V. Hauptgruppe – Überblick 07:01 min
Transkript V. Hauptgruppe – Überblick
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. N2O5+H2O reagieren zu 2HNO3. Das ist Salpetersäure. P2O5+3H2O reagieren zu 2H3PO4. Das ist Phosphorsäure. AsO5+3H2O reagieren zu 2H3AsO4. Das ist Arsensäure. Sb2O5+3H2O reagieren zu 2H3SbO4. 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.
Videobeschreibung
Namen (Herkunft), Brainstorming, Metallcharakter, Schmelztemperatur, Dichte und das Verhalten der Element (V) -oxide mit Wasser werden gegenüber gestellt.
Der Tutor:
Dr. rer. nat.
V. Hauptgruppe – Überblick
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 ($H_3AsO_4$).
-
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).
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.
1 Kommentar
Gutes. Video