p-Block Elemente II
Kapitel 4 Fragen und Antworten
Kapitel 4 Fragen und Antworten
Wie gewinnt man Sauerstoff?
Durch fraktionierte Destillation flüssiger Luft. Siehe Herstellung Stickstoff
Was ist autogenes Schweißen?
Sauerstoff wird beim autogenen Schweißen verwendet:
C2H2(g) + 5/2O2(g) → 2CO2(g) + H2O(g)
Wie kann man den O2 Gehalt durch messen des Magnetismus bestimmen?
Sauerstoff hat eine geradzahlige Anzahl von Elektronen, zwei von ihnen sind ungepaart, dadurch ist O2 paramagnetisch. Dieser Paramagnetismus hat eine praktische Anwendung, da der Sauerstoffgehalt in Inkubatoren und anderen lebenserhaltenden Systemen durch Messung des Magnetismus des vorhandenen Gases ermittelt werden kann.
Was ist Ozon? Vorkommen und Entstehung.
Elementarer Sauerstoff kommt auch als das allotrope Ozon, O3, in hohen Lagen der Atmosphäre vor, wo es durch Einwirkung von Sonnenstrahlen gebildet wird. Ozon ist auch in Smoggebieten vorhanden, wo es durch die Reaktion von Sauerstoffmolekülen mit Sauerstoffatomen gebildet wird. Die Sauerstoffatome werden durch fotochemische Zersetzung von NO2, einer Verunreinigung bei Verbrennungsprozessen, produziert:
NO2(g) → (Licht) NO(g) + O(g)
Wie wird Schwefel hergestellt? Frasch-Prozeß, Clausprozeß;
Nativer Schwefel wird über den genialen Frasch-Prozeß gewonnen, der den geringen Schmelzpunkt und die geringe Dichte ausnützt. In diesem Prozeß wird Wasser mit ca. 165°C und unter Druck im äußersten von drei konzentrischen Rohren hinuntergepumpt und schmilzt damit den Schwefel, der in den tiefen Gesteinslagen unterirdisch lagert. Komprimierte Luft wird durch das innerste Rohr hinuntergedrückt und zwingt so die lockere Mischung von Schwefel, Luft und heißem Wasser durch das mittlere Rohr hinauf. Der unlösliche Schwefel scheidet sich dann beim Abkühlen aus der Mischung ab.
Beim Frasch-Prozeß wird überhitztes Wasser – Wasser unter Druck und über 100°C – durch das äußere Rohr nach unten gepumpt; komprimierte Luft wird durch das innerste Rohr nach unten gepresst und transportiert eine Mischung von flüssigem Schwefel, Luft du heißem Wasser durch das mittlere Rohr nach oben.
Eine Hauptquelle des Schwefels ist der Clausprozeß, in dem ein Teil des H2S im Erdöl und Erdgas zuerst zu Schwefeldioxid oxidiert wird:
2H2S(g) + 3O2(g) → 2SO2(g) + 2H2O(l)
Der Rest des Schwefelwasserstoffs wird dann durch Reaktion mit diesem SO2 oxidiert:
2H2S(g) + SO2(g) → (300°C, Al2O3) 3S(s) + 2H2O(l)
Geben Sie den Unterschied von sauren und basischen Oxiden an.
Metalle bilden basische Oxide, Nichtmetalle bilden saure Oxide. So löst sich beispielsweise Lithiumoxid (ein Metalloxid) unter Bildung von Lithiumhydroxidlösung in Wasser:
Li2O(s) + H2O(l) → 2LiOH(aq)
Während Schwefeltrioxid (ein nichtmetallisches Oxid) sich unter Bildung einer schwefelsauren Lösung in Wasser löst:
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
Was sind Zeolithe?
Hochreines Wasser wird durch Ionenaustausch erhalten, dem Austausch eines Ions in einer Lösung gegen ein anderes. Wasser wird durch einen Zeolithen, ein Natriumaluminiumsilikat mit einer sehr offenen Struktur, das Ionen wie Mg2+und Ca2+ aufnehmen kann, und dabei oft ein H+ Ion abgibt, durchgeleitet.
Hat Wasser ein amphoteres Verhalten?
Wasser ist auch amphoter und kann daher sowohl als Brönstedbase als auch als Brönstedsäure wirken:
CH3COOH(aq) + H2O(l) ↔ H3O+(aq) + CH3CO2-(aq)
H2O(l) + NH3(aq) ↔ NH4+(aq) + OH-(aq)
Wasser ist Lewisbase und bildet Komplexe.
Was ist eine Disproportionierungsreaktion?
Disporportionierungsreaktion ist eine Reaktion, bei der die Oxidationszahl eines Elementes unter Bildung von 2 verschiedenen Substanzen aus einer einzigen Substanz, die das Element enthält, simultan zunimmt und abnimmt.
2Cu+(aq) → Cu(s) + Cu2+(aq)
Wie funktioniert die Herstellung von Wasserstoffperoxid und Schwefelwasserstoff?
Wasserstoffperoxid, H2O2, wird über die Reaktion von Anthrachinon mit Wasserstoff in einem Kohlenwasserstoff als Lösungsmittel, hergestellt:
A + H2(g) →(Δ) AH2
Dann wird Luft durch das Produkt durchgeleitet:
AH2 + O2(g) → A + H2O2
Das Gas Schwefelwasserstoff, H2S, wird durch Protonierung des Sulfidions, einer Brönstedbase, in einer Reaktion wie etwa
FeS(s) + 2HCl(aq) → FeCl2(aq) + H2S(g)
gebildet.
Wie wirkt H2O2 als Oxidations- und Reduktionsmittel in sauren und basischen Lösungen?
Es kann sowohl in saurer als auch basischer Lösung als Oxidationsmittel wirken:
Saure Lösung: H2O2(aq) + 2H+(aq) + 2e- → 2H2O(l)
Basische Lösung: HO2-(aq) + H2O(l) + 2e- → 3OH-(aq)
Es kann in saurer und basischer Lösung aber auch als Reduktionsmittel wirken:
Saure Lösung: O2(g) + 2H+(aq) + 2e- → H2O2(aq)
Basische Lösung: O2(g) + 2H2O(l) + 2e- → H2O2(aq) + 2OH-(aq)
Welche Oxide und O2 Säuren bildet Schwefel?
Die wichtigsten Oxide und Sauerstoffsäuren des Schwefels sind das Dioxid und das Trioxid und die dazugehörige schwefelige bzw. Schwefelsäure. Schwefeldioxid ist ein saures Oxid und das Anhydrid der schwefeligen Säure (H2SO3), die die Ausgangssubstanz für Hydrogensulfite und Sulfite darstellt.
SO2(g) + H2O(l) → H2SO3(aq)
Sulfite sind recht gute Reduktionsmittel, da sie leicht zum Sulfation oxidiert werden können. In Schwefeldioxid und in den Sulfiten ist die Oxidationszahl des Schwefels +4.
Eigenschaften der Schwefelsäure.
Schwefelsäure hat drei wichtige chemische Eigenschaften: Brönstedsäure, Dehydrationsmittel und Oxidationsmittel;
Wie wird Fluor, Chlor und Brom hergestellt?
Fluor ist stark oxidierend. Herstellungsart für elementares Fluor ist die Elektrolyse einer wasserfreien, geschmolzenen Mischung von Kaliumfluorid und Flußsäure bei ca. 75°C mit Kohlenstoff als Anode.
Chlor wird elektrolytisch mit dem Downs-Prozeß produziert, entweder aus geschmolzenem Salz oder Salzsole. Chlor ist ein starkes Oxidationmittel.
Chlor wird auch zur Erzeugung von Brom aus Sole eingesetzt, da es die Br- Ionen oxidiert:
2Br-(aq) + Cl2(g) → Br2(l) + 2Cl-(aq)
Dabei wird Luft durch die Lösung geblasen, um Brom zu verdampfen und auszutreiben.
Iod Vorkommen, Herstellung, Mangelerscheinung
Iod kommt als Iodidion in Sole und als Verunreinigung in Chilesalpeter vor. Die wichtigste Quelle für moderne Iodgewinnung ist das Salzwasser aus Ölquellen, weil Öl selbst das Zersetzungsprodukt von Meeresorganismen entsteht, die während ihrer Lebenszeit Iod akkumuliert haben. Das Element wird durch Oxidation mit Chlor erzeugt:
Cl2(g) + 2I-(aq) → I2(aq) +2Cl-(aq)
Iod ist für lebende Systeme in geringen Mengen ein essentielles Element; ein Mangel führt zu einem Anschwellen der Schilddrüse (“Kropf”).
Wie erklärt sich das unterschiedliche Vorkommen von Cl2 und F2 im Ozean?
Die geringe Größe des Fluoridions führt auch zu hohen Gitterenthalpien in seinen ionogenen Verbindungen. Als Konsequenz sind die Löslichkeiten der Fluoride niedriger als die anderer Halogenide. Dieser Unterschied in der Löslichkeit ist einer der Gründe, warum Ozeane so viele Chloride enthalten, aber kaum Fluoride, obwohl Fluor auf der Erdkruste häufiger ist als Chlor.
Was sind Interhalogenverbindungen?
Die Halogene bilden Verbindungen miteinander. Diese Interhalogenverbindungen haben die Formeln XX’, XX’3, XX’5, XX’7, wobei X das schwerere (und größere) der beiden Halogene ist. Alle Interhalogenverbindungen werden durch direkte Reaktion der beiden Halogene erzeugt, und das dabei entstehende Produkt ist durch die Mengenverhältnisse der Reaktanden bestimmt, zB:
Br2(g) + Cl2(g) → 2BrCl(g)
Cl2(g) + 3F2(g) → 2ClF3(g)
Cl2(g) + 5F2(g) → 2ClF5(g)
Welche Halogensauerstoffsäuren (mit Namen) gibt es, welche Säurestärken haben sie?
...
Welche Verwendungen finden Hypochloriten?
Hypochlorite sind nützlich, da sie organisches Material oxidieren. Sie werden in Bleichmitteln und als Desinfektionsmittel in Schwimmbädern und anderen Wasseraufbereitungen eingesetzt.
Welche Anwendungen finden Perchlorate?
Perchloratsäure, HClO4. Chlor hat in Perchloraten eine Oxidationszahl von +7 (ausgezeichnetes Oxidationsmittel). Ein Beispiel für seine oxidierende Wirkung findet Verwendung einer Mischung von Ammoniumperchlorat und Aluminiumpulver in den Feststoffraketen des Space Shuttles. Die Ammoniumionen und Aluminium sind der „Treibstoff“, die Perchlorationen dienen als Sauerstoffquelle.
Was Versteht man unter einem Clathrat ?
Clathrate sind nur in fester Phase vorkommende Verbindungen zweier Stoffe, von
denen der eine Stoff ein Gitter mit Käfigen bildet, in die der andere Stoff (meist
gasförmig) eingelagert wird.
Wozu verwendet man Fluor in großem Maßstab und warum ?
Das meiste Fluor aus der Produktion wird zur Herstellung des flüchtigen UF6
verwendet, das eine Zwischenstufe bei der Herstellung von Kernspaltmaterial ist. Ein
großer Teil der übrigen Produktion wird für die Herstellung von SF6 in elektrischen
Geräten und für die Produktion von fluorierten Kohlenwasserstoffen, wie etwa Teflon
und den Freonen eingesetzt. Chemisch relativ inert.
Alle Halogenwasserstoffsäuren sind starke Säuren, außer HF. Warum ?
HF hat eine ausgeprägte Wasserstoffbrückenbindung (→ geringe Flüchtigkeit). Die
kurzen Zickzackketten der wasserstoffbrückengebundenen Moleküle existieren
teilweise sogar noch im Dampf.
Wozu verwendet man Helium ?
Füllgas in Luftschiffen, beim Tiefseetauchen und in Raumschiffen (Sauerstoff wird
verdünnt), als Druckgas für Raketentreibstoff, als Kühlmittel, als angeregtes Gas in
Helium-Neon-Lasern
Wie erzeugt man Flusssäure ? Gleichung !
CaF2 + 2 H2SO4 (aq) → Ca(HSO4)2 (aq) + 2 HF
Wozu verwendet man SF6 und warum ist es für diesen Zweck gut brauchbar ?
Verwendung in Schaltern von Hochspannungsgeräten, da es ein viel besserer Isolator
als Luft ist (Sehr große Ionisationsenergie von SF6 → sogar sehr starke elektrische
Felder können die Elektronen nicht abziehen)
Nennen Sie die Formeln einiger wichtiger Sulfate und ihren Verwendungszweck !
CaSO4.2H2O (Gips; Baustoff)
BaSO4 (Barit, Röntgenaufnahmen des Magen-Darm-Trakts, Bohrschlamm in Ölfeldern)
PbSO4 (wird bei der Entladung des Blei-Säure-Akkus gebildet)
CuSO4.5H2O (Kupfervitriol; Fungizid)
Wo kommt Iod vor, wie wird es elementar hergestellt ? Gleichung !
Iod kommt als Iodidion in Sole und als Verunreinigung in Chilesalpeter vor.
2 I- (aq) + Cl2 → I2 (aq) + 2 Cl- (aq)
Was versteht man unter einer Disproportionierung ?
Eine Disproportionierungsreaktion ist eine Reaktion, bei der die Oxidationszahl eines
Elements unter Bildung von 2 verschiedenen Substanzen aus einer einzigen Substanz,
die das Element enthält, simultan zu- und abnimmt:
Cl-Cl (g) + H2O (l) → Cl-OH (aq) + HCl (aq)
Wie lautet die konjugierte Base von OH- ?
O2-
Was bedeutet der Name Halogene ?
Salzbildner
Wozu verwendet man Argon ?
Argon wird verwendet, um eine inerte Atmosphäre beim Schweißen sicherzustellen
(Verhinderung von Oxidation), um gewisse Glühbirnen zu füllen (Funktion: Hitze vom
Glühfaden ableiten)
Welche Gleichung steckt hinter dem autogenen Schweißen ?
C2H2 + 5/2 O2 → 2 CO2 + H2O
Wie gewinnt man elementaren Schwefel ? 2 Verfahren ! Skizze ! Gleichungen !
Claus-Prozess:
2 H2S + 3 O2 → 2 SO2 + 2 H2O
2 H2S + SO2 → (300°, Al2O3) 3 S + 2 H2O
Frasch-Prozess (Seite 93):
Geringe Dichte und geringer Schmelzpunkt wird ausgenützt. Wasser (165°C, hoher
Druck) wird durch das äußerste von 3 Rohren hinuntergepumt und schmilzt dabei den
Schwefel (lagernd in tiefen Gesteinslagen). Komprimierte Luft wird durch das innerste
Rohr hinuntergedrückt → Mischung von Schwefel, Luft und Wasser kommt durch das
mittlere Rohr herauf. Beim Abkühlen scheidet sich der unlösliche Schwefel ab.
Wie entsteht bodennahes Ozon ? Gleichungen !
NO2 → (Licht) NO + O (fotochemische Zersetzung von NO2)
O + O2 → O3 (Reaktion von Sauerstoffmolekülen mit dem hochreaktiven
Sauerstoffatom)
Wasserstoffperoxid kann als Oxidationsmittel, aber auch als Reduktionsmittel in
saurer, wässriger Lösung auftreten. Schreiben Sie für beide Fälle die
entsprechenden Halbgleichungen an.
H2O2 kann sowohl in saurer(*) als auch in basischer(**) Lösung als Oxidationsmittel
wirken:
(*) H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) + 2 e- → 2 H2O
(**) HO2- (aq) + H2O + 2 e- → 3 OH-
H2O2 kann sowohl in saurer(*) als auch in basischer(**) Lösung als Reduktionsmittel
wirken:
(*) O2 + 2 H+ (aq) + 2 e- → H2O2 (aq)
(**) O2 + 2 H2O + 2 e- → H2O2 (aq) + 2 OH-
Salzsole wird elektrolysiert, der Elektrolyt wird gerührt, um Hypochlorit zu erzeugen.
Welche Reaktionen laufen ab ?
A: 2 Cl- (aq) → Cl2 + 2 e-
K: 2 H2O + 2 e- → H2 + 2 OH- (aq)
Cl2 + 2 OH- (aq) → ClO- (aq) + Cl- (aq) + H2O
Warum enthält der Ozean soviel Chloride, aber kaum Fluoride, obwohl F häufiger als
Cl ist ?
Die geringe größe des Fluoridions führt zu hohen Gitterenthalpien in seinen ionogenen
Verbindungen → Löslichkeiten der Fluoride sind geringer als die anderer Halogenide.
Wie wird Stickstoff gewonnen?
Stickstoff wird durch fraktionelle Destillation von flüssiger Luft erhalten. Luft wird durch eine Reihe von Entspannungs- und Kompressionsschritten auf unter -196°C abgekühlt. Die flüssige Mischung wird durch fraktionierte Destillation in Stickstoff (Siedepunkt -196°C) und Sauerstoff (Siedepunkt -183°C) zerlegt.
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Cartes-fiches
Was Versteht man unter einem Clathrat ?
Clathrate sind nur in fester Phase vorkommende Verbindungen zweier Stoffe, von
denen der eine Stoff ein Gitter mit Käfigen bildet, in die der andere Stoff (meist
gasförmig) eingelagert wird.
Wozu verwendet man Fluor in großem Maßstab und warum ?
Das meiste Fluor aus der Produktion wird zur Herstellung des flüchtigen UF6
verwendet, das eine Zwischenstufe bei der Herstellung von Kernspaltmaterial ist. Ein
großer Teil der übrigen Produktion wird für die Herstellung von SF6 in elektrischen
Geräten und für die Produktion von fluorierten Kohlenwasserstoffen, wie etwa Teflon
und den Freonen eingesetzt. Chemisch relativ inert.
Alle Halogenwasserstoffsäuren sind starke Säuren, außer HF. Warum ?
HF hat eine ausgeprägte Wasserstoffbrückenbindung (→ geringe Flüchtigkeit). Die
kurzen Zickzackketten der wasserstoffbrückengebundenen Moleküle existieren
teilweise sogar noch im Dampf.
Wozu verwendet man Helium ?
Füllgas in Luftschiffen, beim Tiefseetauchen und in Raumschiffen (Sauerstoff wird
verdünnt), als Druckgas für Raketentreibstoff, als Kühlmittel, als angeregtes Gas in
Helium-Neon-Lasern
Wie erzeugt man Flusssäure ? Gleichung !
CaF2 + 2 H2SO4 (aq) → Ca(HSO4)2 (aq) + 2 HF
Wozu verwendet man SF6 und warum ist es für diesen Zweck gut brauchbar ?
Verwendung in Schaltern von Hochspannungsgeräten, da es ein viel besserer Isolator
als Luft ist (Sehr große Ionisationsenergie von SF6 → sogar sehr starke elektrische
Felder können die Elektronen nicht abziehen)
Nennen Sie die Formeln einiger wichtiger Sulfate und ihren Verwendungszweck !
CaSO4.2H2O (Gips; Baustoff)
BaSO4 (Barit, Röntgenaufnahmen des Magen-Darm-Trakts, Bohrschlamm in Ölfeldern)
PbSO4 (wird bei der Entladung des Blei-Säure-Akkus gebildet)
CuSO4.5H2O (Kupfervitriol; Fungizid)
Wo kommt Iod vor, wie wird es elementar hergestellt ? Gleichung !
Iod kommt als Iodidion in Sole und als Verunreinigung in Chilesalpeter vor.
2 I- (aq) + Cl2 → I2 (aq) + 2 Cl- (aq)
Was versteht man unter einer Disproportionierung ?
Eine Disproportionierungsreaktion ist eine Reaktion, bei der die Oxidationszahl eines
Elements unter Bildung von 2 verschiedenen Substanzen aus einer einzigen Substanz,
die das Element enthält, simultan zu- und abnimmt:
Cl-Cl (g) + H2O (l) → Cl-OH (aq) + HCl (aq)
Wie lautet die konjugierte Base von OH- ?
O2-
Was bedeutet der Name Halogene ?
Salzbildner
Wozu verwendet man Argon ?
Argon wird verwendet, um eine inerte Atmosphäre beim Schweißen sicherzustellen
(Verhinderung von Oxidation), um gewisse Glühbirnen zu füllen (Funktion: Hitze vom
Glühfaden ableiten)
Welche Gleichung steckt hinter dem autogenen Schweißen ?
C2H2 + 5/2 O2 → 2 CO2 + H2O
Wie gewinnt man elementaren Schwefel ? 2 Verfahren ! Skizze ! Gleichungen !
Claus-Prozess:
2 H2S + 3 O2 → 2 SO2 + 2 H2O
2 H2S + SO2 → (300°, Al2O3) 3 S + 2 H2O
Frasch-Prozess (Seite 93):
Geringe Dichte und geringer Schmelzpunkt wird ausgenützt. Wasser (165°C, hoher
Druck) wird durch das äußerste von 3 Rohren hinuntergepumt und schmilzt dabei den
Schwefel (lagernd in tiefen Gesteinslagen). Komprimierte Luft wird durch das innerste
Rohr hinuntergedrückt → Mischung von Schwefel, Luft und Wasser kommt durch das
mittlere Rohr herauf. Beim Abkühlen scheidet sich der unlösliche Schwefel ab.
Wie entsteht bodennahes Ozon ? Gleichungen !
NO2 → (Licht) NO + O (fotochemische Zersetzung von NO2)
O + O2 → O3 (Reaktion von Sauerstoffmolekülen mit dem hochreaktiven
Sauerstoffatom)
Wasserstoffperoxid kann als Oxidationsmittel, aber auch als Reduktionsmittel in
saurer, wässriger Lösung auftreten. Schreiben Sie für beide Fälle die
entsprechenden Halbgleichungen an.
H2O2 kann sowohl in saurer(*) als auch in basischer(**) Lösung als Oxidationsmittel
wirken:
(*) H2O2 (aq) + 2 H+ (aq) + 2 e- → 2 H2O
(**) HO2- (aq) + H2O + 2 e- → 3 OH-
H2O2 kann sowohl in saurer(*) als auch in basischer(**) Lösung als Reduktionsmittel
wirken:
(*) O2 + 2 H+ (aq) + 2 e- → H2O2 (aq)
(**) O2 + 2 H2O + 2 e- → H2O2 (aq) + 2 OH-
Salzsole wird elektrolysiert, der Elektrolyt wird gerührt, um Hypochlorit zu erzeugen.
Welche Reaktionen laufen ab ?
A: 2 Cl- (aq) → Cl2 + 2 e-
K: 2 H2O + 2 e- → H2 + 2 OH- (aq)
Cl2 + 2 OH- (aq) → ClO- (aq) + Cl- (aq) + H2O
Warum enthält der Ozean soviel Chloride, aber kaum Fluoride, obwohl F häufiger als
Cl ist ?
Die geringe größe des Fluoridions führt zu hohen Gitterenthalpien in seinen ionogenen
Verbindungen → Löslichkeiten der Fluoride sind geringer als die anderer Halogenide.
Wie wird Stickstoff gewonnen?
Stickstoff wird durch fraktionelle Destillation von flüssiger Luft erhalten. Luft wird durch eine Reihe von Entspannungs- und Kompressionsschritten auf unter -196°C abgekühlt. Die flüssige Mischung wird durch fraktionierte Destillation in Stickstoff (Siedepunkt -196°C) und Sauerstoff (Siedepunkt -183°C) zerlegt.
Technische und biologische Stickstofffixierung.
Stickstoff ist das Ausgangsmaterial für die Haber-Bosch-Synthese von Ammoniak. Dieser Prozeß ist die wichtigste Methode zur Fixierung des Elements, d.h. zur Ausbildung einer Bindung mit anderen Elementen. Natürliche Fixierungsreaktionen können durch Blitze eingeleitet werden, wobei ein Teil des Stickstoffs in seine Oxide umgewandelt wird; diese Verbindungen können dann durch Regen in den Boden gelangen. Stickstoff wird auch durch Bakterien fixiert, die sich in den Knollen der Wurzeln von Hülsenfrüchten, wie etwa Bohnen und Erbsen befinden.
Der Haber-Bosch-Prozeß für die Synthese von Ammoniak:
N2(g) + 3H2(g) → (400 – 600°C, 150 – 600atm, Fe) 2NH3(g)
Stickstoff aus der fraktionierten Destillation der Luft, Wasserstoff aus der Reforming- und Schichtreaktion von Methan und Wasser.
Ammoniak ist eine Base; Fähigkeit zur Komplexbildung.
Was ist der Unterschied zwischen weißen und roten Phosphor?
Der Phosphordampf wird kondensiert und bildet weißen Phosphor, einen weichen, reaktiven, giftigen molekularen Feststoff. Die Reaktivität kommt aus der Spannung unter der die Bindungen durch die spitzen Winkel zueinander stehen. Weißer Phosphor geht bei Luftkontakt in Flammen auf und er wird normalerweise unter Wasser aufbewahrt. Wenn er unter Luftabschluß erhitzt wird, so wandelt sich der weiße Phosphor in roten Phosphor um. Diese dichtere allotrope Form ist weniger reaktiv, kann aber durch Reibung entzündet werden und wird daher in Zündhölzern verwendet.
Wie funktionieren Riechsalze?
Ammoniumsalze zersetzen sich beim Erhitzen:
(NH4)2CO3(s) → 2NH3(g) + CO2(g) + H2O(g)
Der stechende Geruch von Ammoniumkarbonat bei der Zersetzung ist auch der Grund für seine Verwendung in Riechsalzen.
Hydrazin als Komponente im Raketentreibstoff.
Es ist sehr explosiv und wird daher normalerweise nur in wäßrigen Lösungen eingesetzt. Die Energieausbeute bei seiner Verbrennung macht es zu einem nützlichen Raketentreibstoff von flüssigem N2O4 und Derivaten des Hydrazins. Diese beiden Flüssigkeiten entzünden sich sobald sie sich mischen und produzieren dabei ein großes Gasvolumen:
4CH3NHNH2(l) + 5N2O4(l) → 9N2(g) + 12H2O(g) + 4CO2(g)
Vergleich der Eigenschaften von Phosphin und Ammoniak.
Wasserstoffverbindungen anderer Elemente der Gruppe V sind weniger stabil als Ammoniak und ihre Beständigkeit nimmt innerhalb der Gruppe nach unten hin ab. Phosphin ist in Wasser viel weniger löslich als Ammoniak, eine Tatsache, die wieder auf die wichtige Rolle der Wasserstoffbrückenbindungen bei der Hydratation hinweißt: NH3 kann Wasserstoffbrücken in Wasser bilden, PH3 aber nicht. Wäßrige Lösungen von Phosphin sind neutral, da PH3 eine extrem geringe Neigung hat Protonen aufzunehmen.
Erklären Sie die Funktion eines Airbags.
Natriumazid (NaN3) wird in den Airbags der Autos eingesetzt. Wenn ein Fahrzeug plötzlich seine Geschwindigkeit verzögert, bringt eine elektrische Schaltung das Azid zur Explosion und die plötzliche Freisetzung von Stickstoff bläßt den Airbag auf, um die Wirkung des Aufpralls abzufangen. Schnelle Zersetzung von Natriumazid führt zu Bildung von Stickstoff.
Oxide und O2-Säuren des Stickstoffs, Anhydride.
Stickoxide haben eine Ordnungszahl zwischen +1 und +5. Alle Stickoxide reagieren sauer.
Distickstoffoxid (oder Lachgas), N2O mit niedrigster Oxidationszahl +1
Distickstofftrioxid, N2O3, Oxidationszahl von +3.
Anhydrid der salpetrigen Säure (HNO2), die es beim auflösen in Wasser bildet:
N2O3(g) + H2O(l) → 2HNO2(aq)
Distickstoffpentoxid; N2O5, Anhydrid der Salpetersäure
2HNO3(l) → (Δ, P4O10) N2O5(s) + H2O(l)
Warum ist NO im Abgas?
Stickoxid, NO, Oxidationszahl des Stickstoffs +2.
Bildung aus den Elementen ist endotherm
N2(g) + O2(g) ↔ 2NO(g)
Teilweise als Resultat der hohen Dissoziationsenthalpie des Stickstoffs. Nach dem Prinzip von Le Chatelier verschieb sich daher die Gleichgewichtszusammensetzung in Richtung NO, wenn die Temperatur erhöht wird. Als Ergebnis wird NO im heißen Abgas von Flugzeugen und Automobilien gebildet.
Umsetzung von NO zu NO2.
Stickoxid reagiert bei Luftkontakt schnell unter Oxidation zu Stickstoffdioxid:
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
Wie bildet sich saurer Regen?
Wenn sich Stickstoffdioxid in Wasser auflöst, reagiert es unter Bildung von Salpetersäure:
3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(g)
Auch in der Atmosphäre reagiert Stickstoffdioxid auf die gleiche Art und trägt damit zur Bildung von saurem Regen bei.
Schwefeltrioxid reagiert mit Wasser in der Atmosphäre unter Bildung verdünnter Schwefelsäure:
SO3(g) + H2O(l) → H2SO4
Gemeinsam mit Salpetersäure bildet es den sauren Regen.
Wie funktioniert die Herstellung von Salpetersäure? Ostwald-Prozeß und Reaktionsbedingungen.
Salpetersäure, HNO3, wird über den dreistufigen Ostwaldprozeß erzeugt:
1. Oxidation von Ammoniak von der Oxidationszahl -3 auf +2:
4NH3(g) + 5O2(g) →(1000°C, Pt) 4NO(g) + 6H2O(g)
2. Oxidation des Stickoxides von der Oxidationszahl +2 auf +4:
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g)
3. Reaktion mit Wasser von der Oxidationszahl von +4 und +5 auf +2:
3NO2(g) + H2O(l) → 2HNO3(aq) + NO(g)
Was bewirkt Königswasser?
Einige Metalle (besonders Aluminium) können durch eine oxidierte Schicht geschützt werden, wenn sie von Salpetersäure angegriffen werden. Die Edelmetalle Gold, Platin, Iridium und Rhodium werden gar nicht angegriffen. Allerdings kann man sie auflösen, wenn zusätzlich Cl- Ionen vorhanden sind, wie etwa in Königswasser (Aqua Regia).
Königswasser ist ein Gemisch aus konzentrierter Salzsäure und konzentrierter Salpetersäure, im Verhältnis 3:1
Wie funktioniert Dynamit und warum entsteht eine Detonationswelle?
Dynamit besteht zu ca. 1/3 aus Nitroglycerin. Wenn es über ein Zündhütchen gezündet wird, zersetzt es sich exotherm in gasförmige Produkte.
4C3H5(ONO2)3(s) → 6N2(g) + 12CO2(g) + 10H2O(g) + O2(g)
Die wesentliche und rasche Vergrößerung der Zahl der gasförmigen Moleküle liefert die Detonationswelle.
Oxide und Sauerstoffsäuren des Phosphors, Anhydride, Strukturen ?protonig
Phosphor(III)oxid ist das Anhydrid der phosphorigen Säure, H3PO3
P4O6(s) + 6H2O(l) → 4H3PO3(aq)
H3PO3 ist eine 2protonige Säure, da eines der H Atome direkt an das P Atom gebunden ist.
Phosphor(V)oxid ist das Anhydrid der Phosphorsäure, H3PO4, einer 3protonigen Brönstedsäure:
P4O10(s) + 6H2O(l) → 4H3PO4(aq)
Anwendung der Phosphate?
Phosphate, die Salze der Polyphosphorsäuren, wurden zu Detergenzien zugesetzt, um die Kationen, die für die Wasserhärte verantwortlich sind, zu binden und ihre Ausfällung zu verhindern. Natriumtripolyphosphat Na5P3O10 ist eine Hauptkomponente von Weichmachern wie etwa Calgon.
Wie gewinnt man Sauerstoff?
Durch fraktionierte Destillation flüssiger Luft. Siehe Herstellung Stickstoff
Was ist autogenes Schweißen?
Sauerstoff wird beim autogenen Schweißen verwendet:
C2H2(g) + 5/2O2(g) → 2CO2(g) + H2O(g)
Wie kann man den O2 Gehalt durch messen des Magnetismus bestimmen?
Sauerstoff hat eine geradzahlige Anzahl von Elektronen, zwei von ihnen sind ungepaart, dadurch ist O2 paramagnetisch. Dieser Paramagnetismus hat eine praktische Anwendung, da der Sauerstoffgehalt in Inkubatoren und anderen lebenserhaltenden Systemen durch Messung des Magnetismus des vorhandenen Gases ermittelt werden kann.
Was ist Ozon? Vorkommen und Entstehung.
Elementarer Sauerstoff kommt auch als das allotrope Ozon, O3, in hohen Lagen der Atmosphäre vor, wo es durch Einwirkung von Sonnenstrahlen gebildet wird. Ozon ist auch in Smoggebieten vorhanden, wo es durch die Reaktion von Sauerstoffmolekülen mit Sauerstoffatomen gebildet wird. Die Sauerstoffatome werden durch fotochemische Zersetzung von NO2, einer Verunreinigung bei Verbrennungsprozessen, produziert:
NO2(g) → (Licht) NO(g) + O(g)
Wie wird Schwefel hergestellt? Frasch-Prozeß, Clausprozeß;
Nativer Schwefel wird über den genialen Frasch-Prozeß gewonnen, der den geringen Schmelzpunkt und die geringe Dichte ausnützt. In diesem Prozeß wird Wasser mit ca. 165°C und unter Druck im äußersten von drei konzentrischen Rohren hinuntergepumpt und schmilzt damit den Schwefel, der in den tiefen Gesteinslagen unterirdisch lagert. Komprimierte Luft wird durch das innerste Rohr hinuntergedrückt und zwingt so die lockere Mischung von Schwefel, Luft und heißem Wasser durch das mittlere Rohr hinauf. Der unlösliche Schwefel scheidet sich dann beim Abkühlen aus der Mischung ab.
Beim Frasch-Prozeß wird überhitztes Wasser – Wasser unter Druck und über 100°C – durch das äußere Rohr nach unten gepumpt; komprimierte Luft wird durch das innerste Rohr nach unten gepresst und transportiert eine Mischung von flüssigem Schwefel, Luft du heißem Wasser durch das mittlere Rohr nach oben.
Eine Hauptquelle des Schwefels ist der Clausprozeß, in dem ein Teil des H2S im Erdöl und Erdgas zuerst zu Schwefeldioxid oxidiert wird:
2H2S(g) + 3O2(g) → 2SO2(g) + 2H2O(l)
Der Rest des Schwefelwasserstoffs wird dann durch Reaktion mit diesem SO2 oxidiert:
2H2S(g) + SO2(g) → (300°C, Al2O3) 3S(s) + 2H2O(l)
