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 Nichtmetalle4.1 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:





- 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:



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:



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:



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:




muß das entstehende CO anschließend konvertiert werden:

Das auftretende GG ist das Wassergasgleichgewicht.



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.:





- 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





- 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


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.:

oder:


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



Edelgasverbindungen



Edelgasverbindungen


4 Nichtmetalle4 Nichtmetalle4.4 Halogene4.4 Halogene


4 Nichtmetalle4 Nichtmetalle4.4 Halogene4.4 Halogene


Die Entdeckung der „Salzbildner“

4 Nichtmetalle4 Nichtmetalle 4.4 Halogene4.4 Halogene


Fluor



Fluor

Chlor



Fluor

Chlor

Brom



Fluor

Chlor

Brom

Iod











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

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

Oxidationszahl.





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



Vorkommen





Weiterhin wird Iod aus Meerwasser im Tang angereichert.


Physikalische Eigenscahften

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