Binden von Luftstickstoff mit Magnesium

Details: Manfred Seidl; Veröffentlicht: 28. April 2011; Erstellt: 28. April 2011; Zuletzt aktualisiert: 08. November 2024; Zugriffe: 12327

Aus Magnesium und Stickstoff aus der Luft wird Magnesiumnitrid hergestellt.

Verwendete Chemikalien

Chemikalie
Gefahr	10 g Magnesium (Späne), Mg – 24.31 g/mol CAS-Nr.: 7439-95-4 – EG-Nr.: 231-104-6 Flam. Sol. 1, Self-heat. 1, Water-react. 2, WGK nwg H228 Entzündbarer Feststoff. H251 Selbsterhitzungsfähig; kann in Brand geraten. H261 In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P223 Keinen Kontakt mit Wasser zulassen. P231+P232 Inhalt unter inertem Gas handhaben und aufbewahren. Vor Feuchtigkeit schützen. P235 Kühl halten. P240 Behälter und zu befüllende Anlage erden. P241 Explosionsgeschützte elektrische/Lüftungs-/Beleuchtungsgeräte verwenden. Sigma-Aldrich, 200905, SDB vom 01.03.2023
Gefahr	4–5 cm Magnesium (Band Stärke 0.25 mm, Breite 3.2 mm), Mg – 24.31 g/mol CAS-Nr.: 7439-95-4 – EG-Nr.: 231-104-6 Flam. Sol. 1, Water-react. 2, WGK nwg H228 Entzündbarer Feststoff. H261 In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P223 Keinen Kontakt mit Wasser zulassen. P231+P232 Inhalt unter inertem Gas handhaben und aufbewahren. Vor Feuchtigkeit schützen. P240 Behälter und zu befüllende Anlage erden. P241 Explosionsgeschützte elektrische/Lüftungs-/Beleuchtungsgeräte verwenden. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. Merck, 105812, SDB vom 14.03.2024

Produkte

Chemikalie
Gefahr	Magnesiumnitrid, Mg₃N₂ – 100.93 g/mol Trimagnesiumdiazendiid (IUPAC) CAS-Nr.: 12057-71-5 – EG-Nr.: 235-022-1 Water-react. 1, Skin Irrit. 2, Eye Irrit. 2, STOT SE 3 (Atmungssystem), WGK 3 H260 In Berührung mit Wasser entstehen entzündbare Gase, die sich spontan entzünden können. H315 Verursacht Hautreizungen. H319 Verursacht schwere Augenreizung. H335 Kann die Atemwege reizen. P223 Keinen Kontakt mit Wasser zulassen. P231+P232 Inhalt unter inertem Gas handhaben und aufbewahren. Vor Feuchtigkeit schützen. P261 Einatmen von Staub vermeiden. P264 Nach Gebrauch Haut gründlich waschen. P302+P352 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT: Mit viel Wasser waschen. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. Sigma-Aldrich, 415111, SDB vom 07.03.2024
	Magnesiumhydroxid, Mg(OH)₂ – 58.32 g/mol Magnesiumdihydroxid (IUPAC), Magnesium(II)-hydroxid, Brucit, E 528 CAS-Nr.: 1309-42-8 – EG-Nr.: 215-170-3 WGK nwg Sigma-Aldrich, 63081, SDB vom 29.04.2022
Gefahr	Ammoniak (Gas), NH₃ – 17.03 g/mol Azan (IUPAC) CAS-Nr.: 7664-41-7 – EG-Nr.: 231-635-3 Flam. Gas 2, Press. Gas (Liq.), Acute Tox. 3 (inhalativ), Skin Corr. 1B, Eye Dam. 1, Aquatic Acute 1, Aquatic Chronic 2, WGK 2 H221 Entzündbares Gas. H280 Enthält Gas unter Druck; kann bei Erwärmung explodieren. H314 Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden. H331 Giftig bei Einatmen. H410 Sehr giftig für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. P210 Von Hitze, heißen Oberflächen, Funken, offenen Flammen sowie anderen Zündquellen fernhalten. Nicht rauchen. P260 Gas nicht einatmen. P280 Schutzhandschuhe/Schutzkleidung/Augenschutz/Gesichtsschutz tragen. P303+P361+P353 BEI BERÜHRUNG MIT DER HAUT (oder dem Haar): Alle kontaminierten Kleidungsstücke sofort ausziehen. Haut mit Wasser abwaschen. P305+P351+P338 BEI KONTAKT MIT DEN AUGEN: Einige Minuten lang behutsam mit Wasser ausspülen. Eventuell vorhandene Kontaktlinsen nach Möglichkeit entfernen. Weiter ausspülen. P403+P233 An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. Behälter dicht verschlossen halten. P410+P403 Vor Sonnenbestrahlung schützen. An einem gut belüfteten Ort aufbewahren. EUH071 Wirkt ätzend auf die Atemwege. Sigma-Aldrich, 09682, SDB vom 14.03.2024

Verwendete Geräte, Versuchsaufbau

Feuerfeste Unterlage (Ziegelstein, Steinplatte oder Blech), Bunsenbrenner, abgeschnittenes 1000-ml- Becherglas oder Einmachglas, Spatel, Uhrglas, Pipette

Versuchsdurchführung

Das Magnesium wird auf einer feuerfesten Unterlage zu einem Kegel geformt. In die Spitze des Kegels wird Magnesiumband gesteckt, mit dem Bunsenbrenner entzündet und mit einem abgeschnittenen Becherglas oder Einmachglas abgedeckt. Die Glut wandert durch den Kegel und das Glas füllt sich mit weißem Rauch. Am Ende kann ein blaugrünes Leuchten beobachtet werden. Nach dem Erkalten wird der Kegel mit einem Spatel in der Mitte geteilt. Dabei kann man erkennen, dass die äußere Schicht des Kegels aus Magnesiumoxid (weiß) und die innere Schicht aus Magnesiumnitrid (gelbgrün) besteht. Mit dem Spatel wird etwas des Reaktionsproduktes auf ein Uhrglas überführt. Nun werden einige Tropfen Wasser zugefügt und mit der Hand zur Nase gefächelt. Unverkennbar ist Ammoniak freigesetzt worden.

Reaktionsgleichung

Herstellung:
3 Mg + N₂ → Mg₃N₂

Reaktion mit Wasser:
Mg₃N₂ + 3 H₂O → MgO + 2 NH₃↑

Am Anfang bildet sich bei der Verbrennung durch vorhandenen Sauerstoff Magnesiumoxid.
2 Mg + O₂ → 2 MgO↓
Ist der Sauerstoff verbraucht, verbrennt das Magnesium in einer Stickstoffatmosphäre und es bildet sich Magnesiumnitrid. Wird Magnesiumnitrid mit Wasser versetzt, bilden sich Magnesiumoxid und Ammoniak. Früher hat man im sog. Serpek-Verfahren mit Aluminium, über Aluminiumnitrid, Ammoniak hergestellt.

Quellenangaben

[1]

K. Waselowsky. Der Luftstickstoff wird gebunden. In: 225 × Chemie – Ein Experimentierbuch, Franckh'sche Verlagshandlung: Stuttgart, 1982, 78.

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