Stickstoff, Ammoniak und Protolyse-Reaktionen

Lernkartei zu den Eigenschaften, Bindungen und Herstellungsverfahren von Stickstoff und Ammoniak sowie zu ausgewählten Protolyse-Reaktionen.

Stickstoff ($N_2$)

Ein farbloses, geruchloses und ungiftiges Gas, das nicht brennbar ist und eine Schmelztemperatur von $-270\,^\circ\text{C}$ besitzt.

Stickstoff im Periodensystem der Elemente (PSE)

Befindet sich in der 2. Periode ($2$ Schalen) und der 5. Hauptgruppe ($5$ Valenzelektronen) mit der Ordnungszahl $7$ ($7$ Protonen und Elektronen).

Vorkommen von Stickstoff

Macht $78\,\%$ der Lufthülle aus und kommt als Bestandteil von Proteinen, DNA sowie in Natriumnitrat vor.

Bindungstyp im Stickstoffmolekül ($N_2$)

Reine unpolare Atombindung in Form einer Dreifachbindung ($|N \equiv N|$).

Linde-Verfahren

Verfahren zur Gasverflüssigung und Gastrennung: Luft wird komprimiert und erwärmt sich, wird mit Wasser gekühlt und expandiert, wodurch sie weiter abkühlt; dieser Zyklus wird wiederholt, bis flüssige Luft entsteht. Durch unterschiedliche Siedepunkte verdampfen die Gase nacheinander und werden getrennt.

Verwendung von Stickstoff

Wird als Kühlmittel in der Lebensmittelindustrie zum Schockfrosten, als Packgas zum Schutz vor $O_2$ und als Treibmittel in entzündbaren Stoffen verwendet.

Ammoniak ($NH_3$)

Ein aus Molekülen bestehendes Gas, das farblos, ätzend und stechend riechend ist; es ist wasserlöslich, wobei die Löslichkeit bei steigender Temperatur sinkt.

Bindungstyp und Molekülbau von Ammoniak ($NH_3$)

Besitzt eine polare Atombindung mit einem Bindungswinkel von $107^\circ$.

Verwendung und Bedeutung von Ammoniak

Dient als Düngemittel, Ausgangsstoff in der Stoffherstellung, Hausreiniger sowie als Kältemittel für die Kühlung.

Protolyse

Chemischer Reaktionstyp, bei dem ein Protonenübergang zwischen einem Protonendonator und einem Protonenakzeptator stattfindet.

Protolyse von Ammoniak in Wasser (Experiment 1)

Reaktion nach $H_2O + NH_3 \rightarrow OH^- + NH_4^+$, bei der Wasser als Protonendonator und Ammoniak als Protonenakzeptator reagiert; entstehende Hydroxid-Ionen ($OH^-$) färben den Universalindikator türkis/blau.

Thermische Zersetzung von Ammoniumhydroxid ($NH_4OH$)

Spaltung unter Wärmezufuhr gemäß der Reaktion $NH_4^+ + OH^- \rightarrow NH_3 \uparrow + H_2O$.

Reaktion von Ammoniak mit Chlorwasserstoff (Experiment 2)

Protolyse nach $HCl + NH_3 \rightarrow Cl^- + NH_4^+$, bei der Chlorwasserstoff als Donator und Ammoniak als Akzeptator reagieren; es entsteht weißer Rauch aus dem Salz Ammoniumchlorid ($NH_4Cl$).