4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe

4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Die Elemente - Bariummineralien sind: + Witherit BaCO3 + Schwerspat BaSO4

Darstellung und Verwendung - Erdalkalimetalle können durch chemische Reduktion oder durch Schmelzflußelektrolyse dargestellt werden - technisch wird die Schmelzflußelektrolyse zur Herstellung von Be und Mg eingesetzt

Darstellung und Verwendung - Be - für die Schmelzflußelektrolyse zur Herstellung von Be werden BeO ·5 BeF2 oder Mischungen aus BeCl2 und NaCl verwendet - chemische Reduktion von BeF2 im Graphittiegel:

Darstellung und Verwendung - Be - Verwendung von Be: + Legierungsbestandteil + Neutronenmoderator bei Kernreaktionen 3: Steuerstäbe

Darstellung und Verwendung - Be - Verwendung von Be: + Legierungsbestandteil + Neutronenmoderator bei Kernreaktionen + aufgrund geringer Absorption von Röntgenstrahlung Anfertigung von Austrittsfenstern für Röntgenröhren

Darstellung und Verwendung - Mg - 80 % der Weltproduktion an Magnesium wird durch Schmelz- elektrolyse von MgCl2 hergestellt - wasserfreies MgCl2 erhält man durch Umsetzung von MgO mit Koks und Chlor

Darstellung und Verwendung - Mg - Magnesiumverwendungen: + Legierungsbestandteil (geringe Dichte)

Darstellung und Verwendung - Mg - Magnesiumverwendungen: + Legierungsbestandteil (geringe Dichte) + Elektronmetalle (90 % Mg, Si, Al, Zn, Mn, Cu) sind gegen Alkalien und selbst Flußsäure beständig + Reduktionsmittel in der Metallurgie

Darstellung und Verwendung - Ca - Calcium kann durch Elektrolyse von geschmolzenem CaCl2 im Gemisch mit CaF2 oder KCl bei 700 °C hergestellt werden - technische Darstellung durch Aluminothermie: - Ca wird in der Metallurgie als Reduktionsmittel zur Darstellung von Ti, Zr, Cr und U verwendet

Darstellung und Verwendung - Ba - Barium wird durch Reduktion von BaO mit Al oder Si bei 1200 °C im Vakuum hergestellt; von Bariumsulfat (Baryt, Schwerspat) aus- gehend werden folgende Reaktionsschritte durchlaufen:

Darstellung und Verwendung - Ba -

Darstellung und Verwendung - Ba, Ra - Ba wird als Gettermetall zur Hochvakuumerzeugung in Elektronenröhren benutzt - Ra wird bei der Aufarbeitung von Uranerzen gewonnen (0,34 g / t U) met. Ra als Strahlenquelle Ziffern aus Ra

Berylliumverbindungen - Be unterscheidet sich stärker von den anderen Elementen der 2. HG - Ionisierungsenergie und EN sind wesentlich größer, Ionenradius Be2+ ist viel kleiner, Be - Verbdg. sind daher kovalenter - Be bildet mit zwei sp-Hybridorbitalen lineare BeX2 - Moleküle - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4:

Berylliumverbindungen - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4: + Dreizentrenbindungen wie im polymeren (BeH2)n

Berylliumverbindungen - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4: + Koordinative Bindungen wie im polymeren kettenförmigen (BeCl2)n

Berylliumverbindungen - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4: + Funktion als Lewissäure:

Berylliumverbindungen - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4: + (p-p)p-Bindungen wie im gasförmigen BeCl2:

Berylliumverbindungen - zwischen isoelektronischen Beryllium-Fluor und Silicium- Sauerstoff-Verbindungen existieren erstaunliche Isotypien:

Berylliumverbindungen - Berylliumhydrid BeH2 ist eine feste, weiße, nichtflüchtige polymere Substanz - es ist luft- und feuchtigkeitsempfindlich, dem Al-Hydrid ähnlich

Berylliumverbindungen - Berylliumhydroxid Be(OH)2 fällt als weißer, gallertartiger Niederschlag beim Zugabe von Basen zu Be-Salz-Lösungen - das frisch gefällte Produkt ist amphoter: - durch Kochen oder Stehen altert Be(OH)2 und ist dann schwerer lösl.

Berylliumverbindungen - Berylliumoxid BeO wird durch Erhitzen von Berylliumhydroxid als lockeres, weißes Pulver erhalten, das sich in Säuren löst - hochgeglüht ist es säureunlöslich und wir zur Herstellung von Tiegeln für Hochtemperaturreaktionen verwendet - Mohs-Härte 9 - BeF2 ist isoelektronisch mit SiO2 und erstarrt wie dieses glasartig - es löst sich in Wasser und bildet Beryllate BeF3-, BeF42-, Be2F73-

Berylliumverbindungen - Berylliumchlorid BeCl2 entsteht durch Erhitzen von Be im trockenen Chlor- oder Hydrogenchloridstrom: - es bildet farblose, hygroskopische Nadeln mit Kettenstruktur - BeCl2 löst sich gut in Wasser und Ethanol und bildet Addukte

Magnesiumverbindungen - Mg ist ein starkes Reduktionsmittel, mit dem bei hohen Temperaturen SiO2 und B2O3 reduziert werden können - Mg ist elektropositiver als Be, daher sind Mg-Verbdg. heteropolarer - bevorzugte Koordinationszahl ist 6 - [Mg(H2O)6]2+-Ionen reagieren im Gegensatz zu [Be(H2O)4]2+-Ionen nicht sauer

Magnesiumverbindungen - Magnesiumhydrid MgH2 ist weiß, fest und nichtflüchtig und besitzt Ionencharakter; Darstellung: - oder durch thermische Zersetzung von Diethylmagnesium im Hoch- vakuum

Magnesiumverbindungen - Magnesiumoxid MgO entsteht durch Verbrennung von Mg an der Luft mit blendend weißem Licht :

Magnesiumverbindungen - Magnesiumoxid MgO entsteht durch Verbrennung von Mg an der Luft mit blendend weißem Licht - technisch erhältlich ist MgO wie folgt: - MgO ist weiß und kristallisiert in der NaCl-Struktur

Magnesiumverbindungen - durch Erhitzen von Mg(OH)2 erhält man lockeres MgO (magnesia usta, das in der Medizin als Neutralisationsmittel Verwendung findet

Magnesiumverbindungen - durch Erhitzen von Mg(OH)2 erhält man lockeres MgO (magnesia usta, das in der Medizin als Neutralisationsmittel Verwendung findet - Mischungen von MgO und konz. MgCl2 - Lösungen erhärten steinartig (Magnesiazement, Sorelzement) unter Bildung basischer Chloride vom Typ MgCl2 ·3 Mg(OH)2 · 8 H2O + fugenlose Fußböden (Steinholz, Kunstmarmor) + künstliches Elfenbein (Billardkugeln, Kunstgegenstände)

Magnesiumverbindungen - Magnesiumhydroxid Mg(OH)2 wird aus MgCl2-Lösungen und Kalkmilch Ca(OH)2 hergestellt: - es ist ein farbloses Pulver, das in Wasser schwer- in Säuren leicht löslich ist - als basiches Oxid löst es sich nicht in Laugen

Magnesiumverbindungen - Magnesiumchlorid MgCl2 kristallisiert aus wäßrigen Lösungen als Hexahydrat [Mg(H2O)6]Cl2 - beim Entwässern des Hexahydrats entstehen unter HCl-Abspaltung basische Chloride: - MgCl2 ist blättrig-kristallin und sehr hygroskopisch

Magnesiumverbindungen - Magnesiumfluorid MgF2 kristallisiert in der Rutilstruktur und wird zur Vergütung von Linsen verwendet (Verhinderung von Spiegelungen) - Magnesiumcarbonat MgCO3 kann mit überschüssigen CO2 aus Alkalimetalcarbonatlösungen aus - das basische Carbonat 4 MgCO3 · Mg(OH)2 ·4 H2O wird in der Medizin als Neutralisationsmittel verwendet, daneben als Füllstoff in Pudern, Putzpulvern, Papier und Kautschuk; Farbpigment

Magnesiumverbindungen - Magnesiumsulfat MgSO4 bildet eine Reihe von Hydraten - bei RT kristallisiert das zu den Vitriolen gehörende Heptahydrat MgSO4 ·7 H2O (Bittersalz, Verwendung als Abführmittel) - Grignardverbindungen sind Verbindungen des Typs RMgX (X = Halogen, R = organischer Rest) - Darst. durch Einwirkung von Organylhalogeniden RX auf aktiviertes Magnesium in Donorlösungsmitteln (Ether, THF)

Magnesiumverbindungen - Grignardverbindungen sind Verbindungen des Typs RMgX (X = Halogen, R = organischer Rest) - Darst. durch Einwirkung von Organylhalogeniden RX auf aktiviertes Magnesium in Donorlösungsmitteln (Ether, THF) - Verwendung der Grignard-Verbindung als Alkylierungs- und Arylierungsmittel:

Magnesiumverbindungen - Verwendungen für Grignard-Verbindungen

Calciumverbindungen - CaH2 ist eine weiße, kristalline Masse - CaH2 ist heteropolar aufgebaut, Fluorit-Struktur - Darstellung, Reaktion und Verwendung:

Calciumverbindungen - CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist eine weiße, amorphe Masse - großtechnische Darstellung durch Erhitzen von Kalkstein CaCO3 auf °C (Kalkbrennen)

Calciumverbindungen - CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist eine weiße, amorphe Masse - großtechnische Darstellung durch Erhitzen von Kalkstein CaCO3 auf °C (Kalkbrennen) - CaO reagiert mit Wasser unter starker Wärmeentwicklung zu Ca(OH)2 (Kalklöschen) - CaO wird verwendet zur Herst. von Luftmörtel, CaC2, Chlorkalk, Glas

Calciumverbindungen - Ca(OH)2 ist im trockenen Zustand ein weißes Pulver, das bei 450 °C Wasser abspaltet: - in 1 l Wasser lösen sich nur 1,26 g Ca(OH)2 bei 20 °C (Kalkwasser) - Suspension heißt Kalkmilch und dient als Anstrichfarbe und billige Industrie-Base

Calciumverbindungen - CaCl2 entsteht technisch als Abfallprodukt bei der Sodaherstellung - das aus wäßr. Lösungen kristallisierende Hexahydrat kann zum wasserfreien CaCl2 entwässert werden - es ist weiß, sehr hygroskopisch und wird als Trockenmittel verwendet - Aus Eis und [Mg(H2O)6]Cl2 lassen sich Kältemischungen herstellen

Calciumverbindungen - CaCO3 kristallisiert in den drei Modifikationen Calcit (Kalkspat), Aragonit, Vaterit - aus Calcitkristallen bestehen Kalkstein, Kreide und Marmor

Calciumverbindungen - CaCO3 kristallisiert in den drei Modifikationen Calcit (Kalkspat), Aragonit, Vaterit - aus Calcitkristallen bestehen Kalkstein, Kreide und Marmor - Kalkstein enthält neben Calcit bis zu 10 % Ton, bei % ergibt sich Mergel - Kreide ist CaCO3, gebildet aus Schalentrümmern von Einzellern in der Kreidezeit - Marmor ist sehr reiner grobkristalliner Calcit

Calciumverbindungen - CaCO3 und wird hauptsächlich in der Baustoffindustrie verwendet, findet aber auch Verwendung als Zusatz in Putzmitteln oder Radiergummis

Calciumverbindungen - CaSO4 kommt in der Natur als CaSO4 (Anhydrit) und CaSO4 · 2 H2O (Gips) vor

Calciumverbindungen - CaSO4 kommt in der Natur als CaSO4 (Anhydrit) und CaSO4 · 2 H2O (Gips) vor - aus wäßrigen Lösungen kristallisiert CaSO4 unterhalb 66 °C als Gips, oberhalb als Anhydrit - bei 120 °C geht Gips in „gebrannten Gips“ über:

Calciumverbindungen - bei 120 °C geht Gips in „gebrannten Gips“ über: - mit Wasser bindet er wieder zu Gips (CaSO4 · 2 H2O) ab

Calciumverbindungen - bei 120 °C geht Gips in „gebrannten Gips“ über: - mit Wasser bindet er wieder zu Gips (CaSO4 · 2 H2O) ab - weiteres Erhitzen von gebranntem Gips führt zu Stuckgips:

Calciumverbindungen - bei °C wird Gips „totgebrannt“, - oberhalb 1200 °C folgt thermische Zersetzung:

Calciumverbindungen - Calciumcarbid CaC2 wird zu Acetylen (Ethin) und Kalkstickstoff weiterverarbeitet - großtechnische Herstellung (ca. 10 Mio. jato) aus Kalk und Koks im Lichtbogen eines elektrischen Ofens - „Carbidgeruch“ kommt von der Hydrolyse des bei der Herstellung sich aus Calciumphosphatverunreinig. bildenden Calciumphosphids

Calciumverbindungen - Kalkstickstoff ist ein Gemisch aus Calciumcyanamid CaCN2 und Kohlenstoff

Calciumverbindungen - Kalkstickstoff ist ein Gemisch aus Calciumcyanamid CaCN2 und Kohlenstoff - Im Boden bildet sich durch Bakterien Ammoniak

Calciumverbindungen - Mörtel: Bindemittel, die mit Wasser angerührt erhärten - man unterscheidet von Wasser angreifbaren Luftmörtel und wasserbeständigen Wassermörtel - Luftmörtel: + Kalkmörtel, Brei aus gelöschtem Kalk und Sand, Erhärtung beruht auf Calciumcarbonatbildung unter Beteiligung des Kohlenstoffdioxids der Luft

Calciumverbindungen - Luftmörtel: + Kalkmörtel, Brei aus gelöschtem Kalk und Sand, Erhärtung beruht auf Calciumcarbonatbildung unter Beteiligung des Kohlenstoffdioxids der Luft + Gipsmörtel ist eine Suspension von gebranntem Gips, beim Abbinden dehnt sich die Masse um 1 % aus (Gipsabgüsse, Rabitzwände, Estrichgips)

Calciumverbindungen - Wassermörtel: Zement entsteht beim Brennen von Gemischen aus Kalkstein und Ton bei 1450 °C, hierbei bilden sich + Calciumferrite + Calciumsilicate + Calciumaluminate - beim Abbinden entstehen kompliziert zusammengesetzte Hydrate

Bariumverbindungen - lösliche Bariumsalze (z.B. BaCl2) sind giftig (BaCO3 Rattengift) - Ba(NO3)2 dient in der Pyrotechnik als Grünfeuer

Bariumverbindungen - lösliche Bariumsalze (z.B. BaCl2) sind giftig (BaCO3 Rattengift) - Ba(NO3)2 dient in der Pyrotechnik als Grünfeuer - Bariumsulfat BaSO4 ist die wichtigste natürliche Ba-Verbindung - wasserunlöslich und chemisch sehr beständig - Zersetzung oberhalb 1400 °C

Bariumverbindungen - Bariumsulfat BaSO4 wird als weiße Malerfarbe verwendet (Permanentweiß), weiterhin als Füllstoff in der Papier- und Gummiindustrie - Verwendung als Röntgenkontrastmittel

Bariumverbindungen - Bariumoxid BaO wird technisch durch Zersetzung des Carbonates in Gegenwart von Kohle hergestellt: - Mit Wasser reagiert BaO zu Bariumhydroxid Ba(OH)2

Bariumverbindungen - Bariumperoxid BaO2 wird technisch bei 2 bar im Luftstrom hergestellt - bei erhöhter Temperatur und vermindertem Druck (le Chatelier!) wird der Sauerstoff wieder abgegeben - das mit verdünnten Säuren entstehende Ba2O2 wird als Bleichmittel verwendet

5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften -

Gruppeneigenschaften  Li

Gruppeneigenschaften  Li Na 

Gruppeneigenschaften  Li Na   K

Gruppeneigenschaften  Li Na   K Rb 

Gruppeneigenschaften  Li Na  Cs   K Rb 

Gruppeneigenschaften  Li Na   Fr Cs   K Rb 

Gruppeneigenschaften

Gruppeneigenschaften - die Elemente

Gruppeneigenschaften -

Gruppeneigenschaften - reaktionsfähigste Metalle, stärkste Reduktionsmittel - in stabilen Verbindungen fast ausschließlich Oxidationszahl +1 - Reaktion mit Wasser zu Hydroxiden MeIOH: + Li, Na nur unter H2-Entwicklung + K und Rb unter spontaner H2 - Entzündung + Cs reagiert explosionsartig

Gruppeneigenschaften - reaktionsfähigste Metalle, stärkste Reduktionsmittel - in stabilen Verbindungen fast ausschließlich Oxidationszahl +1 - Reaktion mit Wasser zu Hydroxiden MeIOH - Wasserstoff wird zum Hydridion reduziert: Me + 0,5 H2  Me+H- - Reaktion mit Sauerstoff zu + Lithiumoxid + Natriumperoxid + K, Rb, Cs zu Hyperoxiden

Gruppeneigenschaften - Halogenide sind stabile Ionenverbindungen - aufgrund des Ionentadius‘ ähnelt NH4+ den Ionen K+ und Rb+ - Lithium unterscheidet sich stärker von seinen Homologen und ähnelt mehr dem Magnesium (Schrägbeziehung): + Löslichkeiten und Basizitäten der Hydroxide sind ähnlich + Phosphate, Carbonate, Fluoride von Li und Mg schwerlöslich + Carbonate thermisch leicht zersetzlich + Li und Mg bilden hydrolysierbare Nitride, andere Alkalimet. nicht + LiCl und MgCl sind im Gegensatz zu NaCl hygroskopisch + Oxidation von von Li und Mg liefert normale Oxide

Gruppeneigenschaften - Alkalimetalle sind weiche Metalle, mit dem Messer schneidbar - Li, Na, K leichter als Wasser, Li ist das leichteste aller festen Elemente - Li, Na, K, Rb sind silberweiß, Cs hat einen Goldton

Gruppeneigenschaften - Alkalimetalle sind weiche Metalle, mit dem Messer schneidbar - Li, Na, K leichter als Wasser, Li ist das leichteste aller festen Elemente - Li, Na, K, Rb sind silberweiß, Cs hat einen Goldton - Fp., Kp. sind niedrig und nehmen mit Z ab - im Festkörper vorwiegend kubisch-raumzentriert, in der Gasphase zweiatomige Moleküle Me-Me - Li ist das unedelste Metall / bei allen Akalimetallen bildet sich an der Luft eine Hydroxidschicht, daher Aufbewahrung unter Luftabschluß

Vorkommen - Lithium Alle Alkalimetalle kommen in der Natur nur in gebundener Form vor - wichtige Lithiummineralien sind: + Amblygonit (Li, Na)AlPO4(F, OH) + Spodumen LiAl[Si2O6], ein Kettensilicat + Lepidolith KLi1,5Al1,5[AlSi3O10](OH,F)2 (ein Glimmer) + Petalit (Kastor) Li[AlSi4O10] (ein Tektosilicat)

Vorkommen - Natrium Natrium und Kalium gehören zu den 10 häufigsten Elementen der Erdkruste Die meistverbreiteten Natriummineralien sind Tektosilicate: - Natronfeldspat (Albit) Na[AlSi3O8] Norwegen

Vorkommen - Natrium Natrium und Kalium gehören zu den 10 häufigsten Elementen der Erdkruste Die meistverbreiteten Natriummineralien sind Tektosilicate: - Natronfeldspat (Albit) Na[AlSi3O8] - Kalk-Natron-Felspate (Plagioklase, Mischungen zwischen Albit und Anorthit Ca[Al2Si3O8]

Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit)

Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit), bergmännische Gewinnung

Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit) - Soda Na2CO3  10 H2O Sodagewinnung im ausgehenden Mittelalter

Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit) - Soda Na2CO3  10 H2O - Trona Na2CO3  NaHCO3  2 H2O - Thenardit Na2SO4 - Kryolith Na3AlF6, weitgehend abgebaut - Meerwassergehalt 3 %, ca. 10-fache Masse fester Vorkommen

Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit), Gewinnung aus dem Meer Salinen

Vorkommen - Kalium - wichtigste Vorkommen wie bei NaCl in Lagerstätten: + Sylvin KCl

Vorkommen - Kalium - wichtigste Vorkommen wie bei NaCl in Lagerstätten: + Sylvin KCl + Carnallitt KCl ·MgCl2 · 6 H2O + Kainit KCl ·MgSO4 · 3 H2O - häufigste Kaliummineralien sind: + Kalifeldspat K[AlSi3O8] + Kaliglimmer Muskovit KAl2[AlSi3O10](OH,F)2

Vorkommen - Rubidium, Cäsium, Francium - Rb und Cs sind Begleiter der anderen Alkalimetalle: + Lepidolith enthält ca. 1 % Rb + selten ist das Tektosilicat Pollux Cs[AlSi2O6] · 0,5 H2O

Darstellung und Verwendung - chemische Reduktion zur Elementdarstellung ist aufgrund der Standardpotentiale schwierig - Elektrolyse wäßriger lösungen aufgrund Entladung und Abscheidung von Wasserstoff ebenfalls untauglich - daher Schmelzelektrolyse technische Herstellungsmethode für Li und Na

Darstellung und Verwendung - Na wird heute nach dem Downs-Verfahren hergestellt durch CaCl2 herabgesetzte Schmelztemp. von 600 °C, 11 kWh / kg Na

Darstellung und Verwendung - Li wird durch Schmelzelektrolyse eines eutektischen Gemisches von LiCl und KCl bei 450 °C hergestellt - im Labor Li-Gewinnung durch Elektrolyse einer LiCl-Lösung in Pyr. - K wir durch chemische Reduktion von geschmolzenem KCl mit metallischem Na bei 850 °C hergestellt - Gewinnung von Rb und Cs ebenfalls durch chemische Reduktion:

Darstellung und Verwendung - Li dient in der Metallurgie als Legierungsbestandteil zum Härten von Pb, Mg und Al - Na ist Ausgangsstoff zur Darstellung von Na2O2, NaNH2, NaH, NaCN - Na-Pb- Legierungen dien(t)en zur Herstellung des Antiklopfmittels Teraethylblei Pb(C2H5)4

Darstellung und Verwendung - in der Beleuchtungstechnik verwendet man Na für Natriumdamfent- ladungslampen; in schnellen Brütern als Kühlmittel

Darstellung und Verwendung - in der Beleuchtungstechnik verwendet man Na für Natriumdamfent- ladungslampen; in schnellen Brütern als Kühlmittel - im Labor ist es ein wichtiges Reduktionsmittel und wird zur Trocknung organischer Lösungsmittel (z.B. Ether, Benzol) verwendet - bei UV-Bestrahlung geben Alkalimetalle Photonen ab; das bestgeeignete Cs wird zur Herstellung von Fotozellen verwendet

Darstellung und Verwendung - in der Nuklearmedizin dient 137Cs als Strahlenquelle

Verbindungen der Alkalimetalle - Hydride - Alkalimetalle reagieren mit Wasserstoff zu stöchiometrischen, thermodynamisch stabilen Hydriden in NaCl-Struktur - das stabilste Hydrid LiH kann aus den Elementen dargestellt werden: - mit Wasser entwickelt sich pro kg LiH 2,8 m3 Wasserstoff:

Verbindungen der Alkalimetalle - Hydride - in etherischen Lösg. reagiert LiH mit vielen Halogeniden zu Doppel- hydriden: - NaH entsteht bei 300 °C aus den Elementen

Verbindungen der Alkalimetalle - Hydride - NaH entsteht bei 300 °C aus den Elementen - NaH wird als Reduktionsmittel verwendet:

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Alle Alkalimetalle bilden Oxide Me2O (O2-), Peroxide Me2O2 (O22-) und Hyperoxide MeO2 (O2-) - beim Erhitzen an der Luft entsteht aus + Li das Oxid L2O + Na das Peroxid Na2O2 + K, Rb, Cs KO2, RbO2, CsO2

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - die Oxide sind weiß (Na2O) bis orange (Cs2O) , thermisch ziemlich stabil und oberhalb 500 °C zersetzlich - Li2O entsteht auch bei thermischer Zersetzung von LiOH, Li2CO3 und LiNO3 - Li2O wird in der Glasindustrie als Flußmittel verwendet

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - die Oxide sind weiß (Na2O) bis orange (Cs2O) , thermisch ziemlich stabil und oberhalb 500 °C zersetzlich - das hygroskopische Na2O erhält man aus Natriumperoxid mit Na

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - das Na2O2 entsteht durch Verbrennung von Na im Sauerstoffstrom - es ist bis 500 °C thermisch stabil und ein kräftiges Reduktionsmittel (Verwendung als Bleichmittel für Papier und Textilrohstoffe) - wäßrige Lösungen reagieren alkalisch, da O22- eine starke Anionenbase ist:

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Li2O2 wird industriell aus LiOH · H2O mit H2O2 hergestellt - Li2O2 zersetzt sich oberhalb 195 °C in Li2O

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - K2O2, RbO2, Cs2O2 werden durch Oxidation der Metalle in flüssigem NH3 bei -60 °C dargestellt - Peroxide reagieren mit Wasser unter Bildung von H2O2:

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Na2O2 findet daher Verwendung in der Unterwassertechnik, das leichtere Li2O2 in der Raumfahrttechnik

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - bei der Oxidation mit Luftsauerstoff reagieren K, Rb und Cs zu Hyperoxiden: - Hyperoxide sind nur mit den Alkalimetallkationen stabil; LiO2 konnte in Matrixtechnik isoliert werden; NaO2 ist bis 67 °C stabil:

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Alkalimetallhydroxide sind von allen Hydroxiden die stärksten Basen - Sie entstehen bei de Reaktion von Alkalimetall mit Wasser: Me + H2O  MeOH + 0,5 H2 Wasser Li Na +K

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Alkalimetallhydroxide sind von allen Hydroxiden die stärksten Basen - Sie entstehen bei de Reaktion von Alkalimetall mit Wasser: Me + H2O  MeOH + 0,5 H2 - LiOH ensteht auch folgendermaßen: - NaOH erhält man durch Kaustifizierung von Soda:

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - NaOH (Ätznatron) ist eine weiße, hygroskop., kristalline Substanz - dient als Trocknungsmittel und als Absorptionsmittel für CO2 - industrielle Verwendung für Bauxitaufschluß sowie zur Natriumhypochloritdarstellung NaOH - Pellets

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - NaOH ist eine weiße, hygroskopische, kristalline Substanz - dient als Trocknungsmittel und als Absorptionsmittel für CO2 - industrielle Verwendung für Bauxitaufschluß sowie zur Natrium- hypochloritdarstellung - weiterhin als Industriebase bei der Fabrikation von + Papier + Zellstoff + Kunstseide

Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - KOH (Ätzkali) ist wie NaOH weiß und hygroskopisch - Verwendung ebenfalls als Trockensubstanz und Absorptionsmittel - technisch wichtig zur Herstellung von + Schmierseifen wasserenthärtenden Kaliphosphaten für flüssige Waschmittel

Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - farblose, hochschmelzende, kristalline Feststoffe

Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - farblose, hochschmelzende, kristalline Feststoffe - CsCl, CsBr, CsI kristallisieren im CsCl-Gitter, alle anderen im NaCl-Gitter - Darstellung durch Rkn von MeOH oder Me2CO3 mit HX - NaCl, KCl in großen natürlichen Vorkommen; + Reinigung durch Umkristallisation

Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - LiF ist im Gegensatz zu zu den anderen Lithiumhalogeniden schwerlöslich - wegen hoher IR-Durchlässigkeit Verwendung von LiF- Einkristallen als Prismenmaterial (ebenso CsI)

Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - LiCl (Fp. 613 °C) kristallisiert bis 98 °C als Hydrat, darüber wasserfrei - Solvatisierung des Li+ - Ions bewirkt gute Löslichkeit von LiCl, LiBr und LiI in Ethanol, was zur Trennung von anderen Alkalimetallionen dient

Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - NaCl (Fp. 808 °C) industriell wichtigste Natriumverbindung - Ausgangsprodukt für die Herstellung von + Natriumcarbonat + NaOH + Chlor + HCl + Wasserglas

Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - NaCl (Fp. 808 °C) industriell wichtigste Natriumverbindung - Ausgangsprodukt für die Herstellung von Natriumcarbonat, NaOH, Chlor, HCl, Wasserglas - Gewinnung durch Abbau von Steinsalzlagern oder durch Eindunsten von Meerwasser

Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - NaCl ist nicht hygroskopisch (MgCl2-Verunreinígungen verursachen das Feuchtwerden von Speisesalz) - Löslichkeit von NaCl in H2O wenig temperatur- abhängig (36,6 g bei 0 °C, 39,1 g bei 100 °C) - Eis-Kochsalzmischungen werden als Kältemischungen verwendet (Eis:NaCl = 3,5:1 hat einen Schmelzpunkt von -21 °C)

Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - KCl ist das wichtigste Kalirohsalz und ausgangspunkt für die Herstellung von Kaliverbindungen iwe KCl und K2CO3 - die wichtigsten Kalisalze, aus denen KCl durch Aufarbeitung gewonnen wird, sind: + Carnallit KCl · MgCl2 · 6 H2O + Hartsalz, ein Gemenge aus NaCl, KCl (Sylvin) und Kieserit MgSO4 · H2O + Sylvinit, ein Gemisch aus Steinsalz und Sylvin

Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Natriumcarbonat Na2CO3 gehört zu den wichtigsten Produkten der chemischen Industrie; Hauptverwendung in der Glasindustrie + Herstellung von Wasserglas + Herstellung von Waschmitteln + Herstellung von Natriumsalzen Weltproduktion 28 Mio t, davon ca. 3/4 synthetische Soda - wasserfreie Soda (calcinierte Soda) löst sich unter alk. Rkn in Wasser:

Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - aus wässrigen Lösungen kristallisiert das Dekahydrat Na2CO3 · 10 H2O (Kristallsoda) aus - Kristallsoda schmilzt bei 32 °C im eigenen Kristallwasser Sodagruben am Nil

Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Herstellung erfolgt nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (Solvay- Verfahren) : + Ausfällung von NaHCO3 nach CO2/NH3 Einleitung: + thermische Zersetzung des NaHCO3 unter CO2-Gewinnung:

Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Herstellung erfolgt nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (Solvay- Verfahren) : + weitere CO2-Gewinnung durch Kalkbrennen: + der Branntkalk dient zur Ammoniakrückgewinnung: + als Bruttogleichung folgt:

Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Kaliumcarbonat K2CO3 (Pottasche; engl. Kalium = potassium!) ist weiß und hygroskopisch - Verwendung in der Seifen- und Glasindustrie - Herstellung nicht analog dem Solvay-Verfahren, da KHCO3 gut lösl. - stattdessen Carbonisierung von Kalilauge:

Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Natriumsulfat Na2SO4 erhält man durch Umsetzung von Steinsalz mit Kieserit: - oder als Nebenprodukt bei der Salzsäureherstellung: - aus Natriumsulfatlösungen kristallisiert unterhalb 32 °C das Decahydr. Na2SO4 ·10 H2O (Glaubersalz) aus , darüber wasserfreies Na2SO4 - über 32 °C schmilzt Gaubersalz im eigenen Kristallwasser

Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - über 32 °C schmilzt Gaubersalz im eigenen Kristallwasser, darüber verwittert es zu Na2SO4 : Ist bei RT der Wasserdampfdruck eines Salzes größer als der Wasserdampf-Partialdruck in der Luft, gibt das Salz Kristall- wasser ab, es verwittert Wenn der Wasserdampf-Partialdruck eines wasserhaltigen Salzes den Wasser-Partialdruck der gesätigten Lösung dieses Salzes erreicht, dann schmilzt es im eigenen Kristallwasser

Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Natriumnitrat NaNO3 kommt vorwiegend in Chile (Chilesalpeter) vor - technische Darstellung durch Umsetzung von Soda mit Salpetersäure: - das mit Calcit isotype Natriumnitrat NaNO3 wird hauptsächlich zur Herstellung von Düngemitteln und KNO3 verwendet

Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Kaliumnitrat KNO3 (Kalisalpeter) - im Gegensatz zu NaNO3 nicht hygroskopisch - Verwendung in der Pyrotechnik (Schwarzpulver) und als Dünge- mittel

5 Metalle 5.2 der metallische Zustand
Stellung im PSE, Eigenschaften - 4/5 aller Elemente sind Metalle - metallischer Charakter wächst im PSE in den HG von oben nach unten und in den Perioden von rechts nach links - alle Nebengruppenelemente, die Lanthanoide und Actinoide sind Metalle - typisch für Metalle sind nur wenige Außenelektronen und eine niedrige Ionisierungsenergie (< 10 eV); daher leichte Bildung positiver Ionen

Stellung im PSE, Eigenschaften

Stellung im PSE, Eigenschaften - Schmelzp. sind sehr unterschiedlich

Stellung im PSE, Eigenschaften - Schmelzpunkte sind sehr unterschiedlich Hg -39 °C, W 3380 °C - metallische Eigenschaften bleiben auch im flüssigen Zustand erhalten und gehen erst im Dampfzustand verloren - metallische Eigenschaften sind daher an Existenz größerer Atomver- bände gebunden - metallische Eigenschaften im einzelnen sind: + metallischer Glanz der Oberfläche, Undurchsichtigkeit + Dehnbarkeit und plastische Verformbarkeit + Gute elektrische und thermische Leitfähigkeit

Stellung im PSE, Eigenschaften

Stellung im PSE, Eigenschaften - bei HG-Metallen stehen für chemische Bindungen nur s- und p- Elektronen zur Verfügung; d- Elektronen gibt es entweder nicht oder nur in vollbesetzten Unterschalen

Stellung im PSE, Eigenschaften - bei NG-Metallen stehen für chemische Bindungen neben s- und p- auch die d-Elektronen der zweitäußersten Schale zur Verfügung

Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung (A3)

Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung KZ 12

Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung + kubisch dichteste Packung (A1)

Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung + kubisch dichteste Packung

Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung + kubisch dichteste Packung + kubisch raumzentrierte Struktur (A2)

Kristallstrukturen der Metalle - 80 % der Metalle kristallisieren ineiner der drei Strukturen

Kristallstrukturen der Metalle - 80 % der Metalle kristallisieren ineiner der drei Strukturen - viele Metalle sind polymorh, d.h. sie kommen in mehreren Strukturen vor: - ungerichtete Bindungskräfte der gleich großen Bausteine führen zu wenigen geometrisch einfachen Strukturen mit großen KZ - plastische Verformbarkeit von Metallen beruht auf der Möglichkeit einer Gleitung in ausgezeichneten Ebenen - Fremdatome vermindern Duktilität  Legierungen sind härter

Kristallstrukturen der Metalle - Atomradius von Metallen ist der halbe Abstand im Metallgitter befindlicher Atome

Kristallstrukturen der Metalle - Atomradius von Metallen ist der halbe Abstand im Metallgitter befindlicher Atome - bei polymorphen Metallen findet man eine Abhängigkeit der Radien von der Koordinationszahl:

Kristallstrukturen der Metalle - Atomradius von Metallen ist der halbe Abstand im Metallgitter befindlicher Atome - bei polymorphen Metallen findet man eine Abhängigkeit der Radien von der Koordinationszahl: - in jeder Periode haben die Alkalimetalle die größten Radien - in jeder Übergangsmetallreihe haben einige Elemente sehr ähnliche Radien (Fe, Co, Ni, Cu); die homologer 4d- und 5d- Elemente sind annähernd gleich: Ursache ist die Lanthanoidenkontraktion

Die metallische Bindung entwickelten Drude und Lorentz ein klassisches Modell der Metallbindung, das von Rümpfen und delokalisierten e- ausgeht - Elektronen bewegen sich als Elektronengas zwischen den Rümpfen

Die metallische Bindung entwickelten Drude und Lorentz ein klassisches Modell der Metallbindung, das von Rümpfen und delokalisierten e- ausgeht - Elektronen bewegen sich als Elektronengas zwischen den Rümpfen - Vergleich von Elektronendichten in verschiedenen Gittern

Die metallische Bindung entwickelten Drude und Lorentz ein klassisches Modell der Metallbindung, das von Rümpfen und delokalisierten e- ausgeht - Elektronen bewegen sich als Elektronengas zwischen den Rümpfen - Vergleich von Elektronendichten in verschiedenen Gittern - bei plastischer Verformung führt die Verschiebung der Gitterebenen gegeneinander nicht zur Abstoßung

Die metallische Bindung - Elektronengas erklärt gute elektrische und thermische Leitfähigkeit - mit steigender Temperatur behindern die stärker schwingenden Atom- rümpfe die Elektronenbeweglichkeit - freie Elektronen absorbieren Licht jeder Wellenlänge, daher sind Metalle undurchsichtig; grau-weißliches Aussehen durch Reflexion von Licht jeder Wellenlänge

Die metallische Bindung - Bändermodell - bildet sich aus isolierten Metallatomen ein Metallkristall, so spalten die diskreten Atomorbitale zu einem „Energieband“ von vielen Zuständen unterschiedlicher Energie auf

Die metallische Bindung - Bändermodell Li - Bänder bilden sich aus Elektronen ähnlicher Energie; sie können überlappen oder durch eine „verbotene Zone“ getrennt sein

Die metallische Bindung - Bändermodell Be - Bänder bilden sich aus Elektronen ähnlicher Energie; sie können überlappen oder durch eine „verbotene Zone“ getrennt sein

Die metallische Bindung - Bändermodell Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften verschiedener Stoffgruppen mit dem Bändermodell

Die metallische Bindung - Bändermodell Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von Halbleitern mit dem Bändermodell

Die metallische Bindung - Bändermodell Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von dotierten Halbleitern mit dem Bändermodell

Die metallische Bindung - Bändermodell - bei dotierten wie bei Eigenhalbleitern nimmt die Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zu

4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe

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