Stickstoffwasserstoffsäure

Strukturformel
Struktur von Stickstoffwasserstoffsäure
Mesomere Grenzstrukturen der Stickstoffwasserstoffsäure
Allgemeines
Name	Stickstoffwasserstoffsäure
Andere Namen	Azoimid Hydrogenazid
Summenformel	HN3
Kurzbeschreibung	farblose, leicht flüchtige, explosive Flüssigkeit mit stechendem Geruch <ref>Dale L. Perry, Sidney L. Phillips: Handbook of inorganic compounds. CRC Press, 1995, ISBN 978-0-8493-8671-8, S. 193.</ref>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 231-965-8 ECHA-InfoCard 100.029.059 PubChem 24530 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	43,03 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,09 g·cm−3 (25 °C)<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref>
Schmelzpunkt	−80 °C<ref name="GESTIS" /><ref name=Roempp>Eintrag zu Stickstoffwasserstoffsäure. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum</ref>
Siedepunkt	35,7 °C<ref name="GESTIS" /><ref name=Roempp/>
Dampfdruck	523 hPa (20 °C)<ref name="GESTIS" />
pKS-Wert	4,6 (in H2O)<ref>Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8</ref> 7,9 (in DMSO)<ref>Boardwell pka-Tabelle</ref>
Löslichkeit	unbegrenzt mischbar mit Wasser<ref name="GESTIS" />, löslich in Ethanol und Diethylether<ref name="Roth/Weller">Roth/Weller: Gefährliche Chemische Reaktionen, ecomed Sicherheit, Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm, Landsberg/Lech, 34. Ergänzungslieferung 8/2001.</ref>
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="GHS">GHS Classification Hydrogen azide Japanese Government: Ministry of Health, Labour and Welfare & Ministry of the Environment, abgerufen am 12. November 2015</ref> Gefahrensymbol Gefahrensymbol Gefahr H- und P-Sätze H: 200​‐​319​‐​335​‐​370 P: 201​‐​202​‐​260​‐​261​‐​264​‐​270​‐​271​‐​280​‐​281​‐​304+340​‐​305+351+338​‐​307+311​‐​312 321​‐​337+313​‐​372​‐​374​‐​380​‐​401​‐​403+233​‐​405​‐​501<ref name="GHS" />
MAK	DFG/Schweiz: 0,1 ml·m−3 bzw. 0,18 mg·m−3<ref name="GESTIS" /><ref>Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 7782-79-8 bzw. Stickstoffwasserstoffsäure)Vorlage:Abrufdatum</ref>
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Stickstoffwasserstoffsäure ist eine instabile, äußerst explosive, die Schleimhäute reizende, stechend riechende Flüssigkeit. Das Azid-Ion N₃⁻ ist linear gebaut und isoelektronisch mit Kohlenstoffdioxid. Die Salze der Stickstoffwasserstoffsäure heißen Azide. Aufgrund der Instabilität der Säure werden Azide nicht über die Stickstoffwasserstoffsäure synthetisiert, sondern über Natriumazid. Die Stickstoffwasserstoffsäure wird durch die Reaktion von Schwefelsäure mit Natriumazid gewonnen.

Gewinnung und Darstellung

• Durch Reaktion von Salpetriger Säure mit Hydrazin im Überschuss in wässriger Salpetersäure oder Perchlorsäure bei einer H⁺-Konzentration von über 0,2 mol/l:

<math>\mathrm{N_2H_5^+ + HNO_2 \longrightarrow HN_3 + H_2O + H_3O^+}</math>

Ein Teil der Stickstoffwasserstoffsäure geht über die Reaktion

<math>\mathrm{HN_3 + HNO_2 \longrightarrow N_2 + N_2O + H_2O}</math>

verloren.

• Durch Oxidation von Hydrazin mit wässriger, 10%iger Salpetersäure bei etwa 40 °C mit einer Ausbeute von etwa 35 %:

<math>\mathrm{17 \ N_2H_4 + 16 \ HNO_3 \longrightarrow}</math> <math>\mathrm{4 \ HN_3 + 4 \ NH_4NO_3 + 4 \ N_2O + 11 \ N_2 + 32 \ H_2O}</math>

• Durch Elektrolyse einer gesättigten Lösung von Hydraziniumsulfat in 20%iger Schwefelsäure bei 0 °C und hoher anodischer Stromdichte.

• Durch Umsetzung von Natriumamid mit Natriumnitrat in flüssigem Ammoniak bei 100 °C unter Druck:<ref>A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9.</ref><ref name=Roempp/>

<math>\mathrm{2 \ NaNH_2 + NaNO_3 \longrightarrow \ }</math> <math>\mathrm{ \ NaN_3 + 2 \ NaOH + H_2 O}</math>

• Die Methode, Natriumazidlösung mit Schwefelsäure zu neutralisieren und zu destillieren, führt zu unkontrollierten Explosionen. Günther und Meyer empfehlen daher, für die Herstellung von reiner Stickstoffwasserstoffsäure von reinem Natriumazid und Stearinsäure auszugehen.<ref>G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 472–4, ISBN 0-12-126601-X.</ref>

Eigenschaften

Stickstoffwasserstoffsäure ist eine farblose, leicht bewegliche und hochexplosive Flüssigkeit. Die Verbindung ist durch Schlag, Reibung, Feuer und andere Zündquellen besonders explosionsgefährlich.<ref name="Roth/Weller" /> Wasserfreie Stickstoffwasserstoffsäure explodiert beim Erwärmen und bei geringer Erschütterung. Konzentrierte Lösungen dürfen weder erhitzt noch plätschernd umgefüllt noch mit dem Gefäß hart aufgesetzt werden. Verdünnte wässrige Lösungen bis 20 % HN₃ sind nicht explosiv. Als Behältermaterial sind Polyethylen, Glas, Edelstahl, Aluminium und Titan geeignet.

Datei:Hydrazoic acid anion.svg

N₃⁻, das Anion der Stickstoff­wasserstoffsäure

Die Stickstoffatome der Stickstoffwasserstoffsäure sind wegen der auftretenden Grenzstrukturen nicht linear angeordnet. Der Bindungswinkel am mittleren Stickstoffatom beträgt 173,3°, der Bindungswinkel beim Wasserstoffatom 108,8°.<ref name="Holle">A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1, S. 681.</ref> Dagegen ist das Azidion (N₃-Ion) linear aufgebaut. Die Stickstoff-Stickstoff-Bindungen besitzen auch unterschiedliche Längen. Dabei beträgt die H–N-Bindungslänge gasförmiger Stickstoffwasserstoffsäure 101,5 pm.<ref name="Holle" />

Strukturformel der Stickstoffwasserstoffsäure mit Bindungswinkeln und Bindungslängen.

Verbindungen

Die Salze der Stickstoffwasserstoffsäure sind in manchen Eigenschaften den Chloriden ähnlich. Silberazid und Bleiazid sind farblos, schwerlöslich und hochexplosiv. Natriumazid (NaN₃) ist in Wasser leicht löslich (420 g/L), lässt sich unzersetzt schmelzen und zerfällt ab 300 °C in kontrollierbarer Reaktion in metallisches Natrium und Stickstoff. Kupferazid Cu(N₃)₂ ist extrem brisant und explodiert oft schon bei Berührung.

Toxikologie

Stickstoffwasserstoffsäure ist sehr giftig, stark schleimhautreizend und hat einen unerträglichen durchdringenden Geruch. Beim Einatmen geringer Mengen entsteht zunächst ein Druckgefühl in der Nase.

Die tödliche Dosis beträgt weniger als 5 mg pro kg Körpergewicht. Vergiftungssymptome sind Übelkeit, Kopfschmerz, Schwindel, Blutdruckabfall und Herzrasen.

Einzelnachweise

<references />