Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid und Anhydride
Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid als Radikale, das Gleichgewicht zwischen NO₂ und N₂O₄ und die Zuordnung der Stickstoffoxide zu ihren Säuren.
Das Wichtigste in Kürze
- Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid \(\ce{NO2}\) sind Stickstoffoxide mit ungerader Elektronenzahl, also Radikale.
- NO ist ein farbloses, paramagnetisches Gas mit einem ungepaarten Elektron im π*-Orbital und nicht isoelektronisch mit CO.
- NO bildet sich endotherm aus \(\ce{N2}\) und \(\ce{O2}\) und wird von Sauerstoff zu braunem \(\ce{NO2}\) oxidiert.
- Gewinkeltes, paramagnetisches \(\ce{NO2}\) dimerisiert zu diamagnetischem \(\ce{N2O4}\) mit N–N-Bindung, das beim Erwärmen wieder dissoziiert.
- \(\ce{N2O3}\) ist das Anhydrid der salpetrigen Säure, \(\ce{N2O5}\) das der Salpetersäure, \(\ce{N2O4}\) das gemischte Anhydrid beider.
Dieses Kapitel ist für Supporter
Relaxed ins Stex ist ein kleines, unabhängiges Projekt. Mit einem Zugang unterstützt du uns und schaltest das ganze 1. Staatsexamen frei. ❤️
Bitte bestätige zuerst deine E-Mail-Adresse
Wir haben dir einen Link geschickt. Erst mit bestätigter E-Mail-Adresse kannst du einen Zugang freischalten und nutzen.
Worum es geht
Die Stickstoffoxide NO und \(\ce{NO2}\) sind Moleküle mit ungerader Elektronenzahl und deshalb Radikale. Pharmazeutisch begegnet dir NO als Botenstoff, den etwa Glyceroltrinitrat freisetzt. Chemisch hängen die Oxide eng mit salpetriger Säure und Salpetersäure zusammen.
Stickstoffmonoxid
Stickstoffmonoxid NO ist bei Raumtemperatur ein farbloses Gas. Stickstoff bringt fünf, Sauerstoff sechs Valenzelektronen mit. Bei elf Elektronen bleibt zwangsläufig eines ungepaart. NO ist daher ein Radikal und paramagnetisch.
Im MO-Schema sitzt dieses elfte Elektron allein in einem antibindenden π-Orbital. Gibt NO es ab, entsteht das Nitrosyl-Kation \(\ce{NO+}\) mit leerem π-Orbital.
CO hat zehn Valenzelektronen, NO dagegen elf. NO ist deshalb nicht isoelektronisch mit CO, erst das Kation \(\ce{NO+}\) ist es.
Aus den Elementen bildet sich NO nur unter Energiezufuhr, die Reaktion ist endotherm:
\[\ce{N2 + O2 <=> 2 NO}\qquad \Delta H \approx +180\ \mathrm{kJ/mol}\]
Sie läuft deshalb erst bei sehr hohen Temperaturen ab, etwa im Blitz oder im Verbrennungsmotor. Mit Luftsauerstoff reagiert NO dagegen schon bei Raumtemperatur weiter. Es wird zum braunen Stickstoffdioxid oxidiert:
\[\ce{2 NO + O2 -> 2 NO2}\]
Stickstoffmonoxid wird im Examen gerne gefragt: Es ist ein farbloses, paramagnetisches Radikal mit einem ungepaarten Elektron, bildet sich endotherm aus \(\ce{N2}\) und \(\ce{O2}\) und wird von \(\ce{O2}\) zu \(\ce{NO2}\) oxidiert. Achte darauf, dass erst \(\ce{NO2}\) braun ist.
NO₂ und N₂O₄
Auch \(\ce{NO2}\) hat eine ungerade Elektronenzahl, nämlich 17 Valenzelektronen. Es ist ein gewinkeltes Radikal mit einem ungepaarten Elektron und damit paramagnetisch. Als Gas ist es rotbraun.
Zwei Radikale können ihre Einzelelektronen zu einer Bindung paaren. So verbinden sich zwei \(\ce{NO2}\)-Einheiten über eine lange N–N-Bindung zum planaren Dimer \(\ce{N2O4}\). Distickstofftetroxid hat keine ungepaarten Elektronen mehr. Es ist farblos, diamagnetisch und kein Radikal.
\[\ce{2 NO2 <=> N2O4}\qquad \Delta H < 0\]
Die Dimerisierung ist exotherm. Beim Erwärmen dissoziiert \(\ce{N2O4}\) daher in \(\ce{NO2}\), und das Gas wird dunkler braun. Beim Abkühlen hellt es sich auf.
In \(\ce{NO2}\) hat Stickstoff die Oxidationszahl +4. In Wasser disproportioniert es zu +3 und +5:
\[\ce{2 NO2 + H2O -> HNO2 + HNO3}\]
In Lauge entstehen entsprechend die Salze Nitrit und Nitrat:
\[\ce{N2O4 + 2 OH- -> NO2- + NO3- + H2O}\]
Stickstoffoxide als Säureanhydride
Viele Nichtmetalloxide reagieren mit Wasser zu Säuren. Man nennt sie deshalb Anhydride dieser Säuren.
Ein Säureanhydrid ist ein Nichtmetalloxid, das formal durch Wasserabspaltung aus einer Säure entsteht und mit Wasser wieder zu ihr reagiert. Ein gemischtes Anhydrid liefert dabei zwei verschiedene Säuren.
Die Oxidationszahl des Stickstoffs bleibt bei dieser Reaktion gleich. Daran erkennt man die passende Säure:
| Oxid | Oxidationszahl N | Säure mit Wasser |
|---|---|---|
| \(\ce{N2O3}\) | +3 | salpetrige Säure \(\ce{HNO2}\) |
| \(\ce{N2O5}\) | +5 | Salpetersäure \(\ce{HNO3}\) |
| \(\ce{N2O4}\) | +4 | \(\ce{HNO2}\) und \(\ce{HNO3}\) |
\[\ce{N2O3 + H2O -> 2 HNO2}\]
\[\ce{N2O5 + H2O -> 2 HNO3}\]
\(\ce{N2O3}\) und \(\ce{N2O5}\) liefern jeweils nur eine Säure. \(\ce{N2O4}\) dagegen ist das gemischte Anhydrid von salpetriger Säure und Salpetersäure, denn seine Reaktion mit Wasser ist genau die Disproportionierung aus dem vorigen Abschnitt. Anhydrid der salpetrigen Säure allein ist es also nicht.
NO und \(\ce{N2O}\) reagieren mit Wasser nicht zu einer Säure. Sie zählen zu den neutralen Oxiden und sind damit auch keine gemischten Anhydride.
Quiz
Aussage 1
Die Bildung von Stickstoffmonoxid aus Stickstoff und Sauerstoff verläuft exotherm.
Die Bildung von NO aus den Elementen ist endotherm (\(\Delta H \approx +180\) kJ/mol) und läuft daher nur bei sehr hohen Temperaturen ab.
Aussage 2
Erwärmt man ein Gemisch aus \(\ce{NO2}\) und \(\ce{N2O4}\), wird die Braunfärbung intensiver.
Die Dimerisierung ist exotherm. Beim Erwärmen dissoziiert farbloses \(\ce{N2O4}\) in braunes \(\ce{NO2}\).
Aussage 3
\(\ce{N2O3}\) reagiert mit Wasser zu salpetriger Säure und ist deren Anhydrid.
Stickstoff hat in \(\ce{N2O3}\) wie in \(\ce{HNO2}\) die Oxidationszahl +3: \(\ce{N2O3 + H2O -> 2 HNO2}\).
Aussage 4
\(\ce{N2O4}\) ist wie sein Monomer ein paramagnetisches Radikal.
In \(\ce{N2O4}\) sind die beiden Einzelelektronen zur N–N-Bindung gepaart. Es ist diamagnetisch und kein Radikal.
Fehler entdeckt oder eine Idee? Wir verbessern die Inhalte laufend. Melde es uns gerne über dieses Formular ❤️
Teile der Inhalte wurden mithilfe von KI-Systemen erstellt und werden fortlaufend redaktionell geprüft. Trotz Sorgfalt können Fehler enthalten sein. Wichtige Informationen bitte anhand offizieller Quellen prüfen. Relaxed ins Stex ist ein unabhängiges Angebot und steht in keiner Kooperation mit dem IMPP. Das Angebot ist weder vom IMPP autorisiert noch mit diesem verbunden.