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Stickstoff

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Die Autor*innen
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André Otto
Stickstoff
lernst du in der Sekundarstufe 2. Klasse - 3. Klasse

Beschreibung Stickstoff

Inhalt

Stickstoff

Ob als Dünger oder Sprengstoff: Die Stickstoff-Chemie ist vielfältig! Für das chemische Element Stickstoff steht das Symbol $N$, abgeleitet von dem lateinischen Wort nitrogenium. Stickstoff und seine Verbindungen wirst du in vielen Bereichen antreffen.

Entdeckung und Vorkommen von Stickstoff

Stickstoffverbindungen wie z. B. Salmiak kannte man bereits in der Antike und Salpetersalze nutzten die Chinesen schon im 11. Jahrhundert zur Herstellung von Schwarzpulver. Schließlich entdeckte der deutsch‑schwedische Chemiker Carl Wilhelm Scheele 1771 den elementaren Stickstoff als Bestandteil der Luft.

Die Erdatmosphäre besteht mit einem Anteil von 78,1 Volumenprozent hauptsächlich aus Stickstoff. In der Erdkruste kommt Stickstoff in Form von Salzen wie Kaliumnitrat $KNO_3$, auch Kalisalpeter genannt, vor.
In der Biochemie sind alle Proteine und auch die DNA Stickstoffverbindungen. Unser Leben ist also ohne Stickstoff gar nicht möglich!

Die Stellung von Stickstoff im Periodensystem

Stickstoff steht mit der Ordnungszahl 7 im Periodensystem der Elemente in der V. Hauptgruppe und in der 2. Periode. Stickstoff ist ein typischer Vertreter der Nichtmetalle. Von seinen fünf Außenelektronen sind drei ungepaart. Stickstoff kann damit drei kovalente Bindungen eingehen. Die Lewis‑Formel für Stickstoff sieht so aus:
$\cdot$$\underline {\dot {N}}$$\cdot$
In chemischen Reaktionen mit anderen Elementen kann es maximal fünf Elektronen abgeben und drei aufnehmen. Die Oxidationszahl von Stickstoff variiert also von $-III$ bis $+V$.

Stickstoff im Periodensystem

Eigenschaften – Stickstoff

Steckbrief   Stickstoff
Symbol $N$
Atommasse $14,007~ \frac{g}{mol}$
molare Masse für $N_2$ $28,013~ \frac{g}{mol}$
Elektronenkonfiguration $1s^{2} ~2s^{2} ~2p^{3}$
Elektronegativität $EN = 3,04$ Pauling-Skala
spez. Wärmekapazität bei $293~K:~ 1040~\frac{J}{kg~K}$
Löslichkeit bei $15~^\circ\text{C:} ~23~ml ~N_2~$ in $1~l$ Wasser
Dichte gasförmig bei $15~^\circ\text{C,}~ 1~bar:~ \rho = 1,17~\frac{g}{cm^{3}}$
relative Dichte zur Luft gasförmig bei $15^\circ\text{C,}~ 1~bar:~ 0,967$
Schmelzpunkt $\text{Smp.} = -210~^\circ\text{C}$
Siedepunkt $\text{Sdp.} = -196~^\circ\text{C}$
Farbe farblos
Geruch geruchlos
Geschmack geschmacklos

Stickstoff liegt normalerweise als zweiatomiges Stickstoffmolekül $N_{2}$ mit der Strukturformel |$N \equiv N$| vor. Die notwendige Energie für die Spaltung des Moleküls in zwei einzelne Stickstoffatome beträgt $H = 940~\frac{kJ}{mol}$. Das ist ein relativ hoher Wert und bestätigt wie reaktionsträge Stickstoff ist. Stickstoff ist nicht brennbar.

Flüssiger Stickstoff siedet schon bei $-196 ~^\circ\text{C}$ und dient als Kältemittel. Für den Bedarf im Labor verwahrt man Stickstoff in Dewargefäßen, das sind spezielle Thermoskannen.

flüssiger Stickstoff

Geht von Stickstoff Gefahr aus?
Stickstoff ist nicht gesundheitsschädlich. Bestünde die Atemluft aber nur aus Stickstoff, dann würden wir ersticken, daher auch der Name. Hautkontakt mit flüssigem Stickstoff kann zu schweren Kälteverbrennungen führen.

Reaktionen von Stickstoff

Reaktion mit Sauerstoff
Unter Einwirkungen von Blitzen (z. B. bei einem Gewitter), aber auch bei der Verbrennung in Motoren reagiert Stickstoff mit Sauerstoff zu Stickstoffmonoxid:

$N_2 + O_2 \longrightarrow 2 NO$

Reaktion mit Wasserstoff
Der sehr wichtige chemische Grundstoff Ammoniak $\text{NH}_3$ wird aus Stickstoff und Wasserstoff nach folgender Reaktionsgleichung gewonnen:

$N_2 + 3 H_2 \rightleftharpoons 2 NH_3$

Bei der industriellen Ammoniaksynthese läuft diese Reaktion mit dem Haber‑Bosch‑Verfahren unter sehr hohen Drücken und unter Einsatz von Katalysatoren ab. Unter diesen Bedingungen wird eine größere Ausbeute an Ammoniak erreicht.

Reaktion mit Metallen
Unter Hitzeeinwirkung reagiert Stickstoff direkt mit Metallen zu Metallnitriden, so entsteht z. B. Magnesiumnitrid nach folgender Reaktionsgleichung:

$N_2 + 3 Mg \longrightarrow Mg_3N_2$

Reaktion mit Carbiden

Zur Herstellung des wichtigen Grundstoffs und Düngemittels Calciumcyanamid $CaCN_2$, besser bekannt als Kalkstickstoff, lässt man Stickstoff mit Calciumcarbid reagieren:

$N_2 + CaC_2 \longrightarrow CaCN_2 + C$

Bedeutung für die Pflanzen

Pflanzen brauchen Stickstoff, aber sie können den elementaren Stickstoff nicht aus der Luft aufnehmen. Sie benötigen Helfer, die den Stickstoff für Pflanzen aufnahmefähig machen:

1. Die Knöllchenbakterien
Die Knöllchenbakterien stellen als Bodenbakterien biologisch verfügbaren Stickstoff in Form von Ammoniak $NH_3$ oder in Ammoniumverbindungen mit dem Ammonium‑Kation $NH_4^+$ zur Verfügung.

2. Acobacter- und Cyanobakterien
Bakterien wie Acobacter- oder Cyanobakterien können Pflanzen den in Proteinen gebundenen Stickstoff liefern.

3. Dünger
Pflanzendünger enthalten oft Nitrate und Ammoniumsalze und liefern den Stickstoff in für Pflanzen gut aufnehmbarer Form.

Stickstoff–Verbindungen

1. Ammoniak $NH_3$
Ammoniak ist als chemischer Grundstoff die bedeutendste Stickstoff‑Verbindung und wird industriell nach dem Haber‑Bosch‑Verfahren gewonnen. Im Labor kann man es aus der Hydrolyse von Metallnitriden gewinnen. Ammoniak ist ein stechend riechendes Gas, das in Wasser basisch reagiert:

$NH_3 + H_2O \longrightarrow NH_4^+ + OH^-$

Mit Salzsäure bzw. Chlorwasserstoff entsteht in einer Neutralisationsreaktion das Salz Ammoniumchlorid:

$NH_3 + HCl \longrightarrow NH_4Cl$

Ammoniumchlorid, auch Salmiak genannt, verleiht den Salmiak‑Pastillen ihren charakteristischen Eigengeschmack. Zudem ist es ein Ausgangsstoff für zahlreiche weitere chemische Produkte.

2. Salpetersäure $HNO_3$
Salpetersäure ist eine starke Säure, die stark oxidierend wirkt und auch Kupfer und Silber auflösen kann. Ihre Salze sind die Nitrate wie z.B. Natriumnitrat $NaNO_3$. Salpetersäure wird als chemischer Grundstoff industriell nach dem Oswald‑Verfahren aus der katalytischen Oxidation von Ammoniak in drei Reaktionsschritten hergestellt:

  1. Oxidation des Ammoniaks:
    $4 NH_3 + 5 O_2 \longrightarrow 4NO + 6H_2O$
  2. Oxidation des Stickstoffmonoxids zum Stickstoffdioxid:
    $4 NO + 2O_2 \longrightarrow 4NO_2$
  3. Reaktion zur Salpetersäure:
    $4 NO_2 + 2H_2O + O_2 \longrightarrow 4 HNO_3$

Im Labor kann man sie aus Natriumnitrat und konzentrierter Schwefelsäure wie folgt herstellen:

$NaNO_3 + H_2SO_4 \longrightarrow NaHSO_4 + HNO_3$

3. Salpetrige Säure $HNO_2$
Salpetrige Säure ist eine schwache Säure und ihre Salze sind die Nitrite. Sie ist eine unbeständige Verbindung, daher muss man sie vor Nutzung frisch, man nennt das in situ, herstellen. Im Labor geschieht dies aus Natriumnitrit und Salzsäure:

$NaNO_2 + HCl \longrightarrow NaCl + HNO_2$

Die Säure verwendet man bei der Azokupplung zur Herstellung von Azofarbstoffen. Natriumnitrit wird bei Wurstwaren als Pökelsalz zugesetzt.

4. Stickstoffverbindungen in der organischen Synthese
Die organische Synthese ist der größte Bereich der chemischen Industrie. Die dafür wichtigen Stickstoffverbindungen sind in einer Übersicht dargestellt:

Stoff Chemische Formel Verwendung
Ammoniak $NH_3$ chemischer Grundstoff
Salpetersäure $HNO_3$ Nitrierung organischer Verbindungen
Hydrazin $NH_2NH_2$ Reduktionsmittel
Hydroxylamin $NH_2OH$ Polyamid-Herstellung
Blausäure $HCN$ Herstellung von Nitrilen
Harnstoff $(NH_2)_2CO$ Herstellung von Melamin-Harzen
Amine $RNH_2$ Synthesebaustein
Nitromethan $CH_3NO_2$ Lösungsmittel
Acetonitril $CH_3CN$ Lösungsmittel
Pyridin $C_5H_5N$ Lösungsmittel, Hilfsbase

Beim Erhitzen organischer Stickstoff‑Verbindungen kann der stechend riechende Ammoniak entweichen. Diese Reaktion kann man auch als Stickstoff‑Nachweis nutzen.

Verwendungen von Stickstoff und seinen Verbindungen:

  • Flüssiger Stickstoff ist ein wichtiges Kältemittel.
  • Wegen seiner Reaktionsträgheit dient Stickstoff z. B. beim Schweißen als Schutzgas.
  • Flugzeugreifen werden aus Sicherheitsgründen mit dem Gas Stickstoff befüllt.
  • Ammoniumsalze und Nitrate dienen als wichtige Düngemittel.
  • Einige nitrierte organische Verbindungen sind starke Sprengmittel.
  • Distickstoffmonoxid $N_2O$, auch Lachgas genannt, ist ein Betäubungsmittel in der Narkose.
  • Stickstofftrifluorid $NF_3$ wird u. a. bei der Herstellung von LCD‑Displays benötigt.
  • Acetonitril und Nitromethan sind wichtige organische Lösungsmittel.
  • Viele Farbstoffe enthalten gebundenen Stickstoff, darunter alle Azofarbstoffe und der blaue Farbstoff Indigo, mit dem auch Jeansstoffe eingefärbt werden.

Hinweise zum Video

Das Video gibt dir eine Übersicht zu Stickstoff und wichtigen Stickstoff‑Verbindungen. Zum besseren Verständnis solltest du schon über Vorkenntnisse in Chemie verfügen und dich in den Themen Basen, Säuren und Salze sowie bei der Oxidation und Reduktion auskennen.

Übungen und Arbeitsblätter

Du findest hier auch Übungen und Arbeitsblätter. Beginne mit den Übungen, um gleich dein umfangreiches Wissen über Stickstoff aus dem Video zu testen.

Transkript Stickstoff

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um das chemische Element Stickstoff. Der Film gehört zur Reihe Elemente. Als Vorkenntnisse solltest du die Schulchemie bis mindestens Basen, Säuren, Salze gut beherrschen. Im Film möchte ich dir einen Übersicht über das chemische Element Stickstoff und seine Verbindungen geben. Der Film besteht aus 9 Abschnitten: 1. Entdeckung 2. Vorkommen 3. Stellung im Periodensystem der Elemente 4. Eigenschaften 5. Reaktionen 6. Bedeutung für die Pflanzen 7. Verbindungen 8. Verwendung 9. Zusammenfassung   1. Entdeckung Schon im Mittelalter kannte man Stickstoffverbindungen, Nitrate und Ammoniumsalze. Die Entdeckung gelang 1771 dem schwedischen Chemiker Carl Wilhelm Scheele. 1774 wurde Ammoniak entdeckt, und zwar vom Briten Priestley.   2. Vorkommen In der Erdatmosphäre kommt Stickstoff in großen Mengen vor, und zwar zu 78 Volumenprozent. In der gesamten Erdhülle ist Stickstoff seltener mit 0,03% anzutreffen. In fester Form, in Salzen finden wir Stickstoff hauptsächlich in Form von Salpeter. Eine Sorte Salpeter ist Chilesalpeter, er hat die Formel NaNO3, Natriumnitrat. Die 2. Sorte ist Kalisalpeter, Formel KNO3, Kaliumnitrat. Beim Stickstoff wird häufig vergessen, dass er auch ein wichtiger Bestandteil des Lebens ist, er ist in Proteinen und in der DNA enthalten.   3. Stellung im Periodensystem der Elemente Im Periodensystem der Elemente befindet sich der Stickstoff an dieser Stelle. Stickstoff ist ein Element der 5. Hauptgruppe, er ist ein typisches Nichtmetall. Sein chemisches Symbol kennt ihr schon, es ist N. Als Element kommt er immer als 2-Atomiges-Molekül vor, daher schreiben wir auch in Reaktionen N2. Stickstoff hat in Verbindungen viele Oxidationszahlen: Sie reichen von -3 bis +5.   4. Eigenschaften Stickstoff ist ein Gas. Dieses Gas ist farblos und geruchslos. Stickstoff ist recht reaktionsträge. Seine Dichte ist etwas geringer, als die Dichte von Luft. Die Dichten haben zueinander ein Verhältnis von 28/29. Stickstoff schmilzt bei -210 °C und siedet bei -196 °C. Er ist wenig wasserlöslich, nur 23 ml lösen sich in einem Liter Wasser bei 0°C.   5. Reaktionen Wir haben bereits gehört, dass Stickstoff sehr träge ist. Für den Zerfall des Stickstoffmoleküls in die Atome benötigt man eine hohe Energie, 940 kj/mol. Dennoch gibt es Möglichkeiten den Stickstoff zur Reaktion zu bringen. Bei erhöhten Temperaturen reagiert er mit Magnesium, es entsteht Magnesiumnitrid Mg3N2. Mit Kalziumcarbid entsteht Kalkstickstoff CaCN2. Mit Wasserstoff bildet sich unter bestimmten Bedingungen mit Katalysator Ammoniak NH3. Man kann sogar Stickstoff zum Brennen bringen. Mit Sauerstoff bildet er das Monoxid NO, dafür allerdings bedarf es eines Blitzes oder des Vergasers eines Autos. Schöner Szenenabschluss. Was gibt es noch zu verbessern? Ja, richtig Stickstoff taucht in der Natur nicht atomar auf, sondern immer als Molekül N2.   6. Bedeutung für die Pflanzen Man kann versuchen eine Pflanze mit dem Stickstoff aus der Luft zu füttern, doch sie wird nur wenig Freude daran haben, sie kann ihn nicht verarbeiten. Doch viele kleine Helfer unterstützen den Stickstoff in die geeigneten Formen umzuwandeln. Als 1. wären die Knöllchenbakterien zu nennen, als weiteres sind das frei lebende Mikroorganismen Azotobacter und Cyanobakterien. Auch Gewitter haben wir gehört, können den Stickstoff umwandeln. Die Ammoniaksynthese liefert riesige Mengen an Dünger. Und schließlich werden in diesem Zusammenhang selbst Autoabgase nützlich. Welche verwertbaren Formen des Stickstoffs erhält man? Die Knöllchenbakterien liefern Ammoniumionen NH4+, die Mikroorganismen binden den Stickstoff in Eiweiße ein, beim Gewitter entstehen Stickstoffoxide NOx, es bildet sich Salpetersäure HNO3 und schließlich erhält die Pflanze wichtige Nitrate NO3-. Bei Autoabgasen ohne Katalysator verhält es sich ähnlich wie beim Gewitter. Aus Ammoniak wird Salpetersäure hergestellt, aus Ammoniak wiederum gewinnt man Ammoniumionen NH4+ und aus der Salpetersäure Nitrationen NO3-, alles wunderbare Dünger und unsere Pflanze kann wachsen und gedeihen.   7. Verbindungen Ammoniak NH3. Industriell wird die Ammoniaksynthese nach dem Haber-Bosch-Verfahren durchgeführt, im Laboratorium kann man Ammoniak durch Hydrolyse von Magnesiumnitrid gewinnen. In Wasser beginnt der Ammoniak basisch, es ergibt sein ein pH-Wert von >7. Durch Reaktion von Ammoniak durch Chlorwasserstoff entsteht ein Salz, bei dem weißen Nebel auf diesem Bild handelt es sich um Ammoniumchlorid, man nennt es auch Salmiak. Salmiak verleiht den Salmiakpastillen den sauren Geschmack. Salmiak wird industriell weiterverarbeitet zu Salpetersäure und verschiedenen Chemikalien sowie Endprodukten. Stickstoff in gebundener Form findet man überall in der organischen Synthese. Ein Reagenz ist der bereits besprochene Ammoniak, ganz wichtig ist die Salpetersäure, weniger bekannt, doch ganz ganz wichtig ist das Hydrazin. Auch ohne Hydroxylamin geht es nicht. Harnstoff ist Endprodukt und gleichzeitig Ausgangsstoff. Amine sind wichtige Synthesebausteine. Bei Nitromethan und Acetonitril handelt es sich um wertvolle Lösungsmittel. Pyridin ist Lösungsmittel oder eine Hilfsbase. Und als Letztes der Beispielreihe die Blausäure. Betrachten wir die Salpetersäure etwas näher. Man kann sie aus dem Natriumnitrat und konzentrierter Schwefelsäure gewinnen, es entsteht Salpetersäure HNO3. Industriell wird sie aus Ammoniak gewonnen, dabei wird in der 1. Stufe der Ammoniak oxidiert. Es entsteht das Stickstoffmonoxid NO. An der Luft reagiert es spontan zum Dioxid NO2. Mit Wasser und Sauerstoff entsteht schließlich Salpetersäure 4HNO3. Salpetersäure ist stark oxidierend, sie greift Kupfer und Silber an. Sie ist eine starke Säure, ihre Salze sind die Nitrate, zum Beispiel Natriumnitrat NaNO3. Salpetrige Säure HNO2. Sie ist unbeständig, rein zerfällt sie. Für Reaktionen stellt man sie "in situ" her, das heißt, man produziert sie und sie reagiert gleich weiter. Das gelingt, in dem man Natriumnitrit mit Salzsäure reagieren lässt. Man verwendet die Säure für die Azokupplung für die Herstellung von Azofarbstoffen, außerdem ist sie Bestandteil des Pökelsalzes.   8. Verwendung Wofür wird elementarer Stickstoff, das heißt, das Stickstoffgas, verwendet? Aus Sicherheitsgründen werden Flugzeugreifen damit befüllt. Stickstoff gilt als Schutzgas beim Schweißen. In Getränkezapfanlagen wird er dem Kohlenstoffdioxid beigemischt, weil er weniger schäumt. Stickstoff siedet sehr niedrig und findet daher Verwendung in der Kältetechnik. Zum Schluss noch einige wichtige Verwendungsmöglichkeiten für Stickstoffverbindungen. Ganz wichtig und an 1. Stelle sind die Düngemittel zu nennen. Pökelsalz ist ein Gemisch aus Natriumnitrat und Natriumnitrit. Gewisse Stickstoffverbindungen sind Sprengstoffe. Für die Flüssigkristallbildschirme benötigt man Stickstofftrifluorid NF3. Für die Narkose verwendet man Distickstoffmonoxid N2O, Lachgas. Ganz wichtige Lösungsmittel, wir haben sie schon kennengelernt, sind Nitromethan und Acetonitril. Das Element Stickstoff ist Bestandteil der Azofarbstoffe und des Farbstoffs Indigo.   9. Zusammenfassung Das chemische Element Stickstoff und die Stickstoffverbindungen sind unbedingter Bestandteil von Natur und Gesellschaft. Ich hoffe, es hat euch ein bisschen Freude bereitet. Ich wünsche euch alles Gute! Auf Wiedersehen!

4 Kommentare

4 Kommentare
  1. Gern geschehen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor fast 7 Jahren
  2. Danke!!

    Von Juliane Viola D., vor fast 7 Jahren
  3. Lebensluft - Wenn man ein Tier in eine Atmosphäre mit wenig Sauerstoff gab, verlor es das Bewusstsein oder starb sogar. Sauerstoff braucht man also, um leben zu können.
    Stickluft - In einer Stickstoffatmosphäre ersticken Menschen und Tiere. Daher der Name.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor fast 9 Jahren
  4. hallo.
    ich finde nirgendswo was zu meinen fragen,
    vel. könntest du mir ja helfen.
    hier sind sie
    -->
    warum wurde sauerstoff früher als "lebensluft" bezeichnet .?

    und :

    warum wurde stickstoff früher als "Stickluft" bezeichnet .?

    Von N.K., vor fast 9 Jahren

Stickstoff Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Stickstoff kannst du es wiederholen und üben.
  • Charakterisiere das Element Stickstoff.

    Tipps

    Suche das Element im Periodensystem.

    Betrachte die Außenelektronen des Stickstoffs.

    Lösung

    Bei dem Element Stickstoff handelt es sich um ein molekular vorliegendes, geruchloses Gas $N_2$. Es verhält sich in Reaktionen inert, das bedeutet es ist reaktionsträge. Man findet das Element in der 2. Periode (waagerecht im PSE) und in der 5. Hauptgruppe (senkrecht im PSE). Bei einer Temperatur unter -196°C ändert sich der Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig und bezeichnet somit den Siedepunkt bzw. den Kondensationspunkt von Stickstoff. Das Elementsymbol N leitet sich vom lateinischen Begriff Nitrogenium für das Element ab.

  • Entscheide, in welcher Verwendung Stickstoff elementar auftritt und in welcher als Verbindung.

    Tipps

    Überlege, was für einen Aggregatzustand Stickstoff bei der jeweiligen Verwendung haben muss.

    Lösung

    Als Element wird Stickstoff zur Sicherheit in die Reifen von Flugzeugen gepumpt und beim Schweißen als Schutzgas verwendet. Aufgrund seines niedrigen Schmelzpunktes wird flüssiger Stickstoff in der Kältetechnik zum Kühlen verwendet. Verbindungen für Sprengstoffe enthalten sehr oft Stickstoff, wie zum Beispiel das hochexplosive Nitroglycerin. Desweiteren enthalten Verbindungen für LCD's in Bildschirmen Stickstoff als Stickstofftrifluorid. Ein großer Anwendungsbereich ist auch die Landwirtschaft, wo Stickstoff in Form von Nitraten und Ammoniumsalzen als Dünger für die Pflanzen verwendet wird.

  • Beschreibe die Synthesen zu folgenden gewünschten Stickstoffverbindungen.

    Tipps

    Wie lautet die Reaktionsgleichung zur jeweiligen Synthese?

    Achte auf die Benennung der Reaktionsteilnehmer.

    Lösung

    Bei der Ammoniaksynthese lässt man die Elemente, Stickstoff und Wasserstoff bei einem Druck von ca. 250 bar und erhöhter Temperatur reagieren. Da Stickstoff ein so inertes (unreaktives) Element ist, wird ein Katalysator bei der Reaktion benötigt. Im Labormaßstab werden die Erdalkalimetallnitride mit Wasser versetzt, weshalb die Reaktion als Hydrolyse (Spaltung durch Wasser) bezeichnet wird. Hierbei entstehen schwerlösliche Erdalkalihydroxide, welche somit leicht abtrennbar sind.

    Bei der zweiten Synthese wird die wichtige Salpetersäure über die Verbrennung von Ammoniak hergestellt. Es wird ein großer Überschuss an Sauerstoff für die Reaktion benötigt, um das Zwischenprodukt $NO_2$ zu erhalten. Anschließend wird dieser Stoff in Wasser gelöst und reagiert mit weiterem Sauerstoff zur gewünschten starken Säure, Salpetersäure.

  • Bestimme die Reaktionsprodukte bei folgenden Reaktionen.

    Tipps

    Schreibe dir mögliche Reaktionen auf ein Blatt.

    Vergleiche die Verbindungen der Edukte mit den Verbindungen der Produkte. Bei einer chemischen Reaktion kommt nichts dazu und verschwindet nichts.

    Lösung
    1. Durch die Reaktion von Schwefelsäure mit Salpetersäure kommt es durch Wasserabspaltung an $HNO_3$ zur Bildung sogenannter Nitroniumionen (${NO_2}^+$). Diese hochreaktiven Zwischenprodukte werden bei Nitrierungen eingesetzt.
    2. Ein Beispiel für eine Nitrierung ist die Synthese von Nitroglycerin, ein Sprengstoff aus dem Trialkohol, Glycerin. Hierbei wurden die OH - Gruppen verestert, wodurch Nitrogruppen entstehen.
    3. Das dritte Beispiel zeigt die Bildung des blauen Jeansfarbstoffes Indigo aus dem Vorgänger Indoxyl der in Pflanzen gebildet wird.
    4. In der vierten Reaktion reagiert der Aromat Toluol wieder dreifach mit Nitroniumionen und bildet das TNT (Trinitrotoluol), ebenfalls ein potenter Sprengstoff. Umso mehr Nitrogruppen an einer Verbindung addiert wurden, desto schwerer wird es noch mehr zu addieren.
  • Unterscheide zwischen Stickstoffvorkommen in der Natur und im Körper.

    Tipps

    In einem Vorkommen ist 78% Stickstoff enthalten.

    Lösung

    Stickstoff kommt zum größten Teil in der Luft vor und zwar mit 78 Vol%. Außerdem kommt Stickstoff in der Natur noch in der Erdhülle und in Form von Nitraten, wie dem Chilesalpeter ($NaNO_3$) bzw. dem Kalisalpeter ($KNO_3$) vor.

    Im menschlichen Körper ist Stickstoff ein unerlässlicher Baustein in den Proteinen, welche aus den Aminosäuren aufgebaut sind. Sie enthalten sogenannte Aminogruppen $-NH_2$, welche Stickstoff enthalten. Ebenso unerlässlich ist Stickstoff in den sogenannten Nucleinbasen, welche die Grundbausteine der DNA sind.

  • Ermittle die Oxidationszahlen des Stickstoffs in den dargestellten Verbindungen.

    Tipps

    Was entscheidet, welche Oxidationszahl ein Element in einer Verbindung hat?

    Sieh dir im Periodensystem die Elektronegativitäten der beteiligten Elemente an.

    Lösung

    Möchte man die Oxidationszahlen eines Elements in einer Verbindung bestimmen, ist es hilfreich sich die Strukturformel des Stoffes aufzuschreiben. Als nächstes muss man die Elektronegativität der Elemente bestimmen. Diese lassen sich im Periodensystem ablesen. Das elektronegativere Element bekommt formal die Bindungselektronen zugesprochen. Damit ergibt sich bei dem elektronegativeren Element eine negative Oxidationszahl und bei dem elektropositiveren eine positive Oxidationszahl.

    So erhält man zum Beispiel bei Ammoniak ($NH_3$) für die Wasserstoffatome charakteristisch +I, da sie das Bindungselektron an den elektronegativeren Stickstoff abgegeben. Der Stickstoff erhält die Oxidationszahl -III, da er die Elektronen der Wasserstoffatome zu sich zieht, und somit drei Elektronen zusätzlich besitzt.

    Üblicherweise werden die Oxidationszahlen in römischen Zahlen (I, II, III, IV, V,...) angegeben.

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