Stickstoffwasserstoffsäure

Strukturformel
Mesomere Grenzstrukturen der Stickstoffwasserstoffsäure
Allgemeines
Name	Stickstoffwasserstoffsäure
Andere Namen	Azoimid Hydrogenazid
Summenformel	HN3
Kurzbeschreibung	farblose, leicht flüchtige, explosive Flüssigkeit mit stechendem Geruch [1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 7782-79-8 EG-Nummer 231-965-8 ECHA-InfoCard 100.029.059 PubChem 24530 Wikidata Q408925
Eigenschaften
Molare Masse	43,03 g·mol−1
Aggregatzustand	flüssig
Dichte	1,09 g·cm−3 (25 °C)[2]
Schmelzpunkt	−80 °C[2][3]
Siedepunkt	35,7 °C[2][3]
Dampfdruck	523 hPa (20 °C)[2]
pKS-Wert	4,6 (in H2O)[4] 7,9 (in DMSO)[5]
Löslichkeit	unbegrenzt mischbar mit Wasser[2], löslich in Ethanol und Diethylether[6]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[7] 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[7]
MAK	DFG/Schweiz: 0,1 ml·m−3 bzw. 0,18 mg·m−3[2][8]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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:

${\displaystyle \mathrm {N_{2}H_{5}^{+}+HNO_{2}\longrightarrow HN_{3}+H_{2}O+H_{3}O^{+}} }$

Ein Teil der Stickstoffwasserstoffsäure geht über die Reaktion

${\displaystyle \mathrm {HN_{3}+HNO_{2}\longrightarrow N_{2}+N_{2}O+H_{2}O} }$

verloren.

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

${\displaystyle \mathrm {17\ N_{2}H_{4}+16\ HNO_{3}\longrightarrow } }$ ${\displaystyle \mathrm {4\ HN_{3}+4\ NH_{4}NO_{3}+4\ N_{2}O+11\ N_{2}+32\ H_{2}O} }$

• 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:^[9][3]

${\displaystyle \mathrm {2\ NaNH_{2}+NaNO_{3}\longrightarrow \ } }$ ${\displaystyle \mathrm {\ NaN_{3}+2\ NaOH+H_{2}O} }$

• 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.^[10]

Eigenschaften

Stickstoffwasserstoffsäure ist eine farblose, leicht bewegliche und hochexplosive Flüssigkeit. Die Verbindung ist durch Schlag, Reibung, Feuer und andere Zündquellen besonders explosionsgefährlich.^[6] 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.

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°.^[11] 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.^[11]

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

1. ↑ Dale L. Perry, Sidney L. Phillips: Handbook of inorganic compounds. CRC Press, 1995, ISBN 978-0-8493-8671-8, S. 193.
2. ↑ ^{a b c d e f} Eintrag zu CAS-Nr. 7782-79-8 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 11. Februar 2007. (JavaScript erforderlich)
3. ↑ ^{a b c} Eintrag zu Stickstoffwasserstoffsäure. In: Römpp Online. Georg Thieme Verlag, abgerufen am 25. Oktober 2018.
4. ↑ Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0-07-049439-8
5. ↑ Boardwell pk_a-Tabelle
6. ↑ ^{a b} Roth/Weller: Gefährliche Chemische Reaktionen, ecomed Sicherheit, Verlagsgruppe Hüthig Jehle Rehm, Landsberg/Lech, 34. Ergänzungslieferung 8/2001.
7. ↑ ^{a b} GHS Classification Hydrogen azide Japanese Government: Ministry of Health, Labour and Welfare & Ministry of the Environment, abgerufen am 12. November 2015
8. ↑ Schweizerische Unfallversicherungsanstalt (Suva): Grenzwerte – Aktuelle MAK- und BAT-Werte (Suche nach 7782-79-8 bzw. Stickstoffwasserstoffsäure), abgerufen am 2. November 2015.
9. ↑ A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 101. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 1995, ISBN 3-11-012641-9.
10. ↑ G. Brauer (Hrsg.), Handbook of Preparative Inorganic Chemistry 2nd ed., vol. 1, Academic Press 1963, S. 472–4, ISBN 0-12-126601-X.
11. ↑ ^{a b} 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.