Reaktion von Stickstoff mit Magnesium

von Marlene Eberl

Thema: Stickstoff II Tags: Stickstoff in Luft, Redoxreaktion, Stickstoffreaktion Klassenstufen: 7-8 Versuchsart: LV

Ziel des Versuchs: Dieser Versuch zeigt die Reaktion von Stickstoff aus der Luft mit Magnesium.

Materialien

2 Kolbenprober, Verbrennungsrohr, durchbohrte Gummistopfen mit Glasrohr, Drei-Wege-Hahn, Schlauchverbindungen, Porzellanschiffchen, Bunsenbrenner

Optional: Reagenzglas, Universalindikatorpapier

Chemikalien

Magnesiumpulver, Luft

Gefahrstoff H-Sätze P-Sätze GHS
Magnesium H228-H261-H252--

Durchführung

Die Versuchsapparatur wird wie in der unten aufgeführten Skizze aufgebaut. 1 g Magnesiumpulver wird abgewogen und auf dem Porzellanschiffchen in das Verbrennungsrohr geschoben. Mit Hilfe des Drei-Wege-Hahns werden in einen Kolbenprober 50 mL Luft gesaugt. Anschließend wird der Drei-Wege-Hahn so eingestellt, dass der Durchgang zum Verbrennungsrohr offen ist. Mit rauschender Bunsenbrennerflamme wird das Magnesium erhitzt, währenddessen wird einige Male langsam Luft über das Magnesium geleitet (mit den Kolbenprobern), bis die Reaktion vollständig abgelaufen ist. Nach dem Abkühlen der Apparatur wird das Gasvolumen in der Apparatur am Kolbenprober abgelesen.

Optional: Ein Teil des Reaktionsproduktes wird in ein Reagenzglas gegeben, mit einigen Tropfen Wasser versetzt und mit dem feuchten Universalindikator getestet. Abschließend ist eine Geruchsprobe durchzuführen.

Beobachtung

Zuerst schiebt sich der Kolbenprober auf ein Volumen von etwa 60 mL heraus, dann leuchtet das Magnesiumpulver hell auf, wenn die Luft darüber geleitet wird. Das Volumen nach dem Abkühlen beträgt etwa 45 mL. Das Produkt ist in der Mitte grau-weiß, an den Rändern grünlich-grau.

Optional: Das Produkt löst sich in Wasser, es entstehen Bläschen. Bei der Geruchsprobe wird ein Ammoniakgeruch festgestellt und das feuchte Universalindikatorpapier färbt sich blau.

Abb. 1: Versuchsaufbau
Abb. 2: Reaktionsprodukt

Deutung

Es haben circa 15 mL Luft mit dem Magnesium reagiert. Die Volumenabnahme ist größer als der Sauerstoffanteil in der Luft, es hat also neben Sauerstoff auch Stickstoff mit dem Magnesium reagiert. Deswegen hat das Reaktionsprodukt auch zwei Farben: Bei dem weißen Produkt handelt es sich um Magnesiumoxid, beim grünlich-grauen Produkt um Magnesiumnitrid.

Magnesium + Sauerstoff → Magnesiumoxid   2 Mg (s) + O2 (g) → 2 MgO (s)
Magnesium + Stickstoff → Magnesiumnitrid  3 Mg (s) + N2 → Mg3N2 (s)

Optional: Beim Lösen des Produktes reagiert das Magnesiumnitrid zu Ammoniak und Magnesiumoxid. Ammoniak reagiert bei Kontakt mit Wasser basisch, wodurch das Universalindikatorpapier blau gefärbt wird.

Entsorgung

Die Reste werden mit Wasser versetzt und über das Abwasser entsorgt. Feststoffe kommen in den Hausmüll.

Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Auch dieser Versuch lässt sich sehr gut im Zusammenhang mit dem Thema Luft und deren Bestandteilen einsetzen. Man sollte allerdings bedenken, dass das Abkühlen der Apparatur einige Zeit in Anspruch nimmt und der Versuch daher nicht für eine Einzelstunde geeignet ist. Außerdem muss die Auswertung dem Niveau der Klasse angepasst werden und gegebenenfalls didaktisch reduziert werden.

Literatur

H. Boeck, H. Keune, Chemische Schulexpermente Band 1: Anorganische Chemie, Cornelsen, 1. Auflage, 2. Druck, 2009, S. 126.


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