книги / Struktur und Bindung

In eine Gasentwicklungsapparatur (100-ml-Erlenmeyerkolben, Tropftrichter, Gasableitung, Druckausgleich - Skizze anfertigen und vorzeigen!) werden einige Spatelspitzen Aluminiumcarbid gegeben, auf das man Wasser tropfen läßt.

a)Ein Teil des entweichenden Gases wird pneumatisch in einem Reagenzglas aufgefangen und entzündet. Nach dem Verbrennen wird wenig Kalkwasser in das Reagenzglas gegeben und ge­ schüttelt.

b)Ein anderer Teil des Gases wird entzündet (Vorsicht! Apparatur muß luftfrei sein!) und dann eine glasierte, mit Wasser gefüllte Porzellanschale in die Flamme gehalten.

•Von welcher Säure und welcher Base leitet sich das »Salz« Aluminiumcarbid ab?

•Welcher Reaktionstyp liegt bei der Umsetzung vor?

Versuch 7.75

In die Gasentwicklungsapparatur von Versuch 7.74 gibt man etwas Calciumcarbid und läßt Was­ ser zutropfen.

a)-* Versuch 7.74a),

b)—> Versuch 7.74b),

c)Der Gasstrom wird in eine Lösung von wenig Brom in Eisessig geleitet.

d)Der Gasstrom wird in wenig ammoniakalische AgN03-Lösung geleitet (Vorsicht! Reaktions­ produkt ist im trockenen Zustand explosiv!).

•Warum ist der in der Literatur gewöhnlich zu findende Name Calciumcarbid hier unzweck­ mäßig gewählt?

Die dem Methan analogen Verbindungen des Siliciums, Germaniums, Zinns und Bleis existieren ebenfalls, sind aber wesentlich instabiler und reaktionsfähiger.

•Begründen Sie, in welcher Reihenfolge die Stabilität abnimmt!

Versuch 7.76

In einem trockenen Reagenzglas wird ein Gemisch aus etwa 1 g Magnesiumpulver und 0,5 g ge­ fällter trockener Kieselsäure (bzw. Siliciumdioxid) kräftig erhitzt.

Nach dem Erkalten wird das Glas zerschlagen und das Reaktionsprodukt in ein unter dem Abzug stehendes Schälchen mit konz. HCl geworfen. Beobachten Sie das Verhalten der aufsteigenden Gasblasen!

Von Silicium und Germanium sind darüber hinaus auch einige den aliphatischen Kettenkohlen­ wasserstoffen analoge Verbindungen bekannt, jedoch nur bis zu einer sehr begrenzten Zahl von Siliciumbzw. Germaniumatomen in der Kette (beim Silicium bis Si6Hx4, beim Germanium bis

GejHjo).

Halogenverbindungen

•Schreiben Sie die wichtigsten Halogenverbindungen der Elemente der 4. Hauptgruppe auf!

Versuch 7.77

Geben Sie je einen Tropfen CCI4 und SiCl4 in ein Reagenzglas mit Wasser (Vorsicht beim Um­ gang mit SiCU!) Worauf ist das unterschiedliche Verhalten Zurückzufuhren?

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•Welche Eigenschaften besitzen SnCl4 und PbCl4?

•Wie ändert sich die Beständigkeit derTetrachloride innerhalb der4. Hauptgruppe? Geben Sie eine Begründung!

Si02 (unddamit auch Glasgefäße) wird von HFund seinen wäßrigenLösungenunterBildung von SiF4 angegriffen. Im folgenden Versuch wird HF aus CaF2 und konz. H2S04 hergestellt und mit Si02 zurReaktion gebracht.

EineSpatelspitze Si02-Pulver wird in einem Bleitiegel mit etwa einemViertel derMenge an CaF2 vermischt und konz. H2S04 zugegeben. Der Tiegel wird mit einem durchbohrten Bleideckel ver­ schlossen, dessen Öffnung mit einem Stück angefeuchtetem schwarzem Filterpapier bedeckt ist. Nach schwachem Erwärmen (Wasserbad!) und evtl. Nachfeuchten des Papiers bildet sich an sei­ ner Unterseite ein weißer Fleck, der mit dem Mikroskop betrachtet wird und im Aussehen der Anhäufung vieler »Schneebälle« gleicht.

•Warum wird Versuch 7.78 mit einem Si02-Überschuß gegenüber CaF2 durchgefuhrt? Beach­ ten Sie, daß SiF4 in Gegenwart von F"-Ionen im Überschuß [SiF6]2_-Ionen bilden kann. Formulieren Sie die ablaufenden Reaktionen, wenn CaF2 im Überschuß vorliegt!

•Vergleichen Sie Bindungscharakter, Struktur und physikalische Eigenschaften von PbF2 und PbF4!

Analysieren Sie ein unbekanntes Substanzgemisch, das die Ionen Na+, K+, Sn2+/Sn4+, Pb2+/Pb4+, SiOf“, CI", C032", S024~, NOJ' enthalten kann.

7.6.Stickstoffgruppe (5. Hauptgruppe)

(-> LB 2, Abschn. 18.)

Elemente und Sauerstoffverbindungen

Stickstoffals erstes Element der Gruppe ist im Unterschied zu seinen höheren Homologen unter Normalbedingungen gasförmig und liegt als zweiatomiges Molekül vor.

Phosphor, Arsen und Antimon existieren in verschiedenen Modifikationen.

•Stellen Sie die allotropen Modifikationen der Elemente der 5. Hauptgmppe tabellarisch zu­ sammen!

•Informieren Sie sich über die Strukturen des weißen und des roten Phosphors!

•Was ist als Ursache der großen Reaktionsfähigkeit des weißen Phosphors anzusehen?

Entsprechend der Zunahme des Metallcharakters in einer Gruppe zeigt Bismut ausgeprägt metal­ lische Eigenschaften.

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Versuch 7.80

Einige Milliliter einer konz. NH4C1-Lösung werden mit der gleichen Menge einer konz. KN02-Lösung in einem Reagenzglas miteinander vermischt und erwärmt, bis eine Gasentwick­ lung eintritt. In den Gasraum des Reagenzglases wird ein brennender Span gehalten.

• Welcher Sonderfall einer Redoxreaktion liegt hier vor?

Die hohe Elektronegativität des Stickstoffs befähigt ihn, mit Alkaliund Erdalkalimetallen Ver­ bindungen salzartigen Charakters zu bilden.

•Welche Eigenschaften sind zu erwarten, wenn Stickstoffmit weniger elektropositiven Elemen­ ten der 3. Hauptgruppe (z. B. Bor) reagiert?

Hinweis: Die resultierende Verbindung ist isoelektronisch mit Kohlenstoff.

Pin kleiner Eisentiegel (Höhe etwa 4 cm, lichte Weite etwa 5 cm) wird zu y mit Magnesiumpul­

ver gefüllt und mit einer Asbestscheibe verschlossen, in die zuvor ein kleines Loch gebohrt wurde.

Der Tiegel mit Inhalt wird so in das Loch einer größeren Asbestscheibe gesetzt, daß der Tiegel zum größeren Teil unten herausragt. Danach wird er mit einer seitlich auf ihn gerichteten Geblä­ seflamme erhitzt (Schutzbrille!) und von Zeit zu Zeit gedreht. In Ermangelung eines Gebläses kann auch ein gut funktionierender Teclu-Brenner benutzt werden. Nach beendeter Reaktion (etwa 15 Minuten) läßt man den Tiegel erkalten, legt den Kern des Reaktionsgemisches frei (der Außenmantel wird verworfen) und bewahrt diesen für Versuch 7.109 auf (ggf. in einem trockenen Substanzglas, das gut verschlossen wird). Man kann den Versuch auch so durchfuhren, daß man einen Magnesiumpreßling - hergestellt aus Pulver oder feinen Spänen - auf eine feuerfeste Un­ terlage legt und mit dem Bunsenbrenner zündet. Der Preßling glüht dann selbständig durch.

•Von welcher Säure und von welcher Base läßt sich der im vorangehenden Versuch entstan­ dene Stoff ableiten?

Versuch 7.82

Untersuchen Sie die Löslichkeit von rotem Phosphor in Schwefelkohlenstoff (wenig Phosphor und maximal 1 ml CS2 verwenden - Abzug).

•Wie verhält sich weißer Phosphor gegenüber CS2? Worauf ist der Unterschied zurückzufiihren?

Versuch 7.83

Auf eine Spatelspitze roten Phosphor, der sich in einem Reagenzglas befindet, wird etwa 1 ml konz. HN03 gegeben. Gegebenenfalls ist gelinde zu erwärmen (Schutzbrille!). Führen Sie den Versuch unter dem Abzug durch, da nitrose Gase entstehen:

y P 4 + 2 HjO++5 N03PO}' + 5 N02 + 3 H20 .

Weisen Sie die gebildeten Phosphationen nach der Vorschrift des Versuches 7.94 nach!

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gleiche Ziel erreicht man auch mit einer 10%igen Harnstofflösung, (H2N)2CO, die mit verd. HCl angesäuert ist.

Versuch 7.89 Nitritnachweis nach Lunge

Ein Körnchen NaN02 wird in 1 ml Wasser gelöst und mit 2 Tropfen verd. Essigsäure angesäuert. Zu dieser Lösung werden 2 Tropfen essigsaurer Sulfanilsäurelösung (0,5 g Sulfanilsäure in 150 ml 10%iger Essigsäure) und nach Erwärmen 2 Tropfen 0,3%iger «-Naphthylaminlösung zugegeben. Vorsicht beim Umgang mit a-Naphthylamin!

Hinweis: Diese Reaktion ist eine typische Umsetzung der organischen Chemie, die sogenannte »Azokupplung«, die nach folgendem Schema abläuft:

a-Naphthylamin Azofarbstoff

Versuch 7.90

Erhitzen Sie in einem Glühröhrchen je eine Spatelspitze Pb(N03)2 und KN03. Mit einem glühen­ den Holzspan prüfe man die entweichenden Gase. Der aus KN03 erhaltene Rückstand wird nach Versuch 7.87 oder 7.89 auf Nitrit geprüft.

Versuch 7.91

Etwa 2 Spatelspitzen KN03 werden in einem Reagenzglas mit konz. H2S04 erwärmt (Vorsicht!). Prüfen Sie die Dämpfe mit Unitestpapier. Beobachten Sie die Farbe der entweichenden Dämpfe.

Versuch 7.92 Nitratnachweis nach Lunge

Ein Körnchen KN03 wird in 1 ml 5 M Essigsäure gelöst; zu der Lösung wird eine Spatelspitze Zinkpulver gegeben. Die klare Lösung (evtl, filtrieren!) wird nach Versuch 7.89 weiterbehandelt.

Zum Nachweis der NOf-Ionen dient auch die Ringreaktion (—> Versuch 6:35). Beachten Sie, daß ein zuverlässiger Nitratnachweis nur bei Abwesenheit von Nitrit möglich ist (—> Versuch 7.88)!•

•Begründen Sie die unterschiedliche Oxydationskraft der Säuren HN02 bzw. HN03 im Ver­ gleich zu den Ionen N02 bzw. N03”!

•Informieren Sie sich über die Oxide und Hydroxidverbindungen der anderen Elemente der 5. Hauptgruppe gründlich im LB 2, und führen Sie erst dann die folgenden Versuche durch!

Versuch 7.93

Auf den Deckel eines Porzellantiegels wird wenig roter Phosphor gegeben und nach dem Entzün­ den (Abzug!) ein Glastrichter so über den Deckel gestülpt, daß noch eine Luftzufuhr von unten her möglich ist.

Sobald die Verbrennung beendet ist, entfernt man den Trichter und spült die an der Trichterwan­ dung haftende Substanz mit Wasser in ein untergestelltes Becherglas. Die entstandene Lösung

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Versuch 7.108

Zu einer lodlösung, die mit etwas Natriumhydrogencarbonat leicht alkalisch gemacht wurde, wird Hydraziniumsulfat gegeben.

Eine weitere Wasserstoffverbindung des Stickstoffs ist die Stickstoffwasserstoffsäure mit einem pK-Wert von etwa 5. Ihre Schwermetallsalze zersetzen sich bei Erhitzen, Schlag oder Stoß explo­ sionsartig.

•Welche Substanzformel besitzt Bleiazid?

•Wo finden Schwermetallazide Verwendung?

•Erklären Sie, warum Natriumazid eine relativ stabile Verbindung ist!

Phosphide werden analog den Nitriden durch Wasser unter Freisetzung von PH3 hydrolysiert. PH3 zeigt ähnliches Verhalten wie NH3. Seine größere Unbeständigkeit kommt darin zum Aus­ druck, daß es sich bereits bei wesentlich niedrigerer Temperatur (150 °C) als NH3 entzündet.

Versuch 7.109

Eine Spatelspitze Ca3(P04)2 wird mit der gleichen Menge Magnesiumpulver vermischt, im Rea­ genzglas zum Glühen erhitzt, das erkaltete Reaktionsprodukt mit dem Reagenzglas im Mörser zerkleinert, auf ein Uhrglas gegeben und mit Wasser angefeuchtet. Darüber hält man feuchtes Unitestpapier und führt außerdem eine Geruchsprobe durch (—» Versuch 7.81).

Hinweis: Phosphin ist ein stark giftiges Gas! Arbeiten Sie unter dem Abzug!

•Wie verändert sich die Acidität der Wasserstoffverbindungen innerhalb der 5. Gruppe?

Die zunehmende Unbeständigkeit der Wasserstoffverbindungen mit steigender Ordnungszahl des Elementes wird zum analytischen Nachweis von Arsenund Antimonverbindungen genutzt.

Versuch 7.110 Marshsche Probe

In ein Reagenzglas gibt man etwas granuliertes Zink, eine Spatelspitze Arsen(III)-oxid, 5 ml verd. H2S04 und einige Tropfen CuS04-Lösung.

Das Glas wird mit einem einfach durchbohrten Gummistopfen, in dessen Öffnung sich ein zu einer Spitze ausgezogenes Glasrohr befindet, verschlossen, der Reagenzglasinhalt vorsichtig er­ wärmt und das entstehende Gas nach negativem Ausfall der Knallgasprobe entzündet.

In die Flamme hält man eine kalte Porzellanschale und bewegt diese langsam weiter. Der ent­ standene Beschlag wird mit alkalischer H20 2-Lösung betupft.

Hinweis: Der Versuch ist unbedingt unter dem Abzug durchzuführen! Die CuS04-Lösung hat die Aufgabe, einer häufig eintretenden Hemmung bei der Entwicklung des Wasserstoffs (Überspannung) entgegenzutreten.

Versuch 7.111

Wiederholen Sie Versuch 7.110 mit Antimon(III)-oxid anstelle von Arsen(III)-oxid.

Gegenüber alkalischer H20 2-Lösung werden Sie jetzt keine Reaktion bemerken (wichtige Unter­ scheidung As—Sb!).

Bismutwasserstoff entsteht in sehr geringer Ausbeute bei der Zersetzung einer pulverförmigen Bismut-Magnesium-Legierung durch Salzsäure. Er ist wenig beständig und zerfällt schon bei Zimmertemperatur.

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