Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

1 Natriumchlorid (NaCl) oder einfach Kochsalz Fabian Gelies Sommersemester 2002 Experimentalvortrag.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "1 Natriumchlorid (NaCl) oder einfach Kochsalz Fabian Gelies Sommersemester 2002 Experimentalvortrag."—  Präsentation transkript:

1 1 Natriumchlorid (NaCl) oder einfach Kochsalz Fabian Gelies Sommersemester 2002 Experimentalvortrag

2 2 Versuch 1 Darstellung aus den Elementen Vorbereitung: Entwicklung von Chlorgas MnO 2(s) + 4 HCl (aq) Mn 2+ (aq) + 2 Cl - (aq) + 2 H 2 O (l) + Cl 2(g) Reaktionsgleichung: 2 Na (l) + Cl 2(g) 2 NaCl (g/s) + 822,56 kJ + IV - I + II I - I

3 3 Bezug auf die Elemente Flammenfärbung: Na (g) Na (g) * Na (g) Δ E = h · ν = h · c / λ Natrium: 589 nm(gelb) Aufbau der Elektronenhüllen: Natrium: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Chlor: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Natürliche Oxidationsstufen: Natrium(+ I ) als Na + -Ion Chlor ( - I ) als Cl - -Ion - Δ E Δ

4 4 Bezug auf die Elemente Vorkommen von NaCl: 3,6 · Tonnen gelöst in den Weltmeeren Tonnen in unterirdischen Salzlagern Steinsalz weiterhin in salzhaltiger Kohle und Organismen Physiologie: 150 bis 300 g in Blut und Gewebesäften 10 bis 15 g tägliche AufnahmeKochsalz 5 g/kg akut toxische Dosis 0,9 % : “physiologische Kochsalzlösung”

5 5 Bezug auf die Elemente Verwendung von NaCl: Herstellung fast aller Natrium- und Chlorverbindungen Gewinnung von NaCl: Herausbrechen oder Lösen aus Salzlagern Eindampfen von Salzsolen Verdunsten oder Ausfrieren von Meerwasser Reinigung von NaCl: Ausfällung von Verunreinigungen Fällung von NaCl mittels HCl-Gas

6 6 Versuch 2 „Leblanc-Verfahren“ Darstellung von HCl-Gas aus Kochsalz NaCl (s) + H 2 SO 4(aq) NaHSO 4(s) + HCl (g) ( NaCl (s) + NaHSO 4(s) Na 2 SO 4(s) + HCl (g) ) 20°C Vollständiger Umsatz erfolgt in zwei Stufen Reaktionsgleichung: 800°C Gebräuchliche Labordarstellung (oft mit NH 4 Cl statt NaCl) Moderne HCl - Darstellung in der Technik: Elementares Chlor wird mit Kohlenwasserstoffen umgesetzt

7 7 Versuch 2 „Leblanc-Verfahren“ Nachweis des entstandenen HCl-Gases Chloridnachweis: Fällen als Silberchlorid: Ag + (aq) + NO 3 - (aq) + Cl - (aq) NO 3 - (aq) + AgCl (s) (weiß) Lösen in Ammoniak: AgCl (s) + 2 NH 3(aq) Cl - (aq) + [Ag(NH 3 ) 2 ] + (aq) (farblos) Säurenachweis: Farbumschlag der Phenolphthaleinlösung (violett farblos)

8 8 Kristallisation von Kochsalz Löslichkeit in Wasser: 35,6 g / 100 mL bei 20°C 39 g / 100 mL bei 100°C Foto Uni Siegen Foto: Dr. E. Becker Uni Siegen

9 9 Versuch 3 Kristallisation im Eiltempo NaOH (aq) + HCl (g) H 2 O (l) + NaCl (s) Reaktionsgleichung: Reaktionsart: typische Neutralisationsreaktion Relevanz:Entsorgung bei technischen Prozessen (z.B. PVC - Verbrennung)

10 10 Kochsalzkristalle Würfel (farblos und durchsichtig) Dichte: 2,164 g/cm 3 Schmelzpunkt: 801 °C Siedepunkt: 1413 °C Natriumchloridstruktur: KOZ = 6 (Na + und Cl - ) kubisch flächenzentrierte Anordnung Fotos: Dr. E. Becker Uni Siegen Foto Uni Siegen

11 11 Kochsalzkristalle

12 12 NaCl-Struktur als SWF-Animation aus dem elektronischen Unterrichtsmaterial der Universität Zheng Zhou (VRC)

13 13 Kristallstrukturtyp Radienverhältnis von Kation zu Anion Anionen: Cl - S 2- N 3- Kationen:Cs + Na + Zn 2+ B 3+

14 14 Elektrolyse von NaCl Wässrige ElektrolyseVortrag Thomas Decher Schmelzflusselektrolyse: Elektrodenvorgänge: Reduktion:2 Na + (l) + 2 e - 2 Na (s) Oxidation:2Cl - (l) Cl 2(g) + 2 e - Redoxreaktion:2 Na + (l) + 2 Cl - (l) 2 Na (s) + Cl 2(g) Schema einer NaCl-Elektrolyse- anlage aus:Chemie für Gymnasien, Berlin (Cornelsen) 1994

15 15 Versuch 4 Chlorierendes Rösten von Kupferoxid Lösung von CuCl 2 in Wasser:[Cu(H 2 O) 6 )] 2+ (hellblau) Versetzen mit Ammoniak: [Cu(NH 3 ) 4 )] 2+ (tiefblau) 2 CuO (s) + 2 NaCl/CaCl 2(s) 2 CuCl 2(s) + Na 2 O/CaO (s) Reaktionsgleichung: Δ (Schmelze) Nachweis gelöster Cu 2+ - Ionen:

16 16 Übergang vom Kristall zur Lösung bisherige Versuche: NaCl in kristalliner Form im Weiteren:NaCl in wässriger Lösung Phänomene beim Lösevorgang

17 17 Versuch 5 Kochsalz-Kältemischung Physikalisch-chemischer Hintergrund: Lösen von Salz in Wasser Ionen werden aus dem Gitter durch die Wasserdipole „herausgebrochen“. Ist die freiwerdende Hydratisierungsenergie kleiner als die Gitterenergie, so ist der Lösevorgang endotherm. 1.Kühlungseffekt: Lösungswärme wird aus Umgebung entnommen Abkühlung von Lösung und Gefäß. Eis ist immer von einer Wasserschicht umgeben. Eis (fest) + Energie Wasser (flüssig) Lösevorgang verschiebt Gleichgewicht: Es wird immer mehr Wasser flüssig. 2. Kühlungseffekt: Schmelzwärme des Eises wird der Umgebung entzogenweitere Abkühlung

18 18 Versuch 5 Kältemischung Verwendung: Technik (historisch) Labor Straßenverkehr

19 19 Dichte von Kochsalzlösung Konzentrierte Salzlösung hat höhere Dichte als reines Wasser Problematik: Recycling unterschiedlicher Kunststoffe Anwendung: Trennung von Kunststoffmüll unter Ausnutzung der unterschiedlichen Dichte Ablauf: 1. Müllgemenge mechanisch zerkleinert 2. Kunststoffteile in Lösung geringster Dichte 3. Kontinuierliches Umwälzen der Oberfläche 4. Absaugen der zum Boden gesunkenen Teile 5. Abgesaugte Kunststoffteile in Flüssigkeit mit nächst größerer Dichte Technische Bezeichnung: Schwimm-Sink-Verfahren Alternativ: Hydrozyklon-Verfahren (Zentrifugalfeld)

20 20 Demonstration 1 Dichte einer konzentrierten Salzlösung Kunststoffmüll-Trennung: Wasser NaCl-LsgNa 2 S 2 O 3 -Lsg ρ = 1,0 g/cm 3 ρ = 1,18 g/cm 3 ρ = 1,4 g/cm 3 alle Kunststoffe schwimmen PVC und PET sinken ab PP schwimmt PS sinkt ab

21 21 Versuch 6a Korrosionsförderung des Elektrolyten Kochsalz Unter welchen Bedingungen rostet Eisen? Bei Gegebenheit der drei notwendigen Korrosionskomponenten: 1.Sauerstoff(Raumluft) 2.Elektrolyt(NaCl-Lösung) 3.Wasser(NaCl-Lösung) Reaktionsgleichung : 2 Fe 2(s) + O 2(g) + H 2 O (l) 2 FeO(OH) (s) = Fe 2 O 3 · H 2 O (s) Salzlösung ersetzbar durch SO 2 - oder CO 2 -haltiges Wasser Säurewirkung

22 22 Versuch 6b Korrosionsförderung des Elektrolyten Kochsalz Ein Bleistiftspitzer als Lokalelement (Modell der Opferanode) Große Potentialdifferenz zwischen Stahlklinge (Eisen) und Leichtmetallblock (Legierung: 97% Magnesium, 3% Aluminium) Block (Anode): Mg (s) Mg 2+ (aq) + 2 e ¯ Klinge (Kathode):2 H 2 O (l) + 2 e ¯ H 2(g) + 2 OH ¯ (aq) Rand des Blocks:Mg 2+ (aq) + OH ¯ (aq) Mg(OH) 2(s) Verwendung: Korrosionsschutz ( z.B. bei Schiffen oder Heizungsanlagen)

23 23 Versuch 6c Salzbatterie Standardpotentiale ε 0 Mg Mg 2+ : -2,38V Fe Fe 2+ : -0,44V Vermeidung der elektrochemischen Korrosion: - Kontakt der verschiedenen Metalle unterbinden - Potentiale genau abstimmen

24 24 Osmotischer Druck Begrifflichkeit Diffusion einer Flüssigkeit durch semipermeable Membran, welche zwei Flüssigkeiten trennt Wassermoleküle werden durchgelassen, solvatisierte Ionen nicht Grundlage: Das Bestreben Konzentrationsunterschiede auszugleichen osmotischer Druck Biologische Bedeutung Halbdurchlässige Wände: - Grenzschichten des Plasmas der Tiere und Pflanzen - Innendruck und Außendruck von Zellen

25 25 Demonstration 2 Osmotischer Druck ********* *************** ******************* ******************** ***************** ********** Aquarium gefüllt mit entionisiertem Wasser Schweineblase gefüllt mit konzentrierter Salzlösung

26 26 Demonstration 2 Osmotischer Druck ********* *************** ******************* ******************** ***************** ********** Wasser drängt von außen nach innen

27 27 Demonstration 2 Osmotischer Druck * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Die Blase ist ausgedehnt und steht unter Druck

28 28 Demonstration 2 Osmotischer Druck * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * Sticht man nun ein kleines Loch hinein...

29 29 Demonstration 2 Osmotischer Druck * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

30 30 Abschlussbetrachtung vielseitig Die Verbindung NaCl: Alltäglich aber vielseitig Abhandlung im Vortrag: Keinesfalls abgeschlossen Sicher nicht vollständig Beabsichtigt: Gewichtung des experimentellen Charakters Daher:- Vielseitige Versuche und Demonstrationen (Feststoff, Lösung, Gasentwicklung) - Salzschmelze bis Kältemischung - Historie und Zukunftsanwendung - Fächerübergreifende Einblicke: (Biologie, Physik, Technologie) - Vielfältiger Medieneinsatz

31 31 Literatur Internetveröffentlichungen (zur Didaktik der Chemie) Universitäten Bielefeld und Siegen sowie Kantonsschule Heerbrugg(CH) Taschenbuch der Chemie (Fachbuchverlag Leipzig) Schröter, Lautenschläger, Bibrack Lehrbuch der Anorganischen Chemie (de Gruyter) Hollemann und Wiberg


Herunterladen ppt "1 Natriumchlorid (NaCl) oder einfach Kochsalz Fabian Gelies Sommersemester 2002 Experimentalvortrag."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen