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

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:



- Verwendung von Be:

+ Legierungsbestandteil

+ Neutronenmoderator

bei Kernreaktionen

3: Steuerstäbe



- 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



- 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:





+ Dreizentrenbindungen wie im polymeren (BeH2)n





+ Koordinative Bindungen wie im polymeren kettenförmigen

(BeCl2)n





+ Funktion als Lewissäure:





+ (p-p)-Bindungen wie im gasförmigen BeCl2:



- zwischen isoelektronischen Beryllium-Fluor und Silicium-

Sauerstoff-Verbindungen existieren erstaunliche Isotypien:



- Berylliumhydrid BeH2 ist eine feste, weiße, nichtflüchtige polymere

Substanz

- es ist luft- und feuchtigkeitsempfindlich, dem Al-Hydrid ähnlich



- 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.



- 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-, BeF4

2-, Be2F73-



- 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



- Magnesiumhydrid MgH2 ist weiß, fest und nichtflüchtig und besitzt

Ionencharakter; Darstellung:

- oder durch thermische Zersetzung von Diethylmagnesium im Hoch-

vakuum



- Magnesiumoxid MgO entsteht durch Verbrennung von Mg an der

Luft mit blendend weißem Licht :



- 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



- durch Erhitzen von Mg(OH)2 erhält man lockeres MgO (magnesia

usta, das in der Medizin als Neutralisationsmittel Verwendung findet



- 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)



- 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



- 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



- 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



- 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)



- 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:



- 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 1000 - 1200 °C (Kalkbrennen)


Calciumverbindungen

- CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist

eine weiße, amorphe Masse

- großtechnische Darstellung durch

Erhitzen von Kalkstein CaCO3



Calciumverbindungen

- CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist eine weiße, amorphe Masse

- großtechnische Darstellung durch Erhitzen von Kalkstein CaCO3


- 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 10 - 90 %

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


- mit Wasser bindet er wieder zu Gips

(CaSO4 · 2 H2O) ab


Calciumverbindungen


- mit Wasser bindet er wieder zu Gips (CaSO4 · 2 H2O) ab

- weiteres Erhitzen von gebranntem Gips führt zu Stuckgips:


Calciumverbindungen

- bei 1000 - 1200 °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

-



Li



Li Na



Li Na

K



Li Na

K Rb



Li Na

K Rb

Cs



Li Na

K Rb

Fr Cs




Gruppeneigenschaften - die Elemente



-



- 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



- 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



- 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



- 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



- 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


- NaCl (Steinsalz, Halit), bergmännische Gewinnung


Vorkommen - Natrium



- Soda Na2CO3 10 H2O

Sodagewinnung im ausgehenden Mittelalter


Vorkommen - Natrium



- 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


- 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



- 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



- Na wird heute nach dem Downs-Verfahren hergestellt

durch CaCl2 herabgesetzte

Schmelztemp. von 600 °C,

11 kWh / kg Na



- 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:



- 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



- in der Beleuchtungstechnik verwendet man Na für Natriumdamfent-

ladungslampen; in schnellen Brütern als Kühlmittel



- 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



- 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:



- in etherischen Lösg. reagiert LiH mit vielen Halogeniden zu Doppel-

hydriden:

- NaH entsteht bei 300 °C aus den Elementen



- 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



- 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



- 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



- 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:



- Li2O2 wird industriell aus LiOH · H2O mit H2O2 hergestellt

- Li2O2 zersetzt sich oberhalb 195 °C in Li2O



- K2O2, RbO2, Cs2O2 werden durch Oxidation der Metalle in flüssigem

NH3 bei -60 °C dargestellt

- Peroxide reagieren mit Wasser unter Bildung von H2O2:



- Na2O2 findet daher Verwendung in der Unterwassertechnik, das

leichtere Li2O2 in der Raumfahrttechnik



- 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:



- 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



- 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:



- 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



- 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



- 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



- 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



- LiF ist im Gegensatz zu zu den anderen Lithiumhalogeniden

schwerlöslich

- wegen hoher IR-Durchlässigkeit

Verwendung von LiF-

Einkristallen als

Prismenmaterial

(ebenso CsI)



- 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



- NaCl (Fp. 808 °C) industriell wichtigste Natriumverbindung

- Ausgangsprodukt für die Herstellung von

+ Natriumcarbonat

+ NaOH

+ Chlor

+ HCl

+ Wasserglas



- 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



- 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)



- 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

- 1981 Weltproduktion 28 Mio t, davon ca. 3/4 synthetische Soda

- wasserfreie Soda (calcinierte Soda) löst sich unter alk. Rkn in Wasser:



- aus wässrigen Lösungen kristallisiert

das Dekahydrat Na2CO3 · 10 H2O

(Kristallsoda) aus

- Kristallsoda schmilzt bei 32 °C im

eigenen Kristallwasser

Sodagruben am Nil



- Herstellung erfolgt nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (Solvay-

Verfahren) : + Ausfällung von NaHCO3 nach CO2/NH3 Einleitung:

+ thermische Zersetzung des NaHCO3 unter CO2-Gewinnung:



- Herstellung erfolgt nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (Solvay-

Verfahren) : + weitere CO2-Gewinnung durch Kalkbrennen:

+ der Branntkalk dient zur Ammoniakrückgewinnung:

+ als Bruttogleichung folgt:



- 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:



- 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



- 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



- 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



- Kaliumnitrat KNO3 (Kalisalpeter)

- im Gegensatz zu NaNO3 nicht hygroskopisch

- Verwendung in der Pyrotechnik (Schwarzpulver) und als Dünge-

mittel

5 Metalle5.2 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 - Schmelzp. sind sehr unterschiedlich



- 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





- 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



- 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)




+ hexagonal dichteste Packung KZ 12




+ hexagonal dichteste Packung

+ kubisch dichteste Packung (A1)





+ kubisch dichteste Packung





+ kubisch dichteste Packung

+ kubisch raumzentrierte

Struktur (A2)



- 80 % der Metalle kristallisieren ineiner der drei Strukturen



- 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



- Atomradius von Metallen ist der halbe Abstand im Metallgitter

befindlicher Atome




befindlicher Atome

- bei polymorphen Metallen findet man eine Abhängigkeit der Radien

von der Koordinationszahl:




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

- 1900 entwickelten Drude und Lorentz ein klassisches Modell der

Metallbindung, das von Rümpfen und delokalisierten e- ausgeht

- Elektronen bewegen sich als

Elektronengas zwischen den

Rümpfen





- Elektronen bewegen sich als Elektronengas zwischen den

Rümpfen - Vergleich von Elektronendichten in verschiedenen Gittern





- 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



- 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



Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften verschiedener

Stoffgruppen mit dem

Bändermodell



Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von

Halbleitern mit dem Bändermodell



Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von dotierten




Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von dotierten




- bei dotierten wie bei Eigenhalbleitern nimmt die Leitfähigkeit mit

steigender Temperatur zu

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