150 Jahre Periodensystem
Die 5. Hauptgruppe
Die Elemente der 5. Hauptgruppe zeigen in ihren Eigenschaften ein weites Spektrum. Mit wachsender Ordnungszahl nimmt der metallische Charakter zu, und es erfolgt ein Übergang von dem typischen Nichtmetall Stickstoff zu dem metallischen Element Bismut.
Stickstoff
Gasförmiger Stickstoff ist ein typisches Nichtmetall und Hauptbestandteil der Luft. Mit einer Siedetemperatur von -196 °C ist flüssiger Stickstoff vielseitig als Kühlmittel einsetzbar. Eine der wichtigsten Stickstoffverbindungen ist Ammoniak, welches großtechnisch nach dem Haber-Bosch-Verfahren aus den Elementen Stickstoff und Wasserstoff hergestellt wird. Der größte Teil des Ammoniaks wird zu Düngemitteln, insbesondere Harnstoff und Ammonium- sowie Nitratsalzen, weiterverarbeitet. Ein Drittel der weltweit angebauten Pflanzen werden heute auf Ammoniak-Basis gedüngt (der Rest wird mit Phosphaten – siehe Element Phosphor – gedüngt).
Video: Kristallisation von Kaliumnitrat unter dem Mikroskop
https://youtu.be/c0cX5TIEG_E
Phosphor
Phosphor tritt in mehreren Modifikationen auf, am wichtigsten sind hier der weiße und der rote Phosphor zu nennen. Weißer Phosphor ist wachsweich, weiß bis gelblich und schmilzt bei 44 °C. Er ist sehr reaktionsfähig und toxisch. In fein verteilter Form entzündet er sich an der Luft von selbst und wird daher unter Wasser aufbewahrt. Roter Phosphor ist dagegen ungiftig und entzündet sich bei mehr als 300 °C. Er wird in der Zündholzindustrie in den Reibeflächen der Streichholzschachteln verwendet (daher kommt die rot-braune Farbe der Reibeflächen). Neben weißem und rotem Phosphor existieren noch violetter und schwarzer Phosphor. Da Phosphor sehr reaktionsfreudig ist, kommt er in der Natur praktisch nur in Verbindungen bzw. Mineralien vor. Natriumphosphat oder Calciumphosphat werden als wichtige Düngemittel neben Ammoniakverbindungen eingesetzt.
Video: Verbrennung von rotem Phosphor in reinem Sauerstoff
https://youtu.be/CHZF12ZqIOo
Arsen und Antimon
Diese beiden Elemente sind Halbmetalle. Arsen kommt in elementarer Form in der Natur nur in geringfügigen Mengen vor. Arsenoxide, wie Arsen(III)-oxid und Arsen(V)-oxid, sind hoch toxisch uns bereits seit der Antike bekannt. Heute sind Arsen-Verbindungen als Giftstoff nicht mehr interessant, da seit 1836 kleinste Arsenspuren leicht nachgewiesen werden können.
Antimon ist auf der Erde ein seltenes Element, es tritt aber etwa fünfmal so häufig wie Silber in der Erdkruste auf. Antimon ist kein besonders guter Leiter für Wärme und Strom.
Bismut
Reines Bismut ist ein silbrig glänzendes Schwermetall, das relativ weich und nur wenig spröde ist und kommt in der Natur relativ selten vor. Aufgrund der niedrigen Schmelztemperatur von 271,4 °C wird flüssiges Bismut als Kühlmittel in Kernreaktoren eingesetzt. Oft wird noch die alte Bezeichnung „Wismut“ verwendet, was so viel bedeutet wie „weiße Masse“.
Kay Pötting, OStR
