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Anorganische Chemie (Fach) / Hauptgruppenelemente (Lektion)

Darstellung und Reaktion der Hauptgruppenelemente

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  • FN3 F2 + HN3 --> HF + FN32 FN3 --> 2 N2 + N2F2 (Difluordiimin, Difluordiazen) bei 25°C:   trans 10% <--> cis 90%
  • N2O Darstellung: NH3 (bzw. NH4NO3) + HNO3 -200°C-> N2O + 2 H2O (evtl. explosiv => Sprengstoff!)Eigenschaften: - Sdp.: - 88,5 °C                      - Smp.: - 91 °C, betäubend und berauschend (früher Narkotikum)                      - wasserlöslich (ohne Reaktion, da kein Anhydrid)                      - fettlöslich (Treibmittel u.a. in Sprühsahne, Speiseeis)Unterhält Verbrennung: z.B. N2O („gebremster Sauerstoff“) + H2 --> N2 + H2O + 368 kJHeftig: 3 N2O + 2 NH3 --> 4 N2 + 3 H2O + 1012 kJ
  • NO und N2O2 Darstellung: - 180 kJ + N2 + O2 <--> 2 NO hohe T (Max. bei ca. 2000 °C; Lichtbogen,Blitze, Ottomotoren)- 4 NH3 + SO2 <--> 4 NO + 6 H2O + 6 H2O + 906 kJ- 3 Cu + 2 NO3- + 8 H+ <--> 2 NO + 3 Cu2+ + 4 H2OEigenschaften: - Sdp.: - 151 °C, Smp.: - 164 °C- paramagnetisch- farblos, giftig2 NO <--> N2O2 (blau) + 10,5 kJ (Dimerisierung; aber: Entropie wirkt dagegen; daher                                                   bei hoher T GGW ganz links)                - Gas: GG ganz links                - kond. Phase: GG weitgehend rechts                - an Luft: 2 NO + O2 <--> 2 NO2 + 114 kJ rotbraune Dämpfe                - mit Cl2: 2 NO + Cl2 --> 2 NOCl Nitrosylchlorid                - keine Reaktion mit H2O!                  (NO sehr kleine Moleküle: daher Botenstoffe in der Natur) überwiegend cis-Konformer
  • N2O3 NO + NO2 <--> N2O3 (Bei Kondensation: tiefblaue Flüssigkeit,                                   Sdp.: - 40 °C,                                   Smp.: - 103°CAnhydrid der salpetrigen Säure; N2O3 + H2O --> 2 HNO2
  • NO2 und N2O4 Darstellung: s.o.Eigenschaften: Sdp.: 21,15 °C, Smp.: - 11 °C braunrotes Gas sehr giftig 2 NO2 <-->N2O4 + 57 kJ GG bei tiefen Temp. ganz rechts(starkes Ox.mittel)farblosN2O4 + H2O <--> HNO2 + HNO3 gemischtes Anhydrid der HNO2 und HNO3
  • N2O5 2 HNO3 --H2OP2O5-> N2O5 farblose Kristalle, Smp. 41 °C (exotherm, insg. exergonisch)N2O5 --> 2 NO2 + ½ O2 explosionsartiger Zerfall
  • NO3 NO2 + O3, nur bei sehr tiefen Temperaturen--> Zerfall über Dimer N2O6
  • NH2OH Darstellung: - elektrische Reduktion von HNO3                   - HNO2 + 2 H2SO3 + H2O --> NH2OH + 2 H2SO4         Raschig-Verfahren                                                                                                   alle techn.!                   - 2 NO + 3 H2 -Pt-Kat-> 2 NH2OHSmp. 33 °C, leichte Zersetzung (auch die wässrigen Lösungen):3 NH2OH --> NH3 + N2 + 3 H2O pKs = 13,7bzw. 4 NH2OH --> 2 NH3 + N2O + 3 H2O pKs = 8,2                              --> Hydroxylammoniumsalz, z.B. [NH3OH]+Cl-
  • H2N2O2 explosiv: H2N2O2 --> H2O + N2O cis-Verbindung nur in Salzen
  • HNO2 Darstellung: NaNO3 + Pb NaNO2 + PbO organische Derivate:             trans <--> cis                    R - NO2 Nitroverbindung          GG auf trans-Seite                 R – O – NO Salpetriger Säureester Erwärmen oder Konzentrieren: 3 HNO2 --> HNO3 + 2 NO + H2O                                      (Red.- oder Ox.mittel)pKs = 3,29 (schwache Säure): wässrige Lsg. von Nitriten infolge Hydrolyse instabilAnorganische Derivate: ONX Nitrosylverbindungen: X = H, F, Cl, CH3, C6H5 kovalent                                                                          X = ClO4-, HSO4-, BF4-ionisch
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  • HNO3 - Ostwald-Verfahren Darstellung: Ostwald-Verfahren4 NH3 + 5 O2 -900°CPt-Kat-> 4 NO + 6 H2O (g) + 906 kJ2 NO + O2 --> N2O4N2O4 + H2O --> HNO2 + HNO3 | ∙ 33 HNO2 --> HNO3 + 2 NO + H2O2 NO + ½ O2 --> N2O4______________________________________ 2 N2O4 + 2 H2O + O2 -3-10bar20-35°C-> 4 HNO369 %ige HNO3 (Azeotrop) --> HNO3 (konz.)
  • HNO3 Zerfall: 2 HNO3 <-ΔT->2 NO2 + H2O + ½ O2E° (NO3-/NO) = + 0.96 V --> Cu, Ag und Hg werden gelöst; Au und Pt nicht50 %ige HNO3 = „Scheidewasser“ (löst unedle Metalle auf)HNO3 + 3 HCl --> NOCl + 2 Cl + 2 H2O „Königswasser“ (löst Gold auf; whh überintermediäre Cl-Atome)3 HNO3 <--> H3O+ + NO2+ (Nitryl-Kation) + 2 NO3- ; HNO3 z.B. zum Beizen von Metallen                                                                               (Metalle werden widerstandsfähiger                                                                                       durch schützende Oxidschicht)Derivate: Nitryl-Verb.: O2NCl, O2NF (X hohe EN!)             /    O2NX                                    Isomer zu Hypodisalpetriger Säure             \                                /                Nitro-Verb.: O2NCH3, O2NNH2 sowie NO2+ClO4-
  • Darstellung von Phosphor Darstellung: 1543 kJ + Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C -->3 CaSiO3 + 5 CO + P2Bedingung: im el. Lichtbogen bei ca 1400-1500°CGasförmiges P2 wird mit H2O zu gelbem P4 „niedergeschlagen“ --> Prot
  • Phosphormodifikationen + Eigenschaften Phosphormodifikationen:1. Pweiß: Smp. 44 °C, sehr giftig2. Pschwarz: dichter als Pweiß --> entsteht durch Druck; Halbleiter !3. Pviolett: ab 550 °C aus Pweiß4. Prot: amorph (gestaltlos, da nicht kristallin) Eigenschaften:1. Pweiß äußerst reaktiv: P4 + 5 O2 --> P4O10 + 2986 kJ2. Chemolumineszenz: P4-Dampf + O2 --> P2O3 -+O2-> P2O5
  • Phosphor-Anionen Phosphid: P3- Diphosphid: P24- Triphosphid: P35- Heptaphosphid-Trianion: P73- Heteroaromat: P42- (6-(pi)-System) in CsP4·2NH3
  • Wasserstoffverbindungen des Phosphors - Allgemein PnHn+m Phosphane (n = 1, 2, 3, . . . ; m = 2, 0, -2, -4, . . .)        PH3                 P2H4                      P7H3Monophosphan    Diphosphan       Heptaphosphan(3)Polyphosphane sehr instabil an Luft (oxidieren) / bei Wärme (Disproportionierung)
  • PH3 Darstellung: - Ca3P2 + 6 H2O --> 2 PH3 + 3 Ca(OH)2 (Hydrolyse)                                            Mit P2H4 verunreinigt, deshalb an Luft selbstentzündlich                   - 2 P4 + 12 H2O -NaOHΔT-> 2 PH3 + 6 H2PO2 (Hypophosphorige Säure)                                                  --> 4 PH3 + 4 H3PO3                                                         --> 5 PH3 + 3 H3PO4Eigenschaften:1. giftig, Sdp.: - 87,7 °C, stärker reduzierend und weniger basisch als NH32. zerfällt bei ΔT in P und H2
  • PF3 - sehr gute Lewis-Base- sehr guter Komplexligand (wie CN-, CO, . . .)
  • PCl3 - technisch: ¼ P4 + 1 ½ Cl2 --> PCl3 + 320 kJ- PCl3 + 3 H2O --> H3PO3(Phosphonsäure) + 3 HCl- PCl3 --> POCl3 (Phosphoryltrichlorid) mit SO3, ClO3-, (O2)- Lewis-Base --> Komplexligand, z.B. [Ni(PCl3)4]- Lewis-Säure --> [PCl4]
  • PF5 Aus PCl5 mit AsF3; starke Lewis-Säure --> PF5- + F- --> PF6-
  • PCl5 1. technisch: PCl3 + Cl2 <--> PCl5 + 124 kJ; GG mit steigender T immer weiter links!                              Gegenstrom2. wichtiges Chlorierungsmittel3. Bindungsisomerie: [PCl4]+[PCl6]- Unter Druck flüssig                                fest4. Hydrolyse: PCl5 -+H2O-2HCl-> POCl3 -+3H2O-3HCl-> PO(OH)3 (Phosphorsäure)
  • PBr5 5. [PBr4]+Br- 6. Zersetzen in PBr3 und Br2 ab 35 °C
  • P4O6 1. P4 + 3 O2 --> P4O6 + 1640 kJ (beschränkter Luftzutritt)2. Smp. 24°C, Sdp. 175°C3. weiche, wachsartige Masse4. in unpolaren Lösungsmitteln löslich5. bei 70 °C: P4O6 + 2 O2 --> P4O10 + 1344 kJ6. P4O7 – 9: schrittweises Hinzufügen von endständigem O!7. Struktur Adamant-Käfig
  • P4O10 1. P4O10 -+2H2O-> 2 H4P2O7 Tetrametaphosphorsäure -+2H2O-> 4 H3PO4 gasförmig2. Kein Oxidationsmittel!3. Trockenmittel Hexagonal-Form (Sdp.: 358°C) -450°C-> Orthorombische-Form (weniger hydrolyseempfindlich)

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