Vorkommen und Darstellungen

Alle E15 ausser Phosphor werden auch elementar in der Natur gefunden.
$N_2$ ist mit ca. 78% der Hauptbestandteil der Luft.
In gebundener Form tritt er in Nitraten (Chile, Meer) und in Eiweissen auf.

Abbildung 50: Struktur des festen Stickstoffs bei 20 K ($\alpha-$N$_2$)

Schwierig ist beim Stickstoff, aus dem Element Verbindungen zu erzeugen.
Phosphor wird in Form von Phosphaten meist Apatit, $Ca_5(PO_4)(OH,F,I)$, gefunden.

Weisser Phosphor wird zu etwa 1 000 0000 Jahrestonnen durch Reduktion mit Kohle hergestellt.

$$\begin{array}{ll} Ca_3(PO_4)_2 + 3SiO_2 + 5C \longrightarr... ..._2 \\ & \Delta H^\circ = +1542 kJ mol^{-1}~\\ \end{array}$$

(P$_2$ dimerisiert beim Abkühlen zu P$_4$).

Phosphor tritt in verschiedenen Modifikationen auf, von denen die unter Normalbedingungen stabile der der schwarze Phosphor ist.

Abbildung 51: Struktur des weissen Phosphors

Abbildung 52: Modifikationen des Phosphors

Abbildung 53: Struktur einer Röhre des violetten Phosphors:
(a) von vorne in Richtung der Röhrenachse, (b) von der Seite gesehen.

Abbildung 54: Struktur (Doppelschicht) des schwarzen Phosphors:
(a) von oben, (b) von der Seite gesehen.

$\parbox{\textwidth}{ \includegraphics[width=.45\textwidth]{/usr/edu... ...raphics[width=.45\textwidth]{/usr/edu/lector/vorlesung_al2/pic/al2_5_P_schw_b}}$

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$P_4-$Dampf leuchtet im Dunkeln. Diese Chemilumineszenz tritt bei der Oxidation auf

$$P_4O_6 + 2O_2 \longrightarrow P_4O_{10}.$$

Arsen, Antimon und Bismut findet man in Form von binären und ternären Sulfiden wie Arsenkies $FeAsS$, Realgar $As_4S_4$, Grauspiessglanz $Sb_2S_3$ und Bismutglanz $Bi_2S_3$. Elementares Arsen kann durch Erhitzen von Arsenkies erhalten werden

$$FeAsS \longrightarrow FeS + As$$

Das graue Arsen ist die stabile Form von As. Es zeigt bei Glanz und Leitfähigkeit metallisches Verhalten.

Abbildung 55: Modifikationen des Arsens

Abbildung 56: (a) Anordnung der Atome in einer Schicht des Gitters von grauem Arsen. In demselben Gittertyp kristallisieren rhomboedrischer Phosphor, graues Antimon und Bismuth.
(b) Strukturausschnitt einer Arsenschicht. Die Abstände zwischen den Schichten sind kleiner als die van der Waals-Abstände und es gibt schwache Bindungen auch zwischen den Schichten entsprechend der Mesomerie.

Sb und Bi können aus den Sulfiden durch Rösten und anschliessende Reduktion der entstandenen Oxide mit Kohle erhalten werden

$$Sb_2S_3 + 5 O_2 \longrightarrow Sb_2O_4 + 3 SO_2$$

$$Sb_2O_4 + 4 C \longrightarrow 2 Sb + 4 CO$$

$$Bi_2O_3 + 3 C \longrightarrow 2 Bi + 3 CO.$$

Die stabilen Formen von Sb und Bi heissen graues Antimon und metallisches Bismut und sind isotyp mit dem grauen Arsen.

Sb und Bi zeigen ebensowie Ge und Ga eine Volumenanomalie beim Schmelzen.

Abbildung 57: Einheitszelle des rhomboedrichen, flächenzentrierten $\alpha$-Bismuths. Die kovalenten Bindungen zwischen den Schichten sind als durchgezogene, die Kontaktstellen als gestrichelte Linien dargestellt.

Mineralienbilder:

• Auripigment
• Antimonit