Chemie Vorphysikum an der Freie Universität Berlin

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Stickstoff

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Selen

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Eisen
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4. Hauptgruppe

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Phenylgruppe

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Carbonylgruppe

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Wie reagieren Salze der Säuren?
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Fluor

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5. Hauptgruppe

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Zink

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Sauerstoff
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Chemie Vorphysikum

Stickstoff
Stickstoff: N

Vorkommen:
75,5% in der Atmosphäre, in Lithosphäre selten

Gewinnung:
Luftverflüssigung

Verwendung:
- Schutzgas bei industriellen Prozessen
- Stahlherstellung
- Kühlmittel

Natürlicher Stickstoffkreislauf:
Kontinuierlicher Austausch des Stickstoffs zwischen Atmosphäre, Biosphäre und Lithosphäre
Prozesse:
Nitrifizierung -> N2 zu organischem Stickstoff
Denitrifizierung -> organischer Stickstoff zu N2O
- verschiedene Zyklen, in denen rein anorganische Vorgänge (Lösung, Oxidation, Reduktion) und pflanzlich/tierische Prozesse (Verdauung, Atmung, Biosynthese) eingeschlossen sind. Biologische Vorgänge verlaufen meist an Metallzentren (Biokatalyse)

Stickstoffisotope
14N: stabil (>99%)
15N: stabil (ca. 0,4%)
13N: ß-radioaktiv, Verwendung in der nuklearmedizinischen Diagnostik, PET)

Ammoniak (NH3):
- farbloses, stechend riechendes Gas
- trigonal-pyramidialer Molekülaufbau
- Verwendung: ca. 80% Düngemittel, 5% Sprengstoffe, 10% Fasern und Kunststoffe, Pharmaka

Distickstoffmonoxid (N2O) - Lachgas:
- lineares, unsymmetrisches Molekül
- Verwendung: Triebmittel für Schlagsahne und Eis, Anästhetikum

Salpetersäure (HNO3) und Nitrate:
- sehr wichtiger chemischer Grundstoff

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Selen
Selen: Se
- wichtiges biologisches Spurenelement mit geringer therapeutischen Breite
- Selenmangel: Kesha-Krankheit: Herzschwäche bei Jugendlichen in China, Lebernekrosen, Muskelschwäche bei Rindern auf selenarmen Böden
- Selenüberschuss: Degeneration im Horngewebe bei Rindern im mittleren Westen der USA
- Antagonismus: Se <-> Schwermetalle
- Jahresbedarf ca. 100 mg

Chemie Vorphysikum

Eisen
Eisen: Fe
- roter Blutfarbstoff
- koordinativ an Porphyringerüst gebunden
- bildet extrem unlösliche Mineralien (Oxide, Sulfide)
- Mobilisierung durch Komplexbindung mit Liganden, die extrem hohe Koplexbildungskonstanten haben
- wichtiges Element in allen lebenden Organismen

Funktion:
- Transport von Sauerstoff zu den Zellen (Hämoglobin) und Speicherung (Myoglobin)
- Bestandteil vieler Enzyme für diverse Funktionen

Natur hat ein eigenes „Eisenmanagement“ etabliert:
- Aufnahme aus Mineralien
- Transport
- Speicherung
- Rückgewinnung

Eisentransport im Organismus:
- spezifische Transportproteine in allen höheren Tieren: Transferrine
- Aufbau: zwei Domänen für zwei Fe3+-Ionen zusammen mit zwei Hydrogencarbonat-Ionen (HCO3-)
- pH-abhängiger Aufnahme- und Abgabemechanismus

Eisenspeicherung im Organismus
- spezifische Speicherproteine in allen höheren Tieren: Ferritine
- Aufbau: sehr großes, kugelförmiges Protein mit hydrophilen & hydrophoben Kanälen zur Aufnahme und Abgabe von Eisenionen
- 24 identische Untereinheiten
- Einbau von bis zu 4.500 Eisenionen pro Protein, fast mineralische Struktur

Chemie Vorphysikum

4. Hauptgruppe
Kohlenstoffgruppe
Carl Siecht Gerne Santas Pobacken
Kohlenstoff
Silicium
Germanium
Zinn
​Blei

- deutliche Zunahme des metallischen Charakters (bei den schwereren Metallen)
- Elektronegativität nicht sehr hoch
- Ionisierungsenergien sehr hoch
- meist kovalente Bindungen

Chemie Vorphysikum

Phenylgruppe
Benzolring
(Phenylrest C6H5)

Chemie Vorphysikum

Carbonylgruppe
Aldehyde (-al)  und Ketone (-on)
C O Doppelbindung

Chemie Vorphysikum

Wie reagieren Salze der Säuren?
Salze starker Säuren und Basen reagieren neutral
Salze schwacher Säuren basisch
Salze schwacher Basen sauer

Chemie Vorphysikum

Fluor
Fluor: F
- elektronegativstes Element
- sehr reaktiv
- Verwendung: UF6-Produktion (Stromerzeugung durch Kernenergie), SF6 (häufig verwendetes Isoliergas in der Hochspannungstechnologie), Herstellung von Fluoriden seltener Metalle (Werkstückbeschichtung), Fluorkohlenwasserstoffe, radioaktives Isotop 18F (Positronenstrahler) in der nuklearmedizinischen Diagnostik (PET mit Fluordesoxyglucose)

Chemie Vorphysikum

5. Hauptgruppe
Stickstoffgruppe
Niemals Probieren Assis Sibirisches Bier
Stickstoff
Phosphor
Arsen
Antimon
Bismut

- metallischer Charakter nimmt nach unten zu
- drei e- fehlen zur Edelgaskonfiguration
- deutliche Unterschiede im Verhalten von N2 und den schweren Elementen (N2-Molekül: in der 1. Periode stehen keine d-Orbitale zur Verfügung, maximal NH4+-Kationen, schwerere Elemente können bis zu sechs kovalente Bindungen ausbilden

Chemie Vorphysikum

Zink
Zink: Zn
wichtige biologische Funktionen:
- Strukturfunktionen in Proteinen
- Enzymfunktionen insbesondere für Hydrolysereaktion

Chemie Vorphysikum

Sauerstoff
Sauerstoff: O
- häufigstes Element auf der Erde (23% in der Luft, 46% in der Lithosphäre und 86% in der Hydrosphäre)
- nach Fluor das elektronegativste Element
- aller elementarer Sauerstoff ist biologischen Ursprungs (Photosynthese)
- Verwendung: Stahlherstellung, Hochöfen, Schweißen, Chemieindustrie, Medizin, Taucherluft, Bleichen von Papiermasse, Raketentreibstoff

Ozon O3:
- dreiatomiges, instabiles Gas
- gewinkelter Molekülbau

Wasserstoffperoxid H2O2:
- starkes Oxidationsmittel

Chemie Vorphysikum

Iod
Iod: I
- biologisch wichtiges Spurenelement: Schilddrüse produziert iodhaltiges, wachstumsregulierendes Hormon: Thyroxin
- seit 1819 als Heilmittel
- Verwendung radioaktiver Iodisotope in der Nuklearmedizin:
131I (ß- -Strahler, y-Strahler): Diagnostik & Therapie
123I (ß+-Strahler): Diagnostik: PET 

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