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Ammoniak

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)

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Ammoniak

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Presentation Transcript

  1. Ammoniak

  2. Gliederung • Darstellung • Eigenschaften • Ammonium-Salze • Nachweise • Verwendung • Schulrelevanz

  3. Gliederung • Darstellung • Eigenschaften • Ammonium-Salze • Nachweise • Verwendung • Schulrelevanz

  4. Darstellung Darstellung von Ammoniak • Rothe-Frank-Caro (Gewinnung aus Kalkstickstoff) • Serpek-Verfahren (Hydrolyse von Nitriden) • Haber-Bosch-Verfahren (aus den Elementen) • Labor: • Ammoniumsalze + Natronlauge Großtechnisch:

  5. Darstellung Versuch 1 Das Haber-Bosch Verfahren

  6. Darstellung Das Haber-Bosch-Verfahren Darstellung aus den Elementen N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)ΔH = - 92,5 kJ 0 0 -3 +1 Nobelpreis Produktion:120 mio. t/Jahr Fritz Haber (1868-1934) Carl Bosch (1874-1940)

  7. Darstellung Prinzip von Le Chatelier Hohe Ausbeute: • je niedriger die Temperatur • je höher der Druck • Kompromiss zwischen günstiger Gleichgewichtslage und hoher Reaktionsgeschwindigkeit Ammoniakanteile im GG

  8. Darstellung Reaktionsgeschwindigkeit • je höher die Temperatur, desto schneller GG • Hohe Aktivierungsenergie durch Dreifachbindung • entropisch ungünstig • Verwendung eines geeigneten Katalysators

  9. Darstellung Katalysator N2 H2 • Heterogenes System aus Kat. • und Gasmolekülen • Adsorption und Dissoziation • Anlagerung • Desorption Fe-Insel

  10. 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

  11. Darstellung Promotoren Al2O3: struktureller Promotor K2O: elektronischer Promotor CaO: Stabilisierung der Makrostruktur Stabilisierung der Struktur und Verbesserung der Aktivität des Katalysators

  12. Darstellung Ausbeute: ca. 18 %

  13. Darstellung 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 0 0 -3 +1

  14. Gliederung • Darstellung • Eigenschaften • Ammonium-Salze • Nachweise • Verwendung • Schulrelevanz

  15. Eigenschaften Eigenschaften von Ammoniak • pyramidenförmig, Bindungswinkel 107° • farblos, riecht stechend, giftig, ätzend • Smp. –78°C, Sdp. –33°C • Bildung von H-Brücken • Inversion δ- δ+

  16. 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

  17. Eigenschaften Versuch 2 Löslichkeit von Ammoniak in Wasser - Der „Springbrunnen“ -

  18. Eigenschaften • Dipol – Dipol - WW • H-Brücken • Hydratisierung • 1L Wasser löst 700 L Ammoniak • Unterdruck: NH3 (g)NH3 (aq) + H2O δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ-

  19. Eigenschaften 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)

  20. Eigenschaften - 2- + 2 OH- - H2O - + 2 H+ lactoide Form (farblos) 2- - - chinoide Form

  21. Eigenschaften Versuch 3 Nachweis von Ammoniak in Harnstoff

  22. Eigenschaften Zersetzung von Harnstoff • Nachweis: Indikatorpapier Carbamidsäure Δ + H2O + (g) (s) (aq) + (g) (g)

  23. Eigenschaften Anwendung in der Landwirtschaft bei Stallluftreinigung 540.000 t Emission • Absorption von • Ammoniak in Wasser • Weiterverarbeitung • zu Dünger • gesunde Tiere

  24. Gliederung • Darstellung • Eigenschaften • Ammonium-Salze • Nachweise • Verwendung • Schulrelevanz

  25. Salze Ammonium-Salze • NH4Cl Lötsalz • (NH4)2SO4 Kunstdünger • NH4NO3 Sprengstoff • (NH4)2CO3 Textilindustrie • NH4HCO3 Hirschhornsalz

  26. Salze Versuch 4 Darstellung von Ammoniumchlorid Lewis-Säure-Base-Reaktion: NH4Cl (aq) + NaOH (s) NH3 (g) + NaCl (aq) + H2O NH3 (g) + HCl (g) NH4Cl (s) „Nebel“

  27. Gliederung • Darstellung • Eigenschaften • Ammonium-Salze • Nachweise • Verwendung • Schulrelevanz

  28. Nachweise Nachweise von Ammoniak • HCl • Phenolphthalein • Indikatorpapier • Nesslers-Reagenz • CuSO4

  29. Nachweise Nachweis mit Nesslers-Reagenz Bildung des Nesslers-Reagenz4 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)

  30. Nachweise [Hg2N] + + + + + + Raumnetzstruktur:Anti-Cristobalit

  31. Nachweise Versuch 5 Nachweis von Ammoniak mit Kupfersulfat 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)+ 4H2O

  32. Nachweise Ligandenfeld Cu2+: oktaedrisches Ligandenfeld: KZ 6 d9 Konfiguration: Jahn-Teller verzerrtes Oktaeder dx - y 2 2 dz dx - y 2 2 2 dz 2 dxy dxy dxz dyz dxz dyz

  33. Nachweise Warum Ligandenaustausch? • Ammoniak erzeugt stärkere Aufspaltung als Wasser • Komplexbildungskonstante eg dz dx - y 2 2 2 Δ dxy dxz dyz dz dx - y 2 2 2 dxy dxz dyz t2g

  34. Nachweise Komplexbildungskonstante • MWG auf dieser Gleichgewichtsreaktion anwendbar: • stufenweise Anlagerung der Liganden • KB = • je größer Konstante, desto beständiger der Komplex. [MLnm+] __________ [Mm+(aq)] [L]n

  35. Gliederung • Darstellung • Eigenschaften • Ammonium-Salze • Nachweise • Verwendung • Schulrelevanz

  36. Verwendung NH3 - Produktion • 20% • Herstellung von • Chemikalien • Industrie • 80% • Düngemittel • Salpetersäure • Salze

  37. Verwendung Industrie Chemikalien • Hydrazin • Blausäure • Polyamide • Salze • Sprengstoff • Rauchgasreinigung • Metallbearbeitung • Kunstseide • Farbstoffe • Nylon • Arzneimittel • Kältetechnik • Reinigungsmittel

  38. 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) -3 0 +2 -2 -2 Δ kat. 0 +2 -2 0 +4 -2 +4 -2 -2 +3 -2 +5 -2

  39. Verwendung • 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 +3 -2 +5 -2 +2 -2 +4 -2 -2 0 +5 -2

  40. Verwendung Dünger Organisch • Pflanzenreste • Jauche • Gülle • Anorganisch • Nitrate • Ammoniumsalze

  41. Verwendung Demo 1 Auswirkung von Dünger auf das Wachstum von Keimlingen 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)

  42. Verwendung Stickstoffkreislauf

  43. Verwendung Stickstoff in der Pflanze Nitratreduktase: +5 +3 NO3- (aq) + 2 H+ (aq) + 2 e- NO2-(aq)+ H2O Nitritreduktase: +3 -3 NO2- (aq) + 8 H+ (aq) + 6 e- NH4+ (aq) + 2 H2O

  44. Verwendung Bindung an Aminosäuren ATP-Verbrauch + + + NH4+ - - - 2 H+ - Glutamat Glutamin

  45. Verwendung Demo 2 Backen mit Hirschhornsalz

  46. Verwendung Backtriebmittel • keine sauren Bestandteile • Lockerung von Flachgebäcken • würziger Geschmack Thermische Zersetzung von NH4HCO3 NH4HCO3 (s) NH3 (g) + H2O + CO2 (g) 60 °C

  47. Gliederung • Darstellung • Eigenschaften • Ammonium-Salze • Nachweise • Verwendung • Schulrelevanz

  48. 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

  49. Ende

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