Zum Inhalt springen
L

Das Video kommt von YouTube: erst beim Abspielen verbindet sich die Seite mit YouTube (Google).

Stickstoff - Anorganische Chemie

Anorganische Chemie7:42 6.060 Aufrufe veröffentlicht Auf YouTube

Das Wichtigste aus dem Video

Tipp auf eine Zeit – das Video springt genau dorthin.

Transkriptautomatisch erstellt · 55 Zeilen
Herunterladen
  1. Hallo, schön, dass Sie hier sind! In diesem Video lernen Sie mit dem Stickstoff
  2. das erste Element der Gruppe der Pentele kennen. Sie lernen sein Vorkommen und seine Eigenschaften
  3. sowie einen Weg zur chemischen Aktivierung des Elements zu beschreiben. Das Element Stickstoff ist in vielen Kontexten bedeutend,
  4. sowohl in der organischen und anorganischen Chemie als auch in der Biochemie, wo er beispielsweise als zentraler Baustein der Aminosäuren
  5. und der Purinbasen vorkommt. Obwohl der menschliche Körper nur zu etwa 3% aus Stickstoff besteht,
  6. ist das Element damit doch das Vierthäufigste in unserem Körper. In der Natur kommt der Stickstoff elementar als diatomares Molekül vor.
  7. In der Luft bildet es mit etwa 78,1 Volumenprozent den Hauptbestandteil und gleichzeitig die wichtigste Quelle
  8. für die Darstellung stickstoffhaltiger Verbindungen. Daher ist es auch ein wichtiges Industriegas,
  9. das technisch durch die Verflüssigung und anschließende fraktionierte Destillation der Luft gewonnen wird.
  10. Der durch Luftverflüssigung erhaltene Stickstoff enthält in der Regel noch Edelgase, insbesondere das Argon,
  11. dessen Siedepunkt nur etwa 10°C über dem des Distickstoffs liegt. Alternativ zur Luftverflüssigung kann die Aufreinigung der Luft
  12. daher auch mithilfe membranbasierter Verfahren erfolgen. Diese liefern etwa 95%igen Stickstoff.
  13. Sofern im Labor chemisch reiner Stickstoff benötigt wird, kann dieser auch vor Ort durch die thermische Zersetzung
  14. von reinem Natriumazid gewonnen werden. Das Natriumazid zersetzt sich oberhalb 275°C wie hier beschrieben
  15. in die Elemente. Formell handelt es sich dabei um eine Reduktion des Natriums
  16. bei gleichzeitiger Oxidation des Stickstoffs. Der molekulare Stickstoff ist ein sehr reaktionsträges Gas
  17. mit einem Siedepunkt von -196°C bzw. 77 K. In flüssiger Form ist der Distickstoff
  18. daher auch ein viel verwendetes Tieftemperatur-Kühlmittel. Die Reaktionsträgheit des Moleküls kann auf seinen unpolaren Charakter
  19. und insbesondere die hohe Bindungsenthalpie von 942 kJ/mol zurückgeführt werden. Diese wiederum resultiert aus der formellen Bindungsordnung von drei.
  20. Diese hohe Bindungsordnung wird erreicht, da das Stickstoffatom mit seiner Elektronenkonfiguration 1s2 2s2 und 2p3
  21. drei Bindungen eingehen muss, um formell eine Edelgaskonfiguration zu erreichen. Nach einer Vorstellung
  22. würde das Molekül seine drei p-Orbitale zur Bindungsbildung verwenden, um eine sigma- und zwei pi-Bindungen auszubilden.
  23. Allerdings liegen das 2s- und die 3p- Orbitale energetisch so nahe beieinander, dass eine Wechselwirkung zwischen diesen möglich ist.
  24. Im Sinne der Valenzbindungstheorie kann man daher von einer zumindest teilweisen Hybridisierung ausgehen.
  25. Im Fall einer angenommenen sp- Hybridisierung würde die Dreifachbindung daher wie hier gezeigt zustande kommen.
  26. Je ein sp-Hybridorbital der beiden Stickstoff-Atome ist entlang der Bindungsachse zum Bindungspartner hin orientiert.
  27. Es kommt zu einer Überlappung und Ausbildung einer sigma-Bindung. Man kann sich hierbei gut vorstellen,
  28. dass die Überlappung zweier stark zueinander orientierter sp-Hybridorbitale zu einer besseren Überlappung führt,
  29. als die Überlappung zweier nicht hybridisierter p-Orbitale. Parallel hierzu können je zwei in der Projektionsfläche
  30. bzw. senkrecht dazu stehende p-Orbitale seitlich miteinander überlappen und, wie hier angedeutet, eine pi-Bindung ausbilden.
  31. Mit einer sigma- und zwei pi-Bindungen, die so gebildet würden, wäre damit die Bindungsordnung von drei erreicht.
  32. In einer Beschreibung der Bindung im Sinne der Molekülorbitaltheorie führt die Wechselwirkung der energetisch ähnlichen 2s- und 2p-Niveaus
  33. zu einer Interferenz dieser Niveaus. Ein Resultat hieraus ist, dass, anders als im Disauerstoff-Molekül,
  34. das bindende sigma-Molekülorbital ein geringfügig höheres Energieniveau annimmt, als die beiden bindenden pi-Niveaus,
  35. die aus einer Wechselwirkung von px- und py-Orbitalen resultieren. Die Bindungsachse wäre gemäß dieser Betrachtung entlang der z-Achse orientiert.
  36. Die Bindungsordnung von drei ergibt sich dann daraus, dass diese drei bindenden Molekülorbitale mit jeweils zwei Elektronen vollständig
  37. und die entsprechenden antibindenden Molekülorbitale nicht gefüllt sind. Die genannte Interferenz der 2s- und 2p-Niveaus beider Stickstoffatome
  38. hatten wir bei der Betrachtung im Sinne der Valenzbindungstheorie alternativ als sp-Hybridisierung interpretiert.
  39. Um den Stickstoff als Quelle für weitere Verbindungen nutzen zu können, ist aufgrund der starken Bindung bzw. der hohen Bindungsenthalpie
  40. ein erheblicher Energieeintrag notwendig. Eine reduktive Aktivierung mit dem starken Reduktionsmittel Wasserstoff
  41. erfolgt beispielsweise im Haber-Bosch-Verfahren, das aber an anderer Stelle diskutiert wird.
  42. Einen anderen klassisch- anorganischen Zugang zu einer reaktiven Stickstoffverbindung bietet die hier beschriebene Reaktion
  43. mit Calciumcarbid als Reduktionsmittel. Diese Verbindung enthält formell eine C2(2-)-Anion
  44. und somit Kohlenstoff in der Oxidationsstufe –I. Die Umsetzung mit Distickstoff liefert bei Temperaturen zwischen 1000 und 1100°C
  45. die Verbindung Ca-NCN, das Calciumcyanamid. Das Cyanamid-Anion ist ebenfalls zweifach negativ geladen
  46. und enthält Stickstoff in der Oxidationsstufe –III, welcher somit um jeweils drei Elektronen reduziert wurde.
  47. Gleichzeitig sind oxidierte Kohlenstoffatome enthalten, die die Oxidationsstufen +IV, im Cyanamid,
  48. bzw. 0, im elementaren Kohlenstoff, aufweisen. Das Cyanamid-Anion ist isoelektronisch mit dem Kohlendioxid
  49. und daher ebenfalls linear gebaut. Das Calciumcyanamid wird unter der Bezeichnung Kalkstickstoff
  50. unter anderem als Düngemittel eingesetzt. Im Boden reagiert es mit der Feuchtigkeit
  51. gemäß der hier formulierten Reaktions- gleichung zu Calciumcarbonat CaCO3 und liefert den für die Pflanzen wichtigen Ammoniak als Stickstoffquelle.
  52. Das Calciumcarbonat sorgt zudem dafür, dass eine Übersäuerung des Bodens vermieden wird.
  53. Zusammenfassend haben Sie das Vorkommen, die Gewinnung und die Eigenschaften des Stickstoffs kennengelernt und sind nun in der Lage diese
  54. sowie einen Weg zu seiner chemischen Aktivierung zu beschreiben. Versuchen Sie nun selbst einmal,
  55. die Eigenschaften des Distickstoffs zu formulieren und in unterschiedlichen Kontexten anzuwenden.

Zum Nachlesen

StickstoffBiologische Bedeutung und Stickstoffkreislauf. Schon im 19. Jahrhundert erkannte man, dass ein großer Teil der pflanzlichen Materie Stickstoff enthält und er … StickstofffixierungUnter Stickstofffixierung versteht man allgemein jegliche Umwandlung des chemisch inerten elementaren, molekularen Stickstoffs (N 2). DreifachbindungEine Dreifachbindung ist eine Form der chemischen Bindung zwischen zwei Atomen, die über Elektronenpaare vermittelt wird (→ Elektronenpaarbindung). AmmoniakDie Herstellung erfolgt bislang (2022) fast ausschließlich über das Haber-Bosch-Verfahren aus den Elementen Wasserstoff und Stickstoff. ... Bosch für die …