V. Hauptgruppe – Überblick

V. Hauptgruppe – Überblick Übung

• Bestimme die Eigenschaften und Verwendungen zu folgenden Elementen.

  Tipps

  Stickstoff ist zu großen Anteilen in der Umgebungsluft enthalten. Wie muss dann sein Aggregatzustand sein?

  Lösung

  Phosphor und Stickstoff sind die bekanntesten Elemente der V. Hauptgruppe.

  Stickstoff ist bei Raumtemperatur ein Gas. Sein Siedepunkt liegt bei -210 °C. Stickstoff kommt molekular als $N_2$ vor. Unsere Umgebungsluft besteht zu einem großen Anteil von über 78 % aus Stickstoff. Industriell ist er besonders für die Ammoniaksynthese von großer Bedeutung.

  Phosphor dagegen ist bei Raumtemperatur ein Feststoff und schmilzt erst bei 44 °C. Weißer Phosphor liegt elementar als Tetramer $P_4$ vor. Verwendung findet Phosphor z.B. in der Herstellung von Zündhölzern.

• Formuliere die Reaktionsgleichungen der Oxide mit Wasser.

  Tipps

  In den Oxiden und Säuren liegen die Elemente in der Oxidationsstufe V vor.

  Lösung

  Die Elemente der V. Hauptgruppe lassen sich oxidieren. Ihre höchste Oxidationsstufe ist +V. Es bilden sich $N_2O_5, P_2O_5$ und $As_2O_5$. Wenn diese Oxide nun mit Wasser reagieren, dann bilden sich die Säuren:

  • Salpetersäure ($HNO_3$),
  • Phosphorsäure ($H_3PO_4$) und
  • Arsensäure ($H_3AsO_4$).

  Die Formeln ergeben sich durch Addition der Wassermoleküle an die Oxide. Die Säurestärke nimmt in der Hauptgruppe von oben nach unten ab.

• Erkläre die Bedeutung von Phosphor in Streichhölzern.

  Tipps

  Abgebildet ist ein Sicherheitsstreichholz. Der Phosphor spielt eine wichtige Rolle zum Entzünden.

  Was benötigen Streichhölzer unbedingt zum Entzünden?

  Lösung

  Sicherheitsstreichhölzer lassen sich nur mit der entsprechenden Reibefläche an der Schachtel entzünden. Wenn du ein Streichholz an einer Mauer entlang reibst, dann wird es sich nicht entzünden.

  Damit es sich entzündet, sind zwei Chemikalien wichtig. Der Zündkopf enthält Kaliumchlorat, ein gutes Oxidationsmittel. Der Phosphor befindet sich auf der Reibefläche. Wird nun der Zündkopf an der Reibefläche entlanggezogen, läuft eine stark exotherme Reaktion ab und das Holz beginnt zu brennen.

  $5~KClO_3 + 6~P \rightarrow 5~KCl + 3~P_2O_5$

• Bestimme die Elemente der V. und VI. Hauptgruppe.

  Tipps

  Das Periodensystem ist nach Ordnungszahlen sortiert. Die Elemente der VI. Hauptgruppe haben also eine um 1 höhere Ordnungszahl als die der V. Hauptgruppe.

  Lösung

  Zu den Elementen der V. Hauptgruppe gehören:

  • Stickstoff (N),
  • Phosphor (P),
  • Arsen (As),
  • Antimon (Sb) und
  • Bismut (Bi).

  Die Elemente im Periodensystem sind aufsteigend nach Anzahl der Protonen und Elektronen angeordnet. Diese kannst du an der Ordnungszahl ablesen. Wasserstoff hat ein Elektron und damit die Ordnungszahl 1. Dann kommt Helium mit zwei Elektronen und der Ordnungszahl 2.

  Wenn Stickstoff also die Ordnungszahl sieben hat, dann muss das Element der VI. Hauptgruppe, welches neben ihm liegt, die Ordnungszahl 8 haben. Genau so ist es auch, neben Stickstoff liegt Sauerstoff mit der Ordnungszahl 8. In die VI. Hauptgruppe gehören damit die Elemente:

  • Sauerstoff (O),
  • Schwefel (S),
  • Selen (Se),
  • Tellur (Te) und
  • Polonium (Po).

• Ergänze die Formelzeichen zu folgenden Elementen.

  Tipps

  Sieh dir die Hauptgruppenelemente im Periodensystem etwas genauer an.

  Lösung

  Im Periodensystem der Elemente findest du die Formelzeichen der Elemente. Um dich schnell zurechtzufinden, musst du also wissen, welches Element sich hinter welchem Formelzeichen verbirgt.

  Einige Formelzeichen kannst du dir gut merken, weil sie der deutschen Bezeichung ähnlich sind, so wie Br für Brom oder P für Phosphor. Andere lassen sich nicht so leicht ableiten, da die griechischen oder lateinischen Bezeichnungen stark von den deutschen abweichen (O für Sauerstoff und N für Stickstoff). Diese musst du dann einfach lernen.

• Benenne die folgenden Stickstoffverbindungen.

  Tipps

  Lachgas wird systematisch auch als Distickstoffmonoxid bezeichnet.

  Lösung

  Stickstoff tritt in vielen Verbindungen auf. Die Salpetersäure $HNO_3$ und Ammoniak $NH_3$ kennst du vielleicht schon. Säuren, die nicht die maximale Anzahl an Sauerstoffatomen besitzen, werden in der Regel mit der Endung -ige kenntlich gemacht, in diesem Fall also die salpetrige Säure $HNO_2$, die nur zwei Sauerstoffatome besitzt.

  Manche Namen lassen sich systematisch gut erkennen. Im Stickstoffdioxid $NO_2$ müssen also ein Atom Stickstoff und zwei Atome Sauerstoff enthalten sein. Andere Verbindungen haben Trivialnamen, wie das Lachgas $N_2O$, woraus sich die Formel nicht erkennen lässt.