ist auch in jedem Auto, um die Schadstoffe am Auspuff zu reduzieren.
Wer waren die Erfinder des Verfahrens?
LösungAmmoniak ist eine Industriechemikalie, die mit Hilfe des Haber-Bosch-Verfahrens hergestellt wird. Dabei wird aus einem Synthesegas aus Wasserstoff und Stickstoff mit Hilfe von Temperatur, Druck und einem Katalysator Ammoniak gewonnen. Der Wasserstoff wird aus Erdöl oder Erdgas gewonnen und der Stickstoff aus der Luft.
-
Bestimme Nachweismöglichkeiten von Ammoniak.
TippsMit welchem Sinnesorgan kann man Ammoniak erkennen?
Wie können Basen nachgewiesen werden?
LösungIm Labor kann Ammoniak durch eine einfache Reaktion zwischen trockenem Ammoniumchlorid und Natriumhydroxid hergestellt werden. Da Natriumhydroxid eine starke Base ist, reagiert es mit dem Ammoniumchlorid zu Ammoniumhydroxid und Natriumchlorid, das auch als Kochsalz bekannt ist. Das gebildete basische Ammoniumhydroxid ist eine instabile Verbindung, die sofort in Ammoniak und Wasser zerfällt.
$ NaOH + NH_4Cl \rightarrow NaCl + NH_3 + H_2O$
Den freiwerdenden Ammoniak kann man als stechend riechendes Gas, das ätzend, aber nicht entflammbar ist, wahrnehmen oder durch das Prüfen mit einem Indikator nachweisen. Vorsicht beim Riechen!!
-
Nenne die Eigenschaften von Ammoniak.
TippsIst Ammoniak in Wasser gelöst, färbt sich ein Universalindikator blau.
Ammoniak erkennt man am Geruch.
Ammoniak kann man nicht sehen.
LösungAmmoniak ist ein farbloses, stechend riechendes Gas, das gut in Wasser löslich ist. Ammoniakgas reizt die Nasen- und Augenschleimhäute und hat eine ätzende Wirkung. Auch wässrige Ammonikalösungen können in bestimmten Konzentrationen ätzend wirken. Ammoniak ist als Gift eingestuft. Aufgrund seiner basischen Eigenschaft wird es auch in Reinigungsmitteln im Haushalt verwendet. Ammoniakalische Lösungen reagieren basisch, was du daran erkennst, dass sich die Lösung mit Universalindikator blau färbt.
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Ergänze die Reaktionsprodukte zu folgenden Reaktionen mit Ammoniak.
TippsWenn du Formeln zu einer Gleichung verbinden willst, dann beachte die Anzahl und Art der Atome auf Edukt- und auf Produktseite.
LösungAmmoniak reagiert mit Wasser zu Ammoniumhydroxid ($NH_4OH$), das als Ammonium-Ionen ($NH_4^+$) und Hdroxid-Ionen($OH^-$) im Wasser vorliegt. Die Hydroxid-Ionen sind für das basische Verhalten der Lösung verantwortlich. Die ablaufende Reaktion ist also eine Reaktion mit Protonenübergang. Ammoniak ist als Base der Protonenakzeptor und nimmt das Proton des Wassers auf. $NH_3$ reagiert auch mit Säuren. Die Säuren geben ihre Protonen an das Ammoniakmolekül ab. Es entsteht das positiv geladene Ammonium-Ion und das Säurerest-Ion. Zusammen bilden sie ein Salz.
- Ammoniak und Salpetersäure bilden Ammoniumnitrat $NH_4NO_3$.
- Ammoniak und Salzsäure bilden Ammoniumchlorid $NH_4Cl$.
- Ammoniak und Schwefelsäure bilden Ammoniumsulfat $(NH_4)_2SO_4$.
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