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V. Hauptgruppe – Überblick

Die 5. Hauptgruppe im Periodensystem, auch bekannt als Stickstoffgruppe, umfasst die Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut. Diese Elemente besitzen gemeinsam fünf Valenzelektronen und zeigen einen Übergang von Nichtmetallen zu Metallen. Erfahre mehr über ihre Eigenschaften und Modifikationen! Interessiert? Dies und vieles mehr findest du im folgenden Text.

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Inhaltsverzeichnis zum Thema V. Hauptgruppe – Überblick

5. Hauptgruppe – Chemie
- Was sind die Elemente der fünften Hauptgruppe?
- Wie heißt die 5. Hauptgruppe im Periodensystem?
5. Hauptgruppe – Eigenschaften
V. Hauptgruppe – Überblick – Zusammenfassung

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V. Hauptgruppe – Überblick

5. Hauptgruppe – Chemie

Die 5. Hauptgruppe bildet die 15. Gruppe des Periodensystems. Ihre Elemente besitzen fünf Valenzelektronen. In den folgenden Abschnitten sind die wichtigsten Informationen zur 5. Hauptgruppe zusammengefasst. Du erfährst auch, wie man die 5. Hauptgruppe noch nennt.

fünfte Hauptgruppe Periodensystem, Was haben die Elemente der 5 Hauptgruppe gemeinsam?

Was sind die Elemente der fünften Hauptgruppe?

Die 5. Hauptgruppe des PSE beinhaltet die Elemente:

Stickstoff $\ce{(N)}$
Phosphor $\ce{(P)}$
Arsen $\ce{(As)}$
Antimon $\ce{(Sb)}$
Bismut $\ce{(Bi)}$

Darunter zu finden sind sowohl Nichtmetalle als auch Halbmetalle und Metalle. Einige der Elemente treten in verschiedenen Modifikationen auf, die mehr oder weniger Metallcharakter haben können.

Wie heißt die 5. Hauptgruppe im Periodensystem?

Die 5. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente wird auch als Stickstoff-Hauptgruppe oder kurz Stickstoffgruppe bezeichnet. Alternativ kann auch die Bezeichnung Pentele verwendet werden.

5. Hauptgruppe – Eigenschaften

Was haben die Elemente der 5. Hauptgruppe gemeinsam? Die Elemente der 5. Hauptgruppe besitzen alle fünf Außenelektronen. Sie benötigen somit drei weitere Elektronen, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Die häufigsten Oxidationszahlen der 5. Hauptgruppe in Verbindungen sind $-III$, $+III$ und $+V$. In der folgenden Tabelle sind einige Eigenschaften der Elemente zusammengefasst:

	Stickstoff	Phosphor	Arsen	Antimon	Bismut
Symbol	N	P	As	Sb	Bi
Elektronenkonfiguration	[He] 2s² 2p³	[Ne] 3s² 3p³	[Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p³	[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³	[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p³
Schmelzpunkt in $\pu{°C}$	−210	44 (weiß)	633 (sublim.)	630	271
Dichte in $\pu{g//cm3}$	1,25 (Gas)	1,82 (weiß)	5,72	6,69	9,80
Aggregatzustand unter Normalbedingungen	gasförmig	fest	fest	fest	fest
Metallcharakter	nimmt zu $\ce{->}$
Säurestärke	nimmt ab $\ce{->}$

Metallcharakter der Elemente der 5. Hauptgruppe

Der Metallcharakter nimmt in der 5. Hauptgruppe von oben nach unten zu. Das erste Element ist der Stickstoff. Dieser ist ein typisches Nichtmetall und liegt unter Normalbedingungen gasförmig vor.

Phosphor kann in einigen verschiedenen Modifikationen auftreten. Es gibt weißen, roten, violetten und schwarzen Phosphor. Der schwarze Phosphor ist ein Halbleiter und hat metallischen Charakter. Die anderen Modifikationen sind nichtmetallisch.

Das Arsen tritt in zwei Modifikationen auf. Das gelbe Arsen ist ein Nichtmetall, während das graue Arsen metallischen Charakter hat.

Ähnlich ist es auch bei Antimon. Das schwarze Antimon hat keinen metallischen Charakter, das graue dafür schon.

Das letzte Element in der Gruppe, Bismut, ist ein typisches Metall.

Schmelzpunkt und Dichte der Elemente der 5. Hauptgruppe

Die Schmelztemperatur nimmt entlang der Gruppe keinen linearen Verlauf. Vom Stickstoff mit einem Schmelzpunkt von $\pu{-210 °C}$ zum weißen Phosphor, bei dem es schon $\pu{44 °C}$ sind, gibt es einen großen Sprung. Einen weiteren großen Sprung gibt es dann von der Schmelztemperatur des Phosphors zu der Sublimationstemperatur des Arsens, die $\pu{633 °C}$ beträgt. Die Schmelztemperatur des Antimons von $\pu{360 °C}$ ähnelt der Sublimationstemperatur des Arsens. Zuletzt gibt es dann noch einen kleinen Sprung zu niedrigeren Temperaturen, denn das Bismut hat einen Schmelzpunkt von $\pu{271 °C}$.

Die Dichte nimmt in der 5. Hauptgruppe von oben nach unten deutlich zu.

Säurestärke der Elemente der 5. Hauptgruppe

Die Element(V)-oxide der 5. Hauptgruppe, also die Sauerstoffverbindungen, in denen das Element die Oxidationszahl $+V$ hat, reagieren mit Wasser $\ce{H2O}$ zu Säuren.

Stickstoff:
$\ce{\underset{Distickstoffpentoxid}{N2O5} + H2O -> \underset{Salpetersäure}{2 HNO3}}$
Phosphor:
$\ce{\underset{Phosphorpentoxid}{P2O5} + 3 H2O -> \underset{Phosphorsäure}{2 H3PO4}}$
Arsen:
$\ce{\underset{Diarsenpentoxid}{As2O5} + 3 H2O -> \underset{Arsensäure}{2 H3AsO4}}$
Antimon:
$\ce{\underset{Diantimonpentoxid}{Sb2O5} + 3 H2O -> \underset{Antimonsäure}{2 H3SbO4}}$
Bismut:
$\ce{\underset{Dibismutpentoxid}{Bi2O5} + H2O -> \underset{Bismutsäure}{2 HBiO3}}$

Die Säurestärke der gebildeten Säuren nimmt entlang der Gruppe von oben nach unten ab. Sogar so sehr, dass die Bismutsäure nicht stabil ist. Dies liegt daran, dass die Oxidationsstufe $+V$ mit steigender Ordnungszahl in dieser Gruppe zunehmend instabiler wird.

V. Hauptgruppe – Überblick – Zusammenfassung

Die 5. Hauptgruppe, auch Stickstoffgruppe genannt, umfasst die Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut. Alle Elemente dieser Gruppe besitzen fünf Valenzelektronen. In dieser Gruppe gibt es einen fließenden Übergang vom Nichtmetall zum Metall. Die Elemente der 5. Hauptgruppe, insbesondere der Phosphor, haben einige verschiedene Modifikationen.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zur 5. Hauptgruppe, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!

Guten Tag und herzlich willkommen. Wir befassen uns heute mit Stickstoff, mit Phosphor, mit Arsen, mit Antimon und mit Bismut. Diese chemischen Elemente bilden die Stickstoffgruppe des Periodensystems der Elemente. Es ist die 5te Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Heute wollen wir uns einen 1ten Überblick verschaffen. Zuerst etwas über Namen und Herkunft dieser Namen. Das chemische Symbol N entspricht dem chemischen Element Stickstoff. Es leitet sich ab vom lateinischen Nitrogenium. Das bedeutet Salpeterbildner. Das chemische Symbol P entspricht dem chemischen Element Phosphor. Das leitet sich ab vom lateinischen Begriff phosphorus. Das heißt Lichtträger. Das chemische Symbol As steht für das chemische Element Arsen. Das leitet sich ab vom griechischen arsenikon. Das bedeutet Auripigment, ein Mineral. Das chemische Symbol Sb steht für das chemische Element Antimon. Das leitet sich ab vom lateinischen stibium. Das bedeutet Grauspießglanzschminke. Das chemische Symbol Bi steht für das chemische Element Bismut. Dieser Name leitet sich ab vom lateinischen bismutum. Wahrscheinlich entstand er aus der Bezeichnung unter der Wiese gemutetes Erz. Nun ein Brainstorming. Ich möchte 3 Begriffe nennen, die mir zu den Elementen spontan einfallen. Stickstoff N. Luft, Dünger, Ammoniaksynthese. Phosphor P. Reibflächen der Zündhölzer, Dünger, DNA. Arsen As. Nichtmetall, Auripigment, ein Mineral und Arsenik. Das giftige Oxid des Arsens. Antimon Sb. Halbmetall, verschiedene Modifikationen, Erscheinungsformen metallisch, nicht metallisch und Legierungen. Bismut Bi. Metall, schwer, die Wismut, wo Uranerz gefördert wurde, im Osten Deutschlands bei Aue. Als Nächstes wollen wir den Metallcharakter der chemischen Elemente betrachten. Stickstoff N ist ein Gas und damit ein typisches Nichtmetall. Phosphor P tritt in den Modifikationen Weiß, Rot und Schwarz auf. Arsen As gibt es in der gelben und in der grauen Modifikation. Antimon Sb gibt es in den Modifikationen schwarz und grau. Bismut ist rötlich, silberglänzend. Die schwarze Modifikation des Phosphors trägt metallischen Charakter. Die graue Modifikation des Arsens ist ebenfalls metallisch. Das graue Antimon hat ebenfalls metallische Eigenschaften. Bismut ist ein typisches Metall. Der Metallcharakter der Elemente der 5ten Hauptgruppe nimmt von oben nach unten zu. Betrachten wir nun die Schmelztemperaturen in Grad Celsius. Stickstoff schmilzt sehr niedrig, bei -210 °C. Weißer Phosphor schmilzt bei 44 °C. Arsen supplimiert bei 633 °C. Antimon schmilzt bei 630 °C. Bismut schmilzt relativ niedrig, bereits bei 271 °C. Die qualitative Schmelzpunktkurve kann man etwa so darstellen. Sehr niedrig vom Stickstoff, höher zum Phosphor, noch höher zum Arsen, Antimon und wieder fallend zum Bismut. Je weiter rechts sich diese Kurve befindet, umso höher ist die Schmelztemperatur. Kommen wir nun zur Dichte in Gramm pro Kubikcentimeter. Fester Stickstoff hat eine relativ geringe Dichte. Von weniger als 1. Die weiße Modifikation des Phosphors ist fast 2mal schwerer als Wasser. Arsen hat bereits eine Dichte, die größer als 5 ist. Zum Antimon nimmt die Dichte weiter zu. Und Bismut hat eine Dichte von fast 10. Das ist die Dichte eines typischen Schwermetalls. Wir stellen fest, dass die Dichten innerhalb der 5ten Hauptgruppe von oben nach unten zunehmen. Betrachten wir zum Abschluss noch eine chemische Eigenschaft. Das Verhalten der Element 5 Oxide. Es handelt sich hier um Oxide der Elemente, in denen das Element die Wertigkeit 5 hat. Wir betrachten wie diese Oxide mit Wasser zu Säuren reagieren und vergleichen die Stärken dieser Säuren. N^2O⁵+H^2O reagieren zu 2HNO³. Das ist Salpetersäure. P^2O⁵+3H^2O reagieren zu 2H^3PO⁴. Das ist Phosphorsäure. AsO⁵+3H^2O reagieren zu 2H^3AsO⁴. Das ist Arsensäure. Sb^2O⁵+3H^2O reagieren zu 2H^3SbO⁴. Das ist Antimonsäure. Die Bismutsäure ist nicht stabil. Daher setze ich sie in Klammern. HBiO³. Die Säurestärke nimmt von oben nach unten ab. Das sollte für einen ersten Einblick genügen. Alles Gute und auf Wiedersehen.

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Die Autor*innen

André Otto

V. Hauptgruppe – Überblick

lernst du in der 7. Klasse - 8. Klasse

V. Hauptgruppe – Überblick Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video V. Hauptgruppe – Überblick kannst du es wiederholen und üben.

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.

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