ammoniak
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Ammoniak. Gliederung. Darstellung Eigenschaften Ammonium-Salze Nachweise Verwendung Schulrelevanz. Gliederung. Darstellung Eigenschaften Ammonium-Salze Nachweise Verwendung Schulrelevanz. Darstellung. Darstellung von Ammoniak. Rothe-Frank-Caro ( Gewinnung aus Kalkstickstoff) - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Ammoniak
Gliederung
• Darstellung• Eigenschaften• Ammonium-Salze• Nachweise• Verwendung• Schulrelevanz
Gliederung
• Darstellung• Eigenschaften• Ammonium-Salze• Nachweise• Verwendung• Schulrelevanz
Darstellung von Ammoniak
• Rothe-Frank-Caro (Gewinnung aus Kalkstickstoff)
• Serpek-Verfahren (Hydrolyse von Nitriden)• Haber-Bosch-Verfahren (aus den Elementen)
Darstellung
Labor:
• Ammoniumsalze + Natronlauge
Großtechnisch:
Versuch 1
Das Haber-Bosch Verfahren
Darstellung
Darstellung aus den Elementen
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) ΔH = - 92,5
kJ
Das Haber-Bosch-Verfahren
Fritz Haber (1868-1934)
Carl Bosch (1874-1940)
Darstellung
0 -3 +1
0
Nobelpreis
Produktion:120 mio. t/Jahr
Prinzip von Le Chatelier
Hohe Ausbeute:
• je niedriger die Temperatur
• je höher der Druck• Kompromiss zwischen
günstiger Gleichgewichtslage und hoher Reaktionsgeschwindigkeit
Ammoniakanteile im GG
Darstellung
Reaktionsgeschwindigkeit
• je höher die Temperatur, desto schneller GG
• Hohe Aktivierungsenergie durch Dreifachbindung
• entropisch ungünstig• Verwendung eines
geeigneten Katalysators
Darstellung
Katalysator
Fe-Insel
H2 N2• Heterogenes System aus Kat.
und Gasmolekülen
• Adsorption und Dissoziation
• Anlagerung
• Desorption
Darstellung
Reaktionsbedingungen
• Druck: 150 – 450 bar• Temperatur: 450 - 500°C• Mengenverhältnis
Stickstoff/Wasserstoff: 1 : 3
• Katalysator: Eisen(II/III)-Oxid Fe3O4
• Promotoren: K2O, CaO, Al2O3 und SiO2
Darstellung
Promotoren
Al2O3: struktureller Promotor
K2O: elektronischer Promotor
CaO: Stabilisierung der Makrostruktur
Stabilisierung der Struktur und Verbesserung der Aktivität des
Katalysators
Darstellung
Darstellung
Ausbeute: ca. 18 %
Im Labor
• Katalysator: Fe2O3,
• Promotoren: Al2O3, CaO, KNO3
N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)
• Nachweis:
NH3 (g) + H2O NH4+
(aq) + OH- (aq)
• basisch: Lackmuspapier blau
Darstellung
0 +1
-30
• Darstellung
• Eigenschaften
• Ammonium-Salze
• Nachweise
• Verwendung
• Schulrelevanz
Gliederung
Eigenschaften von Ammoniak
• pyramidenförmig, Bindungswinkel 107°• farblos, riecht stechend, giftig, ätzend• Smp. –78°C, Sdp. –33°C• Bildung von H-Brücken• Inversion
NH
HH
δ+
δ-
Eigenschaften
Eigenschaften von Ammoniak
• Autoprotolyse analog zu Wasser
2 NH3 (l) NH4+
(solv) + NH2-
(solv)
• gutes LM für viele Salze • LM für Alkalimetalle
Na (s) + NH3 (l) Na+ (solv) + e-
(solv)
• sehr gute Löslichkeit in Wasser
Eigenschaften
Versuch 2
Löslichkeit von Ammoniak in Wasser- Der „Springbrunnen“ -
Eigenschaften
N
H
H
H OHH
N
H
H
Hδ+
δ+
δ+
• Dipol – Dipol - WW
• H-Brücken
• Hydratisierung
• 1L Wasser löst 700 L Ammoniak
• Unterdruck: NH3 (g) NH3 (aq)
δ-
δ-
δ-
Eigenschaften
+ H2O
Reaktion mit Phenolphthalein
• farblos bei pH 0 – 8,2• rot im Basischen ab pH 8,2• basische Reaktion von Ammoniak
in Wasser:NH3 (g) + H2O NH4
+ (aq)
+ OH-
(aq)
Eigenschaften
O
O
OH
OH
O
O
O
O
O
O
O
O
chinoide Form
lactoide Form (farblos) -
-
-
-
+ 2 OH- - H2O
+ 2 H+
2 -
2 -
Eigenschaften
Versuch 3
Nachweis von Ammoniak in Harnstoff
Eigenschaften
Zersetzung von Harnstoff
• Nachweis: Indikatorpapier
Eigenschaften
NH2
NH2
O NH2
OH
O
CO2 NH3
NH3+ H2O +
+
(g) (g)
(g)(s) (aq)
CarbamidsäureΔ
• Absorption von
Ammoniak in Wasser
• Weiterverarbeitung
zu Dünger
• gesunde Tiere
540.000 t Emission
Anwendung in der Landwirtschaft bei Stallluftreinigung
Eigenschaften
• Darstellung
• Eigenschaften
• Ammonium-Salze
• Nachweise
• Verwendung
• Schulrelevanz
Gliederung
Ammonium-Salze
• NH4Cl Lötsalz
• (NH4)2SO4 Kunstdünger
• NH4NO3 Sprengstoff
• (NH4)2CO3 Textilindustrie
• NH4HCO3 Hirschhornsalz
Salze
Versuch 4
Lewis-Säure-Base-Reaktion:
NH4Cl (aq) + NaOH (s) NH3 (g) + NaCl (aq) + H2O
NH3 (g) + HCl (g) NH4Cl (s) „Nebel“
Salze
Darstellung von Ammoniumchlorid
• Darstellung
• Eigenschaften
• Ammonium-Salze
• Nachweise
• Verwendung
• Schulrelevanz
Gliederung
Nachweise von Ammoniak
• HCl• Phenolphthalein • Indikatorpapier• Nesslers-Reagenz
• CuSO4
Nachweise
Nachweis mit Nesslers-Reagenz
Bildung des Nesslers-Reagenz
4 KI (aq) + HgCl2 (aq) K2[HgI4] (aq) + 2 KCl (aq)
Bildung des Iodids der Millonschen Base:
2 [HgI4]2-
(aq) + NH4+
(aq) + 4 OH- (aq) [Hg2N]I (aq)
+ 4 H2O + 7 I-
(aq)
Nachweise
Nachweise
[Hg2N]
N
Hg
Hg
Hg
N
N
N
HgN
Raumnetzstruktur:Anti-Cristobalit
+
+ ++
+
+
Versuch 5
Cu2+ (aq) + 6 H2O [Cu(H2O)6]2+
(aq)
Ligandenaustausch:
[Cu(H2O)6]2+
(aq) + 4 NH3 (aq) [Cu(NH3)4(H2O)2]2+
(aq) + 4 H2O
Nachweise
Nachweis von Ammoniak mit Kupfersulfat
2dz
Ligandenfeld
Cu2+: oktaedrisches Ligandenfeld: KZ 6
d9 Konfiguration: Jahn-Teller verzerrtes Oktaeder
dx - y
dxy dyz dxz
dyz dxz
dxy
dz
dx - y 22
2
22
Nachweise
Warum Ligandenaustausch?
• Ammoniak erzeugt stärkere Aufspaltung als Wasser
• Komplexbildungskonstanteeg
t2g
Nachweise
Δ dxy dxz
dxzdxy
dyz
dyz
dz
dz dx - y
dx - y
2 22
2 22
Komplexbildungskonstante
• MWG auf dieser Gleichgewichtsreaktion anwendbar:
• stufenweise Anlagerung der Liganden
KB =
• je größer Konstante, desto beständiger der Komplex.
[MLnm+]
[Mm+(aq)]
[L]n
__________
Nachweise
• Darstellung
• Eigenschaften
• Ammonium-Salze
• Nachweise
• Verwendung
• Schulrelevanz
Gliederung
Verwendung
20%
• Herstellung von
Chemikalien
• Industrie
80%
• Düngemittel
• Salpetersäure
• Salze
NH3 - Produktion
• Hydrazin
• Blausäure
• Polyamide
• Salze
• Sprengstoff
• Rauchgasreinigung
• Metallbearbeitung
• Kunstseide
• Farbstoffe
• Nylon
• Arzneimittel
• Kältetechnik
• Reinigungsmittel
ChemikalienIndustrie
Verwendung
Herstellung von Salpetersäure• Herstellung von Stickoxid nach dem Ostwald-Verfahren
durch katalytische Ammoniakverbrennung
4 NH3 (l) + 5 O2 (g) 4 NO (g) + 6 H2O (g)
• Reaktion mit Sauerstoff
2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g)
• Dimerisierung
2 NO2 (g) N2O4 (g)
• Zufuhr von Wasser
N2O4 (g) + 6 H2O HNO2 (aq) + HNO3 (aq)
0-3
0
+2
-2
0
+4
-2+2
-2
-2
-2+4
+5
+3
-2 -2 -2
Verwendung
kat.
Δ
• Leichte Zersetzung der salpetrigen Säure
3 HNO2 (aq) HNO3 (aq) + 2 NO (g) + H2O
• insgesamt
2 N2O4 (g) + H2O + O2 (g) 4 HNO3 (aq)
Gewinnung der Nitrate
• Umsetzung der entsprechenden Carbonate oder
Hydroxide mit Salpetersäure
+2
+5
+3
+5
0-2+4
-2
-2
-2-2
-2
Verwendung
Dünger
Organisch
• Pflanzenreste• Jauche • Gülle
Verwendung
Anorganisch
• Nitrate• Ammoniumsalz
e
Demo 1
Auswirkung von Dünger auf das Wachstum von Keimlingen
Verwendung
Dünger 1
enthaltene Ionen:
K+ (aq), Fe3+
(aq),
NH4+ (aq), Ca2+ (aq)
PO43-
(aq), SO42-
(aq),
Cl- (aq), NO3-
(aq)
Dünger 2
enthaltene Ionen:
K+ (aq), Fe3+
(aq),
Ca2+ (aq)
PO43-
(aq), SO42-
(aq),
Cl- (aq)
Verwendung
Stickstoffkreislauf
NO2-
(aq) + 8 H+ (aq) + 6 e- NH4
+ (aq) + 2 H2O
Stickstoff in der Pflanze
Nitratreduktase:
Nitritreduktase:
NO3-
(aq) + 2 H+ (aq) + 2 e- NO2
- (aq) + H2O
+5
+3
+3
-3
Verwendung
Bindung an Aminosäuren
O
O
O
O
NH3
O
NH2
O
O
NH3
Glutamat Glutamin
- -
-
+ NH4+
- 2 H+
ATP-Verbrauch+ +
Verwendung
Demo 2
Backen mit Hirschhornsalz
Verwendung
Backtriebmittel
• keine sauren Bestandteile• Lockerung von Flachgebäcken• würziger Geschmack
Thermische Zersetzung von NH4HCO3
NH4HCO3 (s) NH3 (g) + H2O + CO2 (g)
60 °C
Verwendung
• Darstellung
• Eigenschaften
• Ammonium-Salze
• Nachweise
• Verwendung
• Schulrelevanz
Gliederung
Schulrelevanz – G9
• 8.1.: Stoffe – Strukturen - Eigenschaften • 8.2.: Die chemische Reaktion • 10.2.: Säure, Laugen, Salze
Herstellung von Ammoniak und wässrigen Ammoniaklösungen
Stoffkreisläufe, Düngemittel• 11.1.: Redoxreaktionen • 13.1.: Katalyse• 13.2.: Wahlthema: Komplexchemie
Wahlthema: Angewandte Chemie
Ende