Stickstoff ::: Hauptelemente ::: Chemieseite.de

Ähnlich wie Sauerstoff kann man Stickstoff durch fraktionierende Destillation der Luft isolieren. Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft und kommt in ihr in einem Anteil von

Prozent (Volumenprozent) vor.

Darstellung: Labor

Stickstoff kann man im Labor auf verschiedene Weise herstellen. Hier einige Beispiele:

$\begin{displaymath}2NaN_{3}\longrightarrow^{\!\!\!\!\!\!\!\!\!300^{\circ}C}2Na+3N_{2}\end{displaymath}$

$\begin{displaymath}NH_{4}Cl+NaNO_{2}\longrightarrow N_{2}+NaCl+2H_{2}O\end{displaymath}$

Ammoniak im Haber-Bosch-Verfahren

Ammoniak $NH_{3}$ ist ein farbloses und stechend riechendes Gas. Es läßt sich ähnlich wie Chlor leicht verflüssigen. Im Ammoniak gibt es ähnlich wie beim Wasser eine Autoprotolyse:

$\begin{displaymath}2NH_{3}\rightleftharpoons NH_{2}^{-}+NH_{4}^{+}\end{displaymath}$

In Wasser reagiert Ammoniak leicht basisch:

$\begin{displaymath}NH_{3}+H_{2}O\rightarrow NH_{4}^{+}+OH^{-}\end{displaymath}$

Versetzt man Calcium mit Ammoniak so bildet sich Calciumdiamid $Ca(NH_{2})_{2}$ und Wasserstoff. Erwärmt man dieses, so bildet sich Calciumimid unter Freisetzung von Ammoniak und schließlich Calciumnitrid unter nochmaliger Freisetzung von Ammoniak. Versetzt man Amide, Imide oder Nitride mit Wasser, so bildet sich sofort Ammoniak.

Im Haber-Bosch-Verfahren wird der Luftstickstoff mit Wasserstoff zur Reaktion gebracht. Dies funktioniert nur unter Druck, da das Gleichgewicht der Reaktion unter Raumtemperatur zwar auf der Produktseite liegt, die Reaktion aber zu langsam abläuft und bei höheren Temperaturen die Reaktion zwar abläuft, aber das Gleichgewicht auf die Eduktseite geht. Es wird mit Drücken um die

und Temperaturen um $400-500^{\circ}C$ gearbeitet.

Dabei wird noch ein Kontaktkatalysator eingesetzt. Es ist $Fe_{3}O_{4}$ . Dieser wird bei den vorhandenen Temperaturen durch den vorhandenen Wasserstoff zu $\alpha-Fe$ reduziert. Zum Eisen gibt es auch noch einige Beigaben. Wasserstoff und Stickstoffatome lagern sich auf dem $\alpha$ -Eisen an und reagieren zu $NH_{3}$ .

Im Labor kann man Ammoniak wie folgt darstellen:

$\begin{displaymath}NH_{4}Cl+NaOH\rightarrow NaCl + H_{2}O+ NH_{3}\uparrow\end{displaymath}$

Hydrazin $N_{2}H_{4}$

Hydrazin ist eine endotherme Verbindung. Beim Erwärmen zersetzt sich die Flüssigkeit explosiv. Es löst sich quasi unbegrenzt in Wasser. Wässrige Lösungen sind gefahrlos handhabbar. Verbrennt man sie mit Sauerstoff, entsteht viel Wärme, weshalb sie gerne als Raketentreibstoff verwendet wird.
Hydranzin kann man mit der Rasching-Synthese erzeugen:

$\begin{displaymath}NH_{3}+NaOCl\longrightarrow NaOH+NH_{2}Cl\end{displaymath}$

$\begin{displaymath}NH_{2}Cl+HNH_{2}+NaOH\longrightarrow H_{2}\!\!-\!\!N\!\!-\!\!N\!\!-\!\!H_{2}+NaCl+H_{2}O\end{displaymath}$

Stickstoffwasserstoffsäure $HN_{3}$

Ist wieder eine explosive Flüssigkeit. Die Salze heißen Azide. Schwermetallazide sind hochexplosiv. In gelöster Form jedoch nicht.

$\includegraphics*{n3h.eps}$

Stickstoffmonoxid

Stickstoffmonoxid ist ein farbloses und giftiges Gas. Es entsteht unter hohen Temperaturen aus Luftstickstoff und Luftsauerstoff:

$\begin{displaymath}N_{2}+O_{2}\rightleftharpoons 2NO\end{displaymath}$

Man kann Stickstoffmonoxid abschrecken und es bleibt auch bei Raumtemperatur im metastabilen Zustand.
Großtechnisch läßt sich Stickstoffmonoxid mit dem Ostwald-Verfahren herstellen. Dabei wird Ammoniak und Sauerstoff über heißes Platinblech geleitet:

$\begin{displaymath}4NH_{3}+5O_{2}\rightarrow 4NO+6H_{2}O\end{displaymath}$

Die Kontaktzeit ist sehr gering.

wird somit abgeschreckt und ist metastabil. Das Ostwald-Verfahren ist ein wichtiger Schritt in der Salpetersäuresynthese.

dimerisiert:

$\begin{displaymath}2NO\rightleftharpoons N_{2}O_{2}\end{displaymath}$

Auch Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid können gemeinsam dimerisieren, wobei Distickstoffoxid entsteht, welches eine blaue Flüssigkeit bei niedrigen Temperaturen ist.
Es reagiert spontan mit Sauerstoff (bei hohen Temperaturen liegt das Gleichgewicht auf der Eduktseite):

$\begin{displaymath}2NO+O_{2}\rightleftharpoons 2NO_{2}\end{displaymath}$

Stickstoffdioxid

Stickstoffdioxid neigt wieder zu Dimerisierung

$\begin{displaymath}2NO_{2}\rightleftharpoons N_{2}O_{4}\end{displaymath}$

Es ist ein Oxidationsmittel.

Salpetrige Säure

Salpetrige Säure ist nicht rein isolierbar und ist auch im wässrigen unbeständig. Sie disproportioniert:

$\begin{displaymath}3HNO_{2}\rightarrow HNO_{3}+2NO+H_{2}O\end{displaymath}$

Salpetersäure

Salpetersäure ist beständiger als salpetrige Säure. Jedoch zersetzt sie sich auch bei Lichteinwirkung schon bei Raumtemperatur. Salpetersäure ist ein starkes Oxidationsmittel. Die Herstellung von Salpetersäure verläuft wie folgt:

Wir erhalten $N_{2}O_{4}$ , indem wir das aus dem Ostwaldverfahren gewonnene oxidieren:

$\begin{displaymath}2NO+O_{2}\rightarrow 2NO_{2}\rightarrow N_{2}O_{4}\end{displaymath}$
Dieses leiten wir in Wasser. Es passiert folgendes:

$\begin{displaymath}N_{2}O_{4}+H_{2}O\rightarrow HNO_{3}+HNO_{2}\end{displaymath}$
Salpetrige Säure zerfällt wieder (s.o.)

$\begin{displaymath}3HNO_{2}\rightarrow HNO_{3}+2NO+H_{2}O\end{displaymath}$
Mit dem entstandenen starten wir wieder bei 1.

Halogenverbindungen des Stickstoffs

Struktur	Fluor	Chlor	Brom	Iod
$NX_{3}$ , tetraedisch	farbloses Gas	gelbes explosives Öl	rote exlosive Kristalle	rotschwarze explosive Kristalle
$N_{2}X_{4}$ Struktur wie Hydrazin	$N_{2}F_{2}$ farbloses Gas	-	-	-
$N_{2}X_{2}$ Mittig zwei N-Atome, Halogenatome gewinkelt, es existiert eine cis und eine trans Struktur	farbloses Gas	-	-	-
$N_{3}X$ , Struktur wie $N_{3}H$	grüngelbes Gas	farbloses Gas, explosiv	orangrote Flüssigkeit, explosiv	farbloser Feststoff, explosiv