4 Nichtmetalle. 4 Nichtmetalle 4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste

4 Nichtmetalle4 Nichtmetalle

4 Nichtmetalle4 Nichtmetalle4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste

4 Nichtmetalle4 Nichtmetalle4.2 Wasserstoff4.2 Wasserstoff

Eigenschaften

- leichtestes Gas; bei 0 °C

Dichte = 0,08987 g • l-1

(Luft ist 14,4 mal so schwer)

Eigenschaften

Größtes Diffusionvermögen aller Gase

deshalb auch von allen Gasen die größte Wärmeleitfähigkeit

Eigenschaften

H2 2 HH = + 436 kJ/mol

Eigenschaften

H2 2 HH = + 436 kJ/mol

Cu2O + H2 2 Cu + H2O

Eigenschaften

H2 2 HH = + 436 kJ/mol

Knallgasreaktion

Eigenschaften

H2 2 HH = + 436 kJ/mol

Knallgasreaktion

Eigenschaften

Knallgasreaktion

Eigenschaften

Wasserstoffisotope

1H leichter Wasserstoff, Protium

2H (D) schwerer Wasserstoff, Deuterium

3H (T) überschwerer Wasserstoff, Tritium (-Strahler)

Wasserstoffisotope

1H leichter Wasserstoff, Protium

2H (D) schwerer Wasserstoff, Deuterium

3H (T) überschwerer Wasserstoff, Tritium (-Strahler)

Entstehung durch Höhenstrahlungseinwirkung:

Wasserstoffisotope

Große relative Massendifferenz der Isotope führt zu signifikanten

Unterschieden der physikalischen Eigenschaften

Vorkommen und Darstellung

- häufigstes Element im Kosmos (ca. 2/3 der Gesamt-masse)

- häufigstes Element im Kosmos

- in der Erdkruste das zehnthäufigste Element

- entsteht bei Rkn. von elektropositiven Metallen mit Wasser:

- oder durch Rkn. elektropositiver Metalle mit Säuren:

Technische Darstellung erfolgt z.B. durch das Steam-Reforming-Verfahren:

P: bis 40 bar

T: 700 bis 830 °C

Nickel-Katalysatoren

Technische Darstellung erfolgt z.B. auch aus Partieller Oxidationvon schwerem Heizöl:

P: 30 bis 40 bar

T: 1200 bis 1500 °C

ohne Katalysatoren

Eine weitere Möglichkeit bietet die Kohlevergasung:

Die für diesen endothermen Prozeß benötigte Wärme stammt aus dem endothermen Vorgang der Kohleverbrennung:

Bei allen drei Verfahren

muß das entstehende CO anschließend konvertiert werden:

Das auftretende GG ist das Wassergasgleichgewicht.

GG liegt bei 1000 °C auf der linken; unterhalb 500 °C praktischvollständig auf der rechten Seite.

als Nebenprodukt fällt Wasserstoff bei der Chloralkalielektrolyse

(s. u.) und beim Crackverfahren für Benzin an.

Verwendung

findet Wasserstoff als Grundstoff für Synthesen:

+ Ammoniak

Verwendung

+ Ammoniak

(Haber-Bosch-Verfahren seit1913)

N2 + 3 H2 > 2 NH3

Verwendung

+ Ammoniak+ Methanol

Verwendung

+ Ammoniak+ Methanol+ Blausäure+ Salzsäure+ Fetthärtung

Verwendung

+ Fetthärtung

Verwendung

besteht für Wasserstoff weiterhin als

+ Raketentreibstoff

Verwendung

+ Raketentreibstoff

Verwendung

+ Raketentreibstoff

+ als Heizgas

Verwendung

+ Raketentreibstoff

+ als Heizgas

+ zum Autogenschweißen

und -schneiden

Verwendung

+ Raketentreibstoff

+ als Heizgas

+ zum Autogenschweißen und -schneiden

+ als Reduktionsmittel zur Darstellung bestimmter Metalle

(W, Mo, Ge, Co) aus Metalloxiden.

Wasserstoffverbindungen

Wasserstoff bildet mit fast allen Elementen Verbindungen.

Wasserstoff bildet mit fast allen Elementen Verbindungen. Nach der Bindungsart unterscheidet man drei Gruppen von Wasserstoff-verbindungen:

1. Kovalente Wasserstoffverbindungen

2. Salzartige Wasserstoffverbindungen (Hydride)

3. Legierungs- oder Metallartige Wasserstoffverbdg. (Hydride)

Flüchtige Hydride, die mit Nichtmetallen ähnlicher Elektro-negativität

CH4, SiH4

Flüchtige Hydride, die mit Nichtmetallen ähnlicher Elektro-negativität

CH4, SiH4

oder größerer Elektronegativität gebildet werden:

NH3, H2O, HCl

- werden mit stark elektropositiven Metallen gebildet

- entstehen aus den Elementen, z.B.:

- sind starke Reduktionsmittel und werden von Wasser unter Ent- wicklung von H2 zersetzt:

- können so in schwer zugänglichen Gebieten zur Wasserstoff- erzeugung eingesetzt werden

- oder dienen der Trocknung von Lösungsmitteln

- können auch als Hydrierungsmittel eingesetzt werden:

Einlagerungsverbindungen aus Wasserstoffatomen in Übergangs-

metallen sind meist nicht stöchiometrisch zusammengesetzt und

ihrem Charakter nach metallartig.

4 Nichtmetalle4 Nichtmetalle4.3 Edelgase4.3 Edelgase

Gruppeneigenschaften

Edelgase sind aufgrund der abgeschlossenen Elektronenkon-

figuration chemisch sehr inaktiv.

Wegen des Fehlens ungepaarter Elektronen liegen sie als einzige

Elemente atomar vor; bei RT als atomare Gase.

Zwischen den Edelgasatomen nur Van-der-Waals-Kräfte möglich,

daher niedrige Schmelz- und Siedepunkte.

Zwischen den Edelgasatomen nur Van-der-Waals-Kräfte möglich,

daher niedrige Schmelz- und Siedepunkte.

Verbindungsbildung durch kovalente Bindungen nur nach

vorheriger Promotion zu ungepaarten Valenzelektronen.

Vorkommen, Gewinnung, Verwendung

Edelgase sind Bestandteil der Luft.

Sie können durch fraktionierende Luftverflüssigung gewonnenwerden.

Edelgase sind Bestandteil der Luft.

He ist bis zu 8% in Erdgasen enthalten (Weltreserve 5 Mrd. m3).

Gewinnung vor allem von Argon auch aus Industrieabgasen.

Verwendung finden die Edelgase als

+ Schutzgas beim Lichtbogenschweißen oder Umschmelzen

+ Edelgasfüllung in Gasentladungsröhren

Gasentladungsröhre

+ Ar, Kr und Xe als Füllgase in Glühlampen

herkömml. Glühlampe

Blitzlampe

+ Schutzgas beim Lichtbogen- schweißen oder Umschmelzen

+ Edelgasfüllung in Gas- entladungsröhren

Flutlichtanlage

+ He Füllung für Luftballons, Blimps und in der Tief- temperaturtechnik, Zusatz als Tauch-Atemgas

+ N2 als Schutzgas in Labor und Lebensmitteltechnik

+ N2 als Schutzgas in Labor

Weinkeller früher......

Weinkeller früher...... und heute

Edelgasverbindungen

Edelgashalogenide

Edelgasverbindungen

Edelgashalogenide

Als Fluorierungsmittel kommt nur durch Bestrahlung, el. Entladung oder Erwärmung aktiviertes elementares Fluor in Frage; die

Fluorierung erfolgt sukzessive nach den folgenden GG-Reaktionen:

Edelgasverbindungen

Edelgashalogenide

So entstandene E. sind bei RT beständig, zersetzen sich aber bei Er-

wärmung. Bei Redoxreaktionen bildet sich stets Xe.:

Edelgasverbindungen

Edelgashalogenide

Alle E. reagieren mit Wasser.

z. B.:

Edelgasverbindungen

Edelgashalogenide

Alle E. reagieren mit Wasser.

z. B.:

Edelgasverbindungen

Edelgashalogenide, Edelgasoxide und Edelgasoxidfluoride

Neben Fluor vermag aufgrund seines EN-Wertes von 3,5 nur noch Sauerstoff mit Edelgasen kovalente Bindungen auszubilden

Edelgasverbindungen

Struktur der Edelgasverbindungen

Edelgasverbindungen

4 Nichtmetalle4 Nichtmetalle4.4 Halogene4.4 Halogene

Die Entdeckung der „Salzbildner“

4 Nichtmetalle4 Nichtmetalle 4.4 Halogene4.4 Halogene

Anlagerung eines Elektrons ist ein exothermer Prozeß (s. EA).

Für Fluor ist –1 deshalb die einzige, für Cl, Br, und I eine häufige

Oxidationszahl.

Cl, Br und I treten darüber hinaus noch in weiteren Ox-Zahlen auf:

Oxidationszahl.

Cl, Br und I treten darüber hinaus noch in weiteren Ox-Zahlen auf:

Alle bekannten Isotope des Astats sind radioaktiv; das stabilste

besitzt eine Halbwertszeit von 8,3 h.

Vorkommen

Aufgrund der großen Reaktionsfähigkeit kein elementares Vork..

Vorkommen

Wichtige Rohstoffquellen sind: (F) Flußspat CaF2,

Vorkommen

Wichtige Rohstoffquellen sind: (F) Flußspat CaF2, Apatit Ca5(PO4)3(OH,F)

Vorkommen

Wichtige Rohstoffquellen sind: (F) Flußspat CaF2, Apatit Ca5(PO4)3(OH,F)Kryolith Na3AlF6

GRÖNLAND

Vorkommen

Chlor und Brom als Halogenide in Salzlagerstätten:Steinsalz NaCl

Vorkommen

Chlor und Brom als Halogenide in Salzlagerstätten:

Steinsalz NaClSylvin KCl

Vorkommen

Chlor und Brom als Halogenide in Salzlagerstätten:Steinsalz NaClSylvin KClCarnallit KMgCl3

Kainit KMgCl(SO)4 • 3H2O

Vorkommen

Iod kommt als Beimengung im Chilesalpeter (v.a. NaNO3) alsIodat Ca(IO3)2 vor.

Vorkommen

Weiterhin wird Iod aus Meerwasser im Tang angereichert.

Physikalische Eigenscahften

4 Nichtmetalle. 4 Nichtmetalle 4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste

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