Select your language

Suggested languages for you:
Log In Anmelden
StudySmarter - Die all-in-one Lernapp.
4.8 • +11k Ratings
Mehr als 5 Millionen Downloads
Free
|
|

Die All-in-one Lernapp:

  • Karteikarten
  • NotizenNotes
  • ErklärungenExplanations
  • Lernpläne
  • Übungen
App nutzen

Stickstoffgruppe

Save Speichern
Print Drucken
Edit Bearbeiten
Melde dich an und nutze alle Funktionen. Jetzt anmelden
Stickstoffgruppe

Die Stickstoffgruppe ist die 5. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente. Dazu zählen die Elemente Stickstoff (N), Phosphor (P), Arsen (As), Antimon (Sb) und Bismut (Bi). Die Gruppe ist seltener auch als Pnikogene oder Pnictogene bekannt.

  • Eigenschaften und Vorkommen der Elemente der Stickstoffgruppe
  • Verwendung der Elemente der 5. Hauptgruppe
  • Gewinnung der Elemente der Stickstoffgruppe
  • Verbindungen der Stickstoffgruppe

Stickstoffgruppe – Eigenschaften und Vorkommen

Stickstoffgruppe Eigenschaften Periodensystem der Elemente StudySmarterAbbildung 1: Periodensystem der Elemente Quelle: pixabay.com

Die Stickstoffgruppe ist nach neuer IUPAC Nummerierung die Gruppe 15 im Periodensystem. Alle Elemente der Stickstoffgruppe besitzen fünf Valenzelektronen. Damit fehlen diesen Elementen also drei Elektronen für die Edelgaskonfiguration. Zur Stickstoffgruppe gehören die Nichtmetalle Stickstoff und Phosphor, die Halbmetalle Arsen und Antimon, sowie das Metall Bismut.

Allgemeine Trends in der Stickstoffgruppe

In der Stickstoffgruppe kommen am häufigsten die Oxidationsstufen -3, +3 und +5 bei Verbindungen aller Elemente der Gruppe vor. Stickstoff bildet leicht Mehrfachbindungen aus, während bei Phosphor Mehrfachbindungen wesentlich geringer ausgebildet werden. Bei Arsen, Antimon und Bismut kommen keine Mehrfachbindungen vor. Die Schmelz- und Siedetemperatur steigt von Stickstoff bis Antimon und sinkt von Antimon zu Bismut. Die Atomradien und Dichten der Elemente nehmen mit steigender Ordnungszahl ohne Abweichungen zu, während die Elektronegativität und die erste Ionisierungsenergie mit steigender Ordnungszahl abnehmen.

Steckbrief der Elementeigenschaften der Stickstoffgruppe

Eigenschaften/EinheitStickstoffPhosphorArsenAntimonBismut
Schmelzpunkt /°C-210°C44* 814 bei 36 bar630,6271
Siedepunkt /°C -196280*616**15871564
Atomradius /pm65 100115145160
1. Ionisierungsenergie /14021012944830703
Elektronegativität 3,02,22,22,12,0
Ordnungszahl715335183
MolekülformelStickstoffgruppe Molekülformel Stickstoff StudySmarterStickstoffgruppe Molekülformel Phosphor StudySmarterStickstoffgruppe Molekülformel Arsen StudySmarterStickstoffgruppe Molekülformel Antimon StudySmarterStickstoffgruppe Molekülformel Bismut StudySmarter
Dichte / 0,001251,83*5,73 (metall.)6,6979,78
ElektronenkonfigurationStickstoffgruppe Elektronenkonfiguration StudySmarterStickstoffgruppe Elektronenkonfiguration StudySmarterStickstoffgruppe Elektronenkonfiguration StudySmarterStickstoffgruppe Elektronenkonfiguration StudySmarterStickstoffgruppe Elektronenkonfiguration StudySmarter

*weißer Phosphor

**Sublimationspunkt

Steckbrief Stickstoff

Beim Stickstoff handelt es sich um ein farb- und geruchloses Gas. Die Luft bestehlt zu 78% aus molekularem Stickstoff. Molekularer Stickstoff hat eine sehr stabile Dreifachbindung, daher bilden sich Stickstoffverbindungen wie Oxide nur unter extremen Bedingungen. Anorganisch gebunden ist Stickstoff zum Beispiel in Chile-Salpeter (), Ammoniak oder in nitrosen Gasen. In organischen Verbindungen ist er zum Beispiel in Aminosäuren (Baustein der Proteine) und Nukleotiden und daher für Lebewesen essentiell.

Stickstoff ist für Pflanzen und Tiere essentiell. Obwohl unsere Atmosphäre zu 78% aus diesem Element besteht, können Pflanzen und Tiere diesen nicht einfach verwerten. Er ist nicht bioverfügbar. Dafür muss Stickstoff erst bei der sogenannten Stickstofffixierung fixiert werden. Das können prokaryotische Mikroorganismen, die molekularen Stickstoff als Ammoniak fixieren (biotische Stickstofffixierung).

Stickstofffixierung

Manche dieser Mikroorganismen (z.B. Knöllchenbakterien) gehen Symbiosen mit Pflanzen ein, um diese mit Stickstoff zu versorgen. Auch bei Blitzeinschlägen entstehen Stickoxide, welche mit Wasser zu Salpetersäure werden und hinabregnen, was auch eine Stickstoffquelle für Pflanzen darstellt (abiotische Stickstofffixierung).

Mit der Entwicklung des Haber-Bosch-Verfahrens war es dann möglich, Stickstoff technisch zu fixieren und Düngemittel herzustellen. Das ermöglichte die Ertragssicherung und die Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung.

Verwendungsbeispiele von Stickstoff

  • In Form von Stickstoffverbindungen als Düngemittel
  • Stickstoff als Sprengstoffe wie Nitroverbindungen oder Salpetersäureester
  • Flugzeugreifen werden mit Stickstoff gefüllt
  • Stickstoff als Schutzgas
  • Flüssiger Stickstoff in der Kryotechnik als Kältemedium

Steckbrief Phosphor

Wie organische Stickstoffverbindungen sind auch Phosphorverbindungen für Lebewesen essenziell. So ist er an Nukleotide gebunden und bildet das Rückgrat von DNA und RNA und ist als Adenosintriphosphat (ATP) ein Energieträger in Organismen. Phosphor kommt nur gebunden, meistens als Phosphate, wie Apatite oder Vivianit, vor.

Phosphatmodifikationen

Phosphor kommt in verschiedenen Elementstrukturen vor. Diese unterscheiden sich in ihren Eigenschaften. Es gibt den weißen Phosphor, bestehend aus -Molekülen, den roten Phosphor, den violetten (Hittorfscher) Phosphor, den faserigen Phosphor und den schwarzen Phosphor, der die thermodynamisch stabilste Modifikation ist. Weißer Phosphor wird als Ausgangsstoff benutzt und kann in die anderen Modifikation umgewandelt werden. Weißer Phosphor ist giftig und ist die reaktionsfreudigste Modifikation.

Verwendungsbeispiele von Phosphor

  • Zur Herstellung von Phosphor(V)-oxid als Trocknungsmittel und reiner Phosphorsäure für Düngerherstellung
  • Phosphate für Düngemittel, Medikamente, in Waschmitteln, als Futterzusatz und Konservierungsmittel
  • Metallphosphide und Phosphor für die Stahlgewinnung
  • Herstellung von Streichhölzern und Feuerwerkskörpern
  • Weißer Phosphor in Brandbomben

Steckbrief Arsen

Wie Phosphor kommt auch Arsen in verschiedenen Elementstrukturen vor. Dabei gibt es gelbes Arsen, der aus -Tetraedern besteht. Dieser ist metastabil und ein Nichtmetall. Durch Lichteinwirkung wird es zum spröden grauen Arsen, der die stabilste Modifikation darstellt und metallisch ist. Daneben gibt es zwei Arten des schwarzen Arsens und braunes Arsen. Das Element Arsen kommt in der Natur elementar vor, allerdings ist dieser nicht abbauwürdig. Viel häufiger kommt es in intermetallischen Verbindungen wie Allemontit oder als Arsen-Sulfide, wie Realgar (), Auripigment () und Arsenopyrit () vor.

Verwendungsbeispiele von Arsen

  • Zur Härtung in Kupfer- und Blei-Legierungen
  • Zur Halbleiterdotierung und in III-V-Halbleitern (z.B. Gallium-Arsenid-Halbleiter)
  • Manche Arsen-Verbindungen als Insektizid, Fungizid und Rattengift

Steckbrief Antimon

Auch Antimon hat verschiedene Modifikationen. Hier gibt es das graue Antimon, welches metallisch und die stabilste Modifikation darstellt. Und es gibt das amorphe schwarze Antimon, welches sehr reaktiv ist. Das graue Antimon gehört zusammen mit dem grauen Arsen und Bismut zu den Sprödmetallen. Es ist ein silberglänzendes Halbmetall, mit einer geringen Wärme- und elektrischen Leitfähigkeit. Antimon kommt selten elementar vor. Am häufigsten kommt es als Grauspießglanz () (2500 Fundorte) vor. Daneben gibt es weitere Minerale wie Weißspießglanz () und Goldschwefel ().

Verwendungsbeispiele von Antimon

  • In Legierungen zur Härtung
  • In Halbleiterindustrie zum Dotieren von Silicium und in III-V-Halbleitern
  • Als Antimontrisulfid in Bremsbelägen
  • Antimonsalze in Pestiziden und Feuerwerksartikeln

Steckbrief Bismut

Bismut ist ein Alphastrahler mit einer sehr geringen Radioaktivität (Halbwertszeit etwa 19 Trillionen Jahre). Das Isotop ist der Bestandteil des natürlichen Bismuts. In der Natur kommt es gelegentlich elementar vor. Abgebaut werden diese aber nicht. Außerdem kommt Bismut in Form von Mineralen wie Sulfide (z.B. Bismuthinit) oder Oxide (z.B. Bismit) vor. Das Element Bismut ist ein silberweiß glänzendes, sprödes Metall. Es hat eine geringe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit. Von Bismut sind zwei Elementmodifikationen bekannt.

Verwendungsbeispiele von Bismut

  • in Metalllegierungen (z.B. Woodsches Metall als Schmelzsicherung)
  • als Katalysator
  • als Kühlmittel in Kernreaktoren

Gewinnung der Elemente der Stickstoffgruppe

Stickstoff

Wie Sauerstoff, wird auch Stickstoff aus der, durch das Linde-Verfahren verflüssigten Luft, welche anschließend durch Destillation in die einzelnen Bestandteile fraktioniert wird, gewonnen. Näheres zu diesem Verfahren kannst du in der Zusammenfassung zu den Chalkogenen nachlesen. Alternativ kann man Stickstoff durch die sogenannte Druckwechseladsorption an Zeolithen oder Kohlenstoffmolekularsieben, oder durch das Membranverfahren gewinnen.

Druckwechseladsorption

Bei der Druckwechseladsorption leitet man bei hohem Druck Luft durch einen Festbettreaktor mit Adsorptionsmittelschüttung (z.B. Kohlenstoffmolekularsieb). Die leichter zu adsorbierenden kleineren Moleküle wie Sauerstoff reichern sich an der Oberfläche vom Kohlenstoffmolekularsieb (Adsorbens) an, während Stickstoff, der größer ist, vorbei strömt. Dieser Stickstoff wird aus der Anlage geleitet.

Danach wird der Druck gesenkt, um die adsorbierten Sauerstoffmoleküle vom Adsorbens zu trennen und das Adsorptionsmittel zu regenerieren. Man verwendet zwei parallele Reaktoren. Während einer adsorbiert (a), wird der andere regeneriert (b) und umgekehrt.

Stickstoffgruppe Druckwechseladsorption StudySmarterAbbildung 2: Schema der Druckwechseladsorption

Membranverfahren

Das Membranverfahren funktioniert ähnlich wie die Druckwechseladsorption. Hier verwendet man für die Trennung Membranröhren. Mit Druck wird die Luft durch die Membran gepresst. Da Stickstoff langsamer durch diese diffundiert als Sauerstoff, Wasser oder Kohlendioxid, reichert sich auf der Innenseite der Membran Stickstoff an, während Sauerstoff und die anderen Luftbestandteile durch die Membran passieren und ausgeleitet werden.

Stickstoffgruppe Membranverfahren StudySmarterAbbildung 3: Das Membranverfahren Quelle:wikipedia.org

Darstellung von Stickstoff im Labor

Für den Laborbedarf kann man Stickstoff durch Erwärmen auf ca. 70°C einer Ammoniumchlorid-Natriumnitrit-Lösung gewinnen.

Stickstoffgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Sehr reinen Stickstoff kann man auch durch die thermische Zersetzung von Natriumazid () oder Bariumazid () gewinnen.

Stickstoffgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Phosphor

Phosphor wird aus Phosphat-Mineralien (z.B. Apatit ) gewonnen. Hierfür werden diese in einem Ofen bei ca. 1500°C mit Quarz () und Koks umgesetzt. Calciumsilicat setzt sich als Schlacke am Boden des Ofens ab, während das gasförmige weiße Phosphor und Kohlenstoffmonoxid in Wasser gesammelt werden. Dabei scheidet sich der Phosphor als Feststoff aus.

Stickstoffgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Darstellung der anderen Phosphor Modifikationen

Mit hohem Druck oder hoher Temperatur kann man aus dem weißen Phosphor die anderen Modifikationen gewinnen. So kann man durch Druck von etwa 12 000 Bar und bei 200°C schwarzen Phosphor; durch mehrstündiges Erhitzen unter Luftausschluss auf ca. 260°C roten Phosphor; und durch ein- bis zweiwöchiges Erhitzen auf 550°C Hittorfschen Phosphor gewinnen.

Arsen, Antimon und Bismut

Für die Gewinnung von Arsen, Antimon und Bismut werden ihre Oxide, die bei der Aufarbeitung von z.B. Kupfererzen anfallen, mit Kohlenstoff bei höheren Temperaturen reduziert. Auch erhält man die Oxide beim Rösten sulfidischer Erze, wie Arsen(III)-sulfid oder Antimon(III)-sulfid, an der Luft, welche danach auch mit Koks reduziert werden. Dieses Verfahren ist das sogenannte Röstreduktionsverfahren.

Stickstoffgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Röstreduktionsverfahren:

Stickstoffgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Alternativ kann man die Sulfide auch mit Eisen reduzieren. Das Verfahren nennt man Niederschlagsverfahren.

Stickstoffgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Arsen

Arsen kann man auch durch das direkte Erhitzen von Arsenopyrit oder Arsenikalkies unter Luftausschluss gewinnen.

Stickstoffgruppe Reaktionsgleichung StudySmarter

Verbindungen der Stickstoffgruppe

Wasserstoffverbindungen

Alle Elemente der Stickstoffgruppe bilden Wasserstoffverbindungen der Summenformel (X=N, P, As, Sb, Bi). Zusätzlich bildet Stickstoff Hydrazin (). Die Wasserstoffverbindungen der letzten vier Elemente dieser Gruppe sind sehr giftige Gase. Die Stabilität nimmt von Ammoniak bis zum Bismutwasserstoff (Bismutan) ab. So zerfällt Bismutan bei Raumtemperatur in Bismut und Wasserstoff.

Halogenverbindungen

Mit den Halogenen bilden alle Elemente der Stickstoffgruppe Trihalogenide, während Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut mit Fluor auch Pentahalogenide ausbilden. Von Phosphor sind auch das Phosphorpentachlorid und -pentabromid bekannt. Die Pentahalogenide sind sogenannte Lewis-Säuren. Stickstoff, Phosphor und Arsen bilden auch Dihalogenide wie und .

Oxide von Stickstoff und die Salpetersäure

Oxide von Stickstoff gibt es in den Oxidationsstufen von +1 bis +5. So kommt zum Beispiel in der Medizin als Gemisch mit Sauerstoff das Lachgas (Oxidationsstufe +1) als Narkosemittel zum Einsatz.

Als Radikal entsteht z.B. beim Ostwald-Verfahren das Zwischenprodukt Stickstoffmonoxid (Oxidationsstufe +2). In der Oxidationsstufe +3 handelt es sich um das Distickstofftrioxid (), welches eine blaue Flüssigkeit ist. Unter normalen Bedingungen ist es allerdings instabil. Sehr giftig ist das Gas Stickstoffdioxid (Oxidationsstufe +4). Das Anhydrid der Salpetersäure ist das farblose, kristalline Distickstoffpentoxid mit der Oxidationsstufe +5.

Die Salpetersäure

Die Salpetersäure wird großtechnisch mit dem Ostwald-Verfahren synthetisiert und ist die wichtigste Oxosäure des Stickstoffs. In der Industrie wird sie vor allem für die Herstellung von Düngemitteln eingesetzt. Zusammen mit der Salzsäure in einem Stoffmengenverhältnis von 1:3 bildet es das Königswasser, welches sogar die Edelmetalle Gold und Platin lösen kann.

Stickstoffgruppe - Das Wichtigste

  • Die Stickstoffgruppe ist die 5. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente
  • Es umfasst Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut
  • Alle Elemente der Stickstoffgruppe besitzen 5 Valenzelektronen
  • Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut haben verschiedene Modifikationen
  • Stickstoff ist der Hauptbestandteil der Luft
  • Alle Elemente bilden Wasserstoffverbindungen und Trihalogenide

Häufig gestellte Fragen zum Thema Stickstoffgruppe

Die Elemente der 5. Hauptgruppe besitzen 5 Valenzelektronen. 

Die 5. Hauptgruppe ist die Stickstoffgruppe. 

Stickstoff ist ein Element der 5. Hauptgruppe des Periodensystems, die auch Stickstoffgruppe bezeichnet wird.

Finales Stickstoffgruppe Quiz

Frage

Welche Elemente gehören zur Stickstoffgruppe?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Stickstoff
  • Phosphor
  • Arsen
  • Antimon
  • Bismut
Frage anzeigen

Frage

Was haben die Elemente der Stickstoffgruppe gemeinsam?

Antwort anzeigen

Antwort

  • besitzen fünf Valenzelektronen
  • bilden Wasserstoffverbindungen der Summenformel  
  • bilden Trihalogenide. 


Frage anzeigen

Frage

Welche Arten der Stickstofffixierung gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Biotische Fixierung durch Mikroorganismen
  • Abiotische Fixierung durch Verbrennung oder Blitzeinschlag 
  • Technische Fixierung mit dem Haber-Bosch-Verfahren 
Frage anzeigen

Frage

Welche Phosphormodifikationen gibt es?

Antwort anzeigen

Antwort

  • weißer Phosphor
  • roter Phosphor
  • violetter Phosphor
  • faseriger Phosphor 
  • schwarzer Phosphor
Frage anzeigen

Frage

Welche Arsenmodifikation ist metallisch?

Antwort anzeigen

Antwort

graues Arsen 

Frage anzeigen

Frage

Was sind Sprödmetalle?

Antwort anzeigen

Antwort

Sprödmetalle sind spröde Halbmetalle (graues Arsen, Antimon) oder Metalle (Bismut).

Frage anzeigen

Frage

Wie kann man Stickstoff technisch gewinnen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • Linde-Verfahren mit anschließender fraktionierten Destillation
  • Druckwechseladsorption
  • Membranverfahren 
Frage anzeigen

Frage

Nenne die Reaktionsgleichung der Stickstoffgewinnung aus der Ammoniumchlorid-Natriumnitrit-Lösung.

Antwort anzeigen

Antwort

 

Frage anzeigen

Frage

Was entsteht bei der thermischen Zersetzung von Natriumazid?

Antwort anzeigen

Antwort


Es entsteht flüssiges Natrium und molekularer Stickstoff.




Frage anzeigen

Frage

Wie wird schwarzer Phosphor gewonnen?

Antwort anzeigen

Antwort

Umsetzen von weißem Phosphor bei 12000 Bar und 200°C. 

Frage anzeigen

Frage

Wie wird weißer Phosphor gewonnen?

Antwort anzeigen

Antwort

Umsetzung von Calciumphosphat bei 1500°C mit Quarz und Koks. Gasförmiger Phosphor wird in Wasser gesammelt und scheidet als weißer Feststoff aus.

Frage anzeigen

Frage

Nenne die Reaktionsgleichung der Phosphorgewinnung.

Antwort anzeigen

Antwort

 

Frage anzeigen

Frage

​Mit welchen Verfahren kann man Arsen, Antimon und Bismut darstellen?

Antwort anzeigen

Antwort

  • ​Reduktion der Oxide mit Kohlenstoff
  • Röstreduktionsverfahren 
  • Niederschlagsverfahren
Frage anzeigen

Frage

Nenne die Reaktionsgleichung des Niederschlagsverfahrens.

Antwort anzeigen

Antwort


(X= As, Sb, Bi)


Frage anzeigen

Frage

In welchen Oxidationsstufen kommt Stickstoff als Oxid vor? Nenne Beispiele.

Antwort anzeigen

Antwort

  • +1: Lachgas (Distickstoffmonoxid) 
  • +2: Stickstoffmonoxid
  • +3: Distickstofftrioxid 
  • +4: Stickstoffdioxid
  • +5: Distickstoffpentoxid
Frage anzeigen

Frage

Welche Säure von Stickstoff wird beim Ostwald-Verfahren hergestellt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Salpetersäure wird mit dem Ostwald-Verfahren synthetisiert. 

Frage anzeigen
60%

der Nutzer schaffen das Stickstoffgruppe Quiz nicht! Kannst du es schaffen?

Quiz starten

Finde passende Lernmaterialien für deine Fächer

Alles was du für deinen Lernerfolg brauchst - in einer App!

Lernplan

Sei rechtzeitig vorbereitet für deine Prüfungen.

Quizzes

Teste dein Wissen mit spielerischen Quizzes.

Karteikarten

Erstelle und finde Karteikarten in Rekordzeit.

Notizen

Erstelle die schönsten Notizen schneller als je zuvor.

Lern-Sets

Hab all deine Lermaterialien an einem Ort.

Dokumente

Lade unzählige Dokumente hoch und habe sie immer dabei.

Lern Statistiken

Kenne deine Schwächen und Stärken.

Wöchentliche

Ziele Setze dir individuelle Ziele und sammle Punkte.

Smart Reminders

Nie wieder prokrastinieren mit unseren Lernerinnerungen.

Trophäen

Sammle Punkte und erreiche neue Levels beim Lernen.

Magic Marker

Lass dir Karteikarten automatisch erstellen.

Smartes Formatieren

Erstelle die schönsten Lernmaterialien mit unseren Vorlagen.

Melde dich an für Notizen & Bearbeitung. 100% for free.