Give me five ! Mystery Cache

Die Elemente der Stickstoffgruppe

Pnictogene ist ein selten benutzter Begriff für die Stickstoffgruppe (5. Hauptgruppe). Hierzu zählen die Elemente Stickstoff, Phosphor, Arsen, Antimon und Bismut sowie das künstlich erzeugte, instabile Ununpentium. Diese Elemente haben 5 Elektronen in der äußersten Schale. Abgesehen von dieser Gemeinsamkeit handelt es sich um ganz unterschiedliche Stoffe.

Noch bis ins 17. Jahrhundert hielt man Luft für einen einheitlichen Stoff und wußte nicht, dass es eine Mischung aus verschiedenen Gasen ist. Hauptbestandteil mit 78% ist Stickstoff, ein sehr stabiles Molekül aus 2 Stickstoffatomen. Eine starke Dreifachbindung hält die beiden Atome fest zusammen. Obwohl N₂ sehr reaktionsträge ist, können einige Bakterien den Stickstoff aus der Luft in Verbindungen umwandeln. Das Enzym Nitrogenase macht es möglich. Die Reaktion des Stickstoffs mit Sauerstoff in der Luft geschieht nur unter hoher Energieeinwirkung wie z.B. bei Gewitterblitzen. Dabei passiert folgendes: die Kraft der elektrischen Entladung führt zur Bildung von Stickoxiden. Regenwasser bildet mit Stickoxiden Salpetersäure und transportiert diese aus der Luft in den Boden.

Im Gegensatz zum Stickstoff ist Phosphor sehr reaktiv. Die Phosphoratome verbinden sich zu unterschiedlichen Strukturen, zB zu Tetraedern aus 4 Phosphoratomen, gewellten Schichten oder Röhren. Jede Struktur (Modifikation) hat eine andere Farbe; die bekanntesten Modifikationen sind:
Weißer Phosphor (besteht aus P₄-Molekülen in Tetraederform)
Roter Phosphor
Violetter Phosphor
Schwarzer Phosphor

1669 wurde weißer Phosphor entdeckt, als ein Alchimist in Hamburg auf der Suche nach dem Stein der Weisen war, der unedle Metalle in Silber umwandeln sollte. Durch Destillation von menschlichem Harn blieb ein Stoff zurück, der nach weiterer Behandlung im Dunkeln leuchtete. Phosphorus (griechisch) bedeutet „Lichtträger“. Weißer Phosphor schmilzt bei 44 C°, bei Raumtemperatur ist er wachsweich. Er ist giftig und muß unter Wasser aufbewahrt werden, weil er sich sonst von selbst an der Luft entzünden kann. Wenn Phosphor brennt, kann der Brand aber nicht mit Wasser gelöscht werden. Man muß Sand verwenden, um die Flamme zu ersticken. Die anderen Phosphormodifikationen sind nicht giftig und schmelzen oder sublimieren erst bei viel höheren Temperaturen. Roter Phosphor befindet sich auf der Reibfläche von Streichholzschachteln.

Arsen, eins der giftigsten Elemente, besitzt mehrere Modifikationen:
Graues Arsen, metallisch glänzend, stromleitend
Gelbes Arsen, nichtmetallisch, nichtleitend, Struktur wie weißer Phosphor
Schwarzes Arsen, nichtmetallisch, nichtleitend

Einige Mineralien aus Schwefelverbindungen des Arsens, wie zB das leuchtend gelbe Auripigment und das rot-orange Realgar, wurden früher (Antike) zur Herstellung von Farben für Malerei und Schminke verwendet. Heutzutage ist diese Verwendung aufgrund der Giftigkeit verboten. Arsenik (Arsentrioxid), war früher häufigstes Mordgift, bis 1836 eine Methode zum Nachweis gefunden wurde: die Marshsche Probe. Seit einigen Jahren ist Arsenik in der EU als Wirkstoff zur Behandlung einer seltenen Form der Leukämie zugelassen.
Arsen kommt praktisch überall im Boden in sehr geringen Konzentrationen vor. Als natürliche Ursache für das in der Atmosphäre vorkommende Arsen gelten Vulkanausbrüche. Ein großer Teil an freigesetztem Arsen entstammt aber auch der Verbrennung fossiler Brennstoffe wie Kohle oder Erdöl. Durch Auswaschungen aus arsenhaltigen Erzen gelangt das Element ins Grundwasser. Laut WHO ist ein Gehalt von 10 Mikrogramm Arsen pro Liter Trinkwasser noch akzeptabel. In manchen Regionen ist der Arsengehalt des Wassers auf natürliche Weise viel höher und ruft Gesundheitsschäden hervor (zB in Bangladesh). Zur schnellen Bestimmung der Arsenmenge im Wasser gibt es einen einfachen Test, der spezielle Bakterien als Biosensoren enthält, die bei Aufnahme von Arsen leuchten.

Antimon findet man in der Natur in gediegener (metallischer) Form und in Form von Mineralien. Von Antimon sind drei Modifikationen bekannt:
Graues, metallisches Antimon, stromleitend
Gelbes Antimon, gasförmig, sehr instabil, Struktur wie weißer Phosphor
Schwarzes Antimon, nichtleitend

Das metallische Antimon ist sehr spröde. Bei Antimon tritt eine Dichteanomalie auf, d.h. Geschmolzenes Antimon dehnt sich beim Festwerden aus. Die Dichteanomalie nutzt man u.a. bei Zinn- und Blei-Antimon-Legierungen aus. So kann man die flüssigen Legierungen in die Gussform gießen und das Antimon sorgt dafür, dass sich die Flüssigkeit vor dem Aushärten richtig einpasst (es gibt zB Angelköder aus Antimonlegierung).
Antimonverbindungen werden vielseitig verwendet: Antimontrioxid als Flammschutzmittel in Kunststoffen für Auto-Innenauskleidungen, Computern, Fernsehern. Die Bremsbeläge der meisten Fahrzeuge enthalten als Gleitmittel Antimonsulfid. Bei jedem Bremsvorgang wird der Stoff abgerieben und in die Umgebung entlassen. Antimon wird bei der Herstellung von einigen Kunststoffen wie zB PET als Katalysator zugegeben.

Bismut ist schon seit dem Mittelalter bekannt (frühere Bezeichnung Wismut). Um ca. 1463 wurden im sächsichen Erzgebirge Bismut-Erze abgebaut. Erst 1775 hat man erkannt, dass es sich um ein anderes Metall handelt, als die bis dahin bekannten. Im 16. - 18. Jahrhundert war Bismutpulver in der Malerei sehr beliebt (Wismutmalerei). Um 1614 gab es in Nürnberg sogar eine eigene Innung der Wismutmaler. Das Pulver wurde auf den Untergrund gestreut und mit einem Polierstein geglättet, wodurch ein silberner Glanz entstand. Auf diesen silbrigen Grund malte man dann mit verschiedenen Farben, und der durchscheinende silbrige Glanz machte das Bild kostbar.
Heutzutage wird Bismut u.a. zur Herstellung von niedrig schmelzenden Legierungen gebraucht. Ein Beispiel ist Woodsches Metall; es enthält 50% Bismut, hat einen Schmelzpunkt zwischen 60° und 70° C und wird für elektrische Sicherungen sowie in Brandmeldern und Sprinkleranlagen verwendet.
Ein großer Teil (bis zu 75%) der jährlichen weltweiten Bismutproduktion von etwa 5700 t (Stand 2007) geht in die pharmazeutische Industrie. Die antiseptische und antimikrobielle Wirkung nutzt man zur Herstellung von Magentherapeutika und Salben. Bismutnitrat wirkt beispielsweise desinfizierend, geruchsbeseitigend und blutstillend und wird daher für pharmazeutische Bismut-Präparate und als Röntgenkontrastmittel eingesetzt. Bismut-Verbindungen sind auch in einigen Cremes und Haarfärbeprodukten enthalten.