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4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Die Elemente - Bariummineralien sind: + Witherit BaCO 3 + Schwerspat BaSO 4.

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1 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Die Elemente - Bariummineralien sind: + Witherit BaCO 3 + Schwerspat BaSO 4

2 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Darstellung und Verwendung - Erdalkalimetalle können durch chemische Reduktion oder durch Schmelzflußelektrolyse dargestellt werden - technisch wird die Schmelzflußelektrolyse zur Herstellung von Be und Mg eingesetzt

3 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Darstellung und Verwendung - Be - für die Schmelzflußelektrolyse zur Herstellung von Be werden BeO ·5 BeF 2 oder Mischungen aus BeCl 2 und NaCl verwendet - chemische Reduktion von BeF 2 im Graphittiegel:

4 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Darstellung und Verwendung - Be - Verwendung von Be: + Legierungsbestandteil + Neutronenmoderator bei Kernreaktionen 3: Steuerstäbe

5 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Darstellung und Verwendung - Be - Verwendung von Be: + Legierungsbestandteil + Neutronenmoderator bei Kernreaktionen + aufgrund geringer Absorption von Röntgenstrahlung Anfertigung von Austrittsfenstern für Röntgenröhren

6 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Darstellung und Verwendung - Mg - 80 % der Weltproduktion an Magnesium wird durch Schmelz- elektrolyse von MgCl 2 hergestellt - wasserfreies MgCl 2 erhält man durch Umsetzung von MgO mit Koks und Chlor

7 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Darstellung und Verwendung - Mg - Magnesiumverwendungen: + Legierungsbestandteil (geringe Dichte)

8 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Darstellung und Verwendung - Mg - Magnesiumverwendungen: + Legierungsbestandteil (geringe Dichte)

9 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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

10 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Darstellung und Verwendung - Ca - Calcium kann durch Elektrolyse von geschmolzenem CaCl 2 im Gemisch mit CaF 2 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

11 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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:

12 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Darstellung und Verwendung - Ba -

13 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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

14 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Berylliumverbindungen - Be unterscheidet sich stärker von den anderen Elementen der 2. HG - Ionisierungsenergie und EN sind wesentlich größer, Ionenradius Be 2+ ist viel kleiner, Be - Verbdg. sind daher kovalenter - Be bildet mit zwei sp-Hybridorbitalen lineare BeX 2 - Moleküle - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4:

15 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Berylliumverbindungen - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4: + Dreizentrenbindungen wie im polymeren (BeH 2 ) n

16 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Berylliumverbindungen - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4: + Koordinative Bindungen wie im polymeren kettenförmigen (BeCl 2 ) n

17 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Berylliumverbindungen - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4: + Funktion als Lewissäure:

18 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Berylliumverbindungen - diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4: + (p-p)  -Bindungen wie im gasförmigen BeCl 2 :

19 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Berylliumverbindungen - zwischen isoelektronischen Beryllium-Fluor und Silicium- Sauerstoff-Verbindungen existieren erstaunliche Isotypien:

20 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Berylliumverbindungen - Berylliumhydrid BeH 2 ist eine feste, weiße, nichtflüchtige polymere Substanz - es ist luft- und feuchtigkeitsempfindlich, dem Al-Hydrid ähnlich

21 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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.

22 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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 - BeF 2 ist isoelektronisch mit SiO 2 und erstarrt wie dieses glasartig - es löst sich in Wasser und bildet Beryllate BeF 3 -, BeF 4 2-, Be 2 F 7 3-

23 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Berylliumverbindungen - Berylliumchlorid BeCl 2 entsteht durch Erhitzen von Be im trockenen Chlor- oder Hydrogenchloridstrom: - es bildet farblose, hygroskopische Nadeln mit Kettenstruktur - BeCl 2 löst sich gut in Wasser und Ethanol und bildet Addukte

24 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Magnesiumverbindungen - Mg ist ein starkes Reduktionsmittel, mit dem bei hohen Temperaturen SiO 2 und B 2 O 3 reduziert werden können - Mg ist elektropositiver als Be, daher sind Mg-Verbdg. heteropolarer - bevorzugte Koordinationszahl ist 6 - [Mg(H 2 O) 6 ] 2+ -Ionen reagieren im Gegensatz zu [Be(H 2 O) 4 ] 2+ -Ionen nicht sauer

25 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Magnesiumverbindungen - Magnesiumhydrid MgH 2 ist weiß, fest und nichtflüchtig und besitzt Ionencharakter; Darstellung: - oder durch thermische Zersetzung von Diethylmagnesium im Hoch- vakuum

26 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Magnesiumverbindungen - Magnesiumoxid MgO entsteht durch Verbrennung von Mg an der Luft mit blendend weißem Licht :

27 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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

28 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Magnesiumverbindungen - durch Erhitzen von Mg(OH) 2 erhält man lockeres MgO (magnesia usta, das in der Medizin als Neutralisationsmittel Verwendung findet

29 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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. MgCl 2 - Lösungen erhärten steinartig (Magnesiazement, Sorelzement) unter Bildung basischer Chloride vom Typ MgCl 2 ·3 Mg(OH) 2 · 8 H 2 O + fugenlose Fußböden (Steinholz, Kunstmarmor) + künstliches Elfenbein (Billardkugeln, Kunstgegenstände)

30 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Magnesiumverbindungen - Magnesiumhydroxid Mg(OH) 2 wird aus MgCl 2 -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

31 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Magnesiumverbindungen - Magnesiumchlorid MgCl 2 kristallisiert aus wäßrigen Lösungen als Hexahydrat [Mg(H 2 O) 6 ]Cl 2 - beim Entwässern des Hexahydrats entstehen unter HCl-Abspaltung basische Chloride: - MgCl 2 ist blättrig-kristallin und sehr hygroskopisch

32 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Magnesiumverbindungen - Magnesiumfluorid MgF 2 kristallisiert in der Rutilstruktur und wird zur Vergütung von Linsen verwendet (Verhinderung von Spiegelungen) - Magnesiumcarbonat MgCO 3 kann mit überschüssigen CO 2 aus Alkalimetalcarbonatlösungen aus - das basische Carbonat 4 MgCO 3 · Mg(OH) 2 ·4 H 2 O wird in der Medizin als Neutralisationsmittel verwendet, daneben als Füllstoff in Pudern, Putzpulvern, Papier und Kautschuk; Farbpigment

33 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Magnesiumverbindungen - Magnesiumsulfat MgSO 4 bildet eine Reihe von Hydraten - bei RT kristallisiert das zu den Vitriolen gehörende Heptahydrat MgSO 4 ·7 H 2 O (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)

34 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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:

35 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Magnesiumverbindungen - Verwendungen für Grignard-Verbindungen

36 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaH 2 ist eine weiße, kristalline Masse - CaH 2 ist heteropolar aufgebaut, Fluorit-Struktur - Darstellung, Reaktion und Verwendung:

37 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist eine weiße, amorphe Masse - großtechnische Darstellung durch Erhitzen von Kalkstein CaCO 3 auf °C (Kalkbrennen)

38 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist eine weiße, amorphe Masse - großtechnische Darstellung durch Erhitzen von Kalkstein CaCO 3 auf °C (Kalkbrennen)

39 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist eine weiße, amorphe Masse - großtechnische Darstellung durch Erhitzen von Kalkstein CaCO 3 auf °C (Kalkbrennen) - CaO reagiert mit Wasser unter starker Wärmeentwicklung zu Ca(OH) 2 (Kalklöschen) - CaO wird verwendet zur Herst. von Luftmörtel, CaC 2, Chlorkalk, Glas

40 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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

41 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaCl 2 entsteht technisch als Abfallprodukt bei der Sodaherstellung - das aus wäßr. Lösungen kristallisierende Hexahydrat kann zum wasserfreien CaCl 2 entwässert werden - es ist weiß, sehr hygroskopisch und wird als Trockenmittel verwendet - Aus Eis und [Mg(H 2 O) 6 ]Cl 2 lassen sich Kältemischungen herstellen

42 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaCO 3 kristallisiert in den drei Modifikationen Calcit (Kalkspat), Aragonit, Vaterit - aus Calcitkristallen bestehen Kalkstein, Kreide und Marmor

43 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaCO 3 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 CaCO 3, gebildet aus Schalentrümmern von Einzellern in der Kreidezeit - Marmor ist sehr reiner grobkristalliner Calcit

44 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaCO 3 und wird hauptsächlich in der Baustoffindustrie verwendet, findet aber auch Verwendung als Zusatz in Putzmitteln oder Radiergummis

45 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaSO 4 kommt in der Natur als CaSO 4 (Anhydrit) und CaSO 4 · 2 H 2 O (Gips) vor

46 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - CaSO 4 kommt in der Natur als CaSO 4 (Anhydrit) und CaSO 4 · 2 H 2 O (Gips) vor - aus wäßrigen Lösungen kristallisiert CaSO 4 unterhalb 66 °C als Gips, oberhalb als Anhydrit - bei 120 °C geht Gips in „gebrannten Gips“ über:

47 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - bei 120 °C geht Gips in „gebrannten Gips“ über: - mit Wasser bindet er wieder zu Gips (CaSO 4 · 2 H 2 O) ab

48 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - bei 120 °C geht Gips in „gebrannten Gips“ über: - mit Wasser bindet er wieder zu Gips (CaSO 4 · 2 H 2 O) ab - weiteres Erhitzen von gebranntem Gips führt zu Stuckgips:

49 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - bei °C wird Gips „totgebrannt“, - oberhalb 1200 °C folgt thermische Zersetzung:

50 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - Calciumcarbid CaC 2 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

51 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - Kalkstickstoff ist ein Gemisch aus Calciumcyanamid CaCN 2 und Kohlenstoff

52 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Calciumverbindungen - Kalkstickstoff ist ein Gemisch aus Calciumcyanamid CaCN 2 und Kohlenstoff - Im Boden bildet sich durch Bakterien Ammoniak

53 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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

54 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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)

55 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe 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

56 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Bariumverbindungen - lösliche Bariumsalze (z.B. BaCl 2 ) sind giftig (BaCO 3 Rattengift) - Ba(NO 3 ) 2 dient in der Pyrotechnik als Grünfeuer

57 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Bariumverbindungen - lösliche Bariumsalze (z.B. BaCl 2 ) sind giftig (BaCO 3 Rattengift) - Ba(NO 3 ) 2 dient in der Pyrotechnik als Grünfeuer - Bariumsulfat BaSO 4 ist die wichtigste natürliche Ba-Verbindung - wasserunlöslich und chemisch sehr beständig - Zersetzung oberhalb 1400 °C

58 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Bariumverbindungen - Bariumsulfat BaSO 4 wird als weiße Malerfarbe verwendet (Permanentweiß), weiterhin als Füllstoff in der Papier- und Gummiindustrie - Verwendung als Röntgenkontrastmittel

59 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Bariumverbindungen - Bariumoxid BaO wird technisch durch Zersetzung des Carbonates in Gegenwart von Kohle hergestellt: - Mit Wasser reagiert BaO zu Bariumhydroxid Ba(OH) 2

60 4 Nichtmetalle 4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe Bariumverbindungen - Bariumperoxid BaO 2 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 Ba 2 O 2 wird als Bleichmittel verwendet

61 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften -

62 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften  Li

63 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften  Li Na 

64 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften  Li Na   K

65 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften  Li Na   K Rb 

66 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften  Li Na   K Rb  Cs 

67 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften  Li Na   K Rb   Fr Cs 

68 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften

69 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften - die Elemente

70 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften -

71 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften - reaktionsfähigste Metalle, stärkste Reduktionsmittel - in stabilen Verbindungen fast ausschließlich Oxidationszahl +1 - Reaktion mit Wasser zu Hydroxiden Me I OH: + Li, Na nur unter H 2 -Entwicklung + K und Rb unter spontaner H 2 - Entzündung + Cs reagiert explosionsartig

72 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften - reaktionsfähigste Metalle, stärkste Reduktionsmittel - in stabilen Verbindungen fast ausschließlich Oxidationszahl +1 - Reaktion mit Wasser zu Hydroxiden Me I OH - Wasserstoff wird zum Hydridion reduziert: Me + 0,5 H 2  Me + H - - Reaktion mit Sauerstoff zu + Lithiumoxid + Natriumperoxid + K, Rb, Cs zu Hyperoxiden

73 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Gruppeneigenschaften - Halogenide sind stabile Ionenverbindungen - aufgrund des Ionentadius‘ ähnelt NH 4 + 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

74 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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

75 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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

76 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Lithium Alle Alkalimetalle kommen in der Natur nur in gebundener Form vor - wichtige Lithiummineralien sind: + Amblygonit (Li, Na)AlPO 4 (F, OH) + Spodumen LiAl[Si 2 O 6 ], ein Kettensilicat + Lepidolith KLi 1,5 Al 1,5 [AlSi 3 O 10 ](OH,F) 2 (ein Glimmer) + Petalit (Kastor) Li[AlSi 4 O 10 ] (ein Tektosilicat)

77 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Natrium Natrium und Kalium gehören zu den 10 häufigsten Elementen der Erdkruste Die meistverbreiteten Natriummineralien sind Tektosilicate: - Natronfeldspat (Albit) Na[AlSi 3 O 8 ] Norwegen

78 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Natrium Natrium und Kalium gehören zu den 10 häufigsten Elementen der Erdkruste Die meistverbreiteten Natriummineralien sind Tektosilicate: - Natronfeldspat (Albit) Na[AlSi 3 O 8 ] - Kalk-Natron-Felspate (Plagioklase, Mischungen zwischen Albit und Anorthit Ca[Al 2 Si 3 O 8 ]

79 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit)

80 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit), bergmännische Gewinnung

81 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit) - Soda Na 2 CO 3  10 H 2 O Sodagewinnung im ausgehenden Mittelalter

82 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit) - Soda Na 2 CO 3  10 H 2 O - Trona Na 2 CO 3  NaHCO 3  2 H 2 O - Thenardit Na 2 SO 4 - Kryolith Na 3 AlF 6, weitgehend abgebaut - Meerwassergehalt 3 %, ca. 10-fache Masse fester Vorkommen

83 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Natrium In großen Lagerstätten kommen vor: - NaCl (Steinsalz, Halit), Gewinnung aus dem Meer Salinen

84 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Kalium - wichtigste Vorkommen wie bei NaCl in Lagerstätten: + Sylvin KCl

85 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Kalium - wichtigste Vorkommen wie bei NaCl in Lagerstätten: + Sylvin KCl + Carnallitt KCl ·MgCl 2 · 6 H 2 O + Kainit KCl ·MgSO 4 · 3 H 2 O - häufigste Kaliummineralien sind: + Kalifeldspat K[AlSi 3 O 8 ] + Kaliglimmer Muskovit KAl 2 [AlSi 3 O 10 ](OH,F) 2

86 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Vorkommen - Rubidium, Cäsium, Francium - Rb und Cs sind Begleiter der anderen Alkalimetalle: + Lepidolith enthält ca. 1 % Rb + selten ist das Tektosilicat Pollux Cs[AlSi 2 O 6 ] · 0,5 H 2 O

87 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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

88 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Darstellung und Verwendung - Na wird heute nach dem Downs-Verfahren hergestellt durch CaCl 2 herabgesetzte Schmelztemp. von 600 °C, 11 kWh / kg Na

89 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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:

90 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Darstellung und Verwendung - Li dient in der Metallurgie als Legierungsbestandteil zum Härten von Pb, Mg und Al - Na ist Ausgangsstoff zur Darstellung von Na 2 O 2, NaNH 2, NaH, NaCN - Na-Pb- Legierungen dien(t)en zur Herstellung des Antiklopfmittels Teraethylblei Pb(C 2 H 5 ) 4

91 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Darstellung und Verwendung - in der Beleuchtungstechnik verwendet man Na für Natriumdamfent- ladungslampen; in schnellen Brütern als Kühlmittel

92 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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

93 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Darstellung und Verwendung - in der Nuklearmedizin dient 137 Cs als Strahlenquelle

94 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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 m 3 Wasserstoff:

95 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Hydride - in etherischen Lösg. reagiert LiH mit vielen Halogeniden zu Doppel- hydriden: - NaH entsteht bei 300 °C aus den Elementen

96 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Hydride - NaH entsteht bei 300 °C aus den Elementen - NaH wird als Reduktionsmittel verwendet:

97 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Alle Alkalimetalle bilden Oxide Me 2 O (O 2- ), Peroxide Me 2 O 2 (O 2 2- ) und Hyperoxide MeO 2 (O 2 - ) - beim Erhitzen an der Luft entsteht aus + Li das Oxid L 2 O + Na das Peroxid Na 2 O 2 + K, Rb, Cs KO 2, RbO 2, CsO 2

98 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - die Oxide sind weiß (Na 2 O) bis orange (Cs 2 O), thermisch ziemlich stabil und oberhalb 500 °C zersetzlich - Li 2 O entsteht auch bei thermischer Zersetzung von LiOH, Li 2 CO 3 und LiNO 3 - Li 2 O wird in der Glasindustrie als Flußmittel verwendet

99 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - die Oxide sind weiß (Na 2 O) bis orange (Cs 2 O), thermisch ziemlich stabil und oberhalb 500 °C zersetzlich - das hygroskopische Na 2 O erhält man aus Natriumperoxid mit Na

100 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - das Na 2 O 2 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 O 2 2- eine starke Anionenbase ist:

101 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Li 2 O 2 wird industriell aus LiOH · H 2 O mit H 2 O 2 hergestellt - Li 2 O 2 zersetzt sich oberhalb 195 °C in Li 2 O

102 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - K 2 O 2, RbO 2, Cs 2 O 2 werden durch Oxidation der Metalle in flüssigem NH 3 bei -60 °C dargestellt - Peroxide reagieren mit Wasser unter Bildung von H 2 O 2 :

103 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Na 2 O 2 findet daher Verwendung in der Unterwassertechnik, das leichtere Li 2 O 2 in der Raumfahrttechnik

104 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - bei der Oxidation mit Luftsauerstoff reagieren K, Rb und Cs zu Hyperoxiden: - Hyperoxide sind nur mit den Alkalimetallkationen stabil; LiO 2 konnte in Matrixtechnik isoliert werden; NaO 2 ist bis 67 °C stabil:

105 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Alkalimetallhydroxide sind von allen Hydroxiden die stärksten Basen - Sie entstehen bei de Reaktion von Alkalimetall mit Wasser: Me + H 2 O  MeOH + 0,5 H 2 Wasser + Li +Na+K

106 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - Alkalimetallhydroxide sind von allen Hydroxiden die stärksten Basen - Sie entstehen bei de Reaktion von Alkalimetall mit Wasser: Me + H 2 O  MeOH + 0,5 H 2 - LiOH ensteht auch folgendermaßen: - NaOH erhält man durch Kaustifizierung von Soda:

107 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - NaOH (Ätznatron) ist eine weiße, hygroskop., kristalline Substanz - dient als Trocknungsmittel und als Absorptionsmittel für CO 2 - industrielle Verwendung für Bauxitaufschluß sowie zur Natriumhypochloritdarstellung NaOH - Pellets

108 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen - NaOH ist eine weiße, hygroskopische, kristalline Substanz - dient als Trocknungsmittel und als Absorptionsmittel für CO 2 - industrielle Verwendung für Bauxitaufschluß sowie zur Natrium- hypochloritdarstellung - weiterhin als Industriebase bei der Fabrikation von + Papier + Zellstoff + Kunstseide

109 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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

110 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - farblose, hochschmelzende, kristalline Feststoffe

111 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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 Me 2 CO 3 mit HX - NaCl, KCl in großen natürlichen Vorkommen; + Reinigung durch Umkristallisation

112 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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)

113 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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

114 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - NaCl (Fp. 808 °C) industriell wichtigste Natriumverbindung - Ausgangsprodukt für die Herstellung von + Natriumcarbonat + NaOH + Chlor + HCl + Wasserglas

115 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle 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

116 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - NaCl ist nicht hygroskopisch (MgCl 2 -Verunreinígungen verursachen das Feuchtwerden von Speisesalz) - Löslichkeit von NaCl in H 2 O 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)

117 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide - KCl ist das wichtigste Kalirohsalz und ausgangspunkt für die Herstellung von Kaliverbindungen iwe KCl und K 2 CO 3 - die wichtigsten Kalisalze, aus denen KCl durch Aufarbeitung gewonnen wird, sind: + Carnallit KCl · MgCl 2 · 6 H2O + Hartsalz, ein Gemenge aus NaCl, KCl (Sylvin) und Kieserit MgSO 4 · H 2 O + Sylvinit, ein Gemisch aus Steinsalz und Sylvin

118 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Natriumcarbonat Na 2 CO 3 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:

119 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - aus wässrigen Lösungen kristallisiert das Dekahydrat Na 2 CO 3 · 10 H 2 O (Kristallsoda) aus - Kristallsoda schmilzt bei 32 °C im eigenen Kristallwasser Sodagruben am Nil

120 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Herstellung erfolgt nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (Solvay- Verfahren) : + Ausfällung von NaHCO 3 nach CO 2 /NH 3 Einleitung: + thermische Zersetzung des NaHCO 3 unter CO 2 -Gewinnung:

121 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Herstellung erfolgt nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (Solvay- Verfahren) :+ weitere CO 2 -Gewinnung durch Kalkbrennen: + der Branntkalk dient zur Ammoniakrückgewinnung: + als Bruttogleichung folgt:

122 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Kaliumcarbonat K 2 CO 3 (Pottasche; engl. Kalium = potassium!) ist weiß und hygroskopisch - Verwendung in der Seifen- und Glasindustrie - Herstellung nicht analog dem Solvay-Verfahren, da KHCO 3 gut lösl. - stattdessen Carbonisierung von Kalilauge:

123 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Natriumsulfat Na 2 SO 4 erhält man durch Umsetzung von Steinsalz mit Kieserit: - oder als Nebenprodukt bei der Salzsäureherstellung: - aus Natriumsulfatlösungen kristallisiert unterhalb 32 °C das Decahydr. Na 2 SO 4 ·10 H 2 O (Glaubersalz) aus, darüber wasserfreies Na 2 SO 4 - über 32 °C schmilzt Gaubersalz im eigenen Kristallwasser

124 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - über 32 °C schmilzt Gaubersalz im eigenen Kristallwasser, darüber verwittert es zu Na 2 SO 4 : 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

125 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Natriumnitrat NaNO 3 kommt vorwiegend in Chile (Chilesalpeter) vor - technische Darstellung durch Umsetzung von Soda mit Salpetersäure: - das mit Calcit isotype Natriumnitrat NaNO 3 wird hauptsächlich zur Herstellung von Düngemitteln und KNO 3 verwendet

126 5 Metalle 5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren - Kaliumnitrat KNO 3 (Kalisalpeter) - im Gegensatz zu NaNO 3 nicht hygroskopisch - Verwendung in der Pyrotechnik (Schwarzpulver) und als Dünge- mittel

127 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

128 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Stellung im PSE, Eigenschaften

129 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Stellung im PSE, Eigenschaften - Schmelzp. sind sehr unterschiedlich

130 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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

131 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Stellung im PSE, Eigenschaften

132 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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

133 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Stellung im PSE, Eigenschaften - bei NG-Metallen stehen für chemische Bindungen neben s- und p- auch die d-Elektronen der zweitäußersten Schale zur Verfügung

134 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung (A 3 )

135 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung KZ 12

136 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung + kubisch dichteste Packung (A 1 )

137 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung + kubisch dichteste Packung

138 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Kristallstrukturen der Metalle - es treten vorwiegend drei Strukturen auf: + hexagonal dichteste Packung + kubisch dichteste Packung + kubisch raumzentrierte Struktur (A 2 )

139 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Kristallstrukturen der Metalle - 80 % der Metalle kristallisieren ineiner der drei Strukturen

140 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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

141 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Kristallstrukturen der Metalle - Atomradius von Metallen ist der halbe Abstand im Metallgitter befindlicher Atome

142 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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:

143 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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

144 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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

145 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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

146 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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

147 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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

148 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand 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

149 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Die metallische Bindung - Bändermodell Li - Bänder bilden sich aus Elektronen ähnlicher Energie; sie können überlappen oder durch eine „verbotene Zone“ getrennt sein

150 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Die metallische Bindung - Bändermodell Be - Bänder bilden sich aus Elektronen ähnlicher Energie; sie können überlappen oder durch eine „verbotene Zone“ getrennt sein

151 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Die metallische Bindung - Bändermodell Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften verschiedener Stoffgruppen mit dem Bändermodell

152 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Die metallische Bindung - Bändermodell Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von Halbleitern mit dem Bändermodell

153 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Die metallische Bindung - Bändermodell Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von dotierten Halbleitern mit dem Bändermodell

154 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Die metallische Bindung - Bändermodell Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von dotierten Halbleitern mit dem Bändermodell

155 5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Die metallische Bindung - Bändermodell - bei dotierten wie bei Eigenhalbleitern nimmt die Leitfähigkeit mit steigender Temperatur zu


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