s-Block Elemente
Kapitel 2
Kapitel 2
Wie reagieren Alkalimetalle mit O2 und N2 ? Gleichungen !
O2:
4 Li (s) + O2 (g) → 2 Li2O (s)
2 Na (s) + O2 (g) → Na2O2 (s)
M (s) + O2 (g) → MO2 (s); M = K, Rb, Cs
N2:
6 Li (s) + N2 (g) → 2 Li3N (s)
Was ist die hydrometallurgische Gewinnung von Cu?
Wasserstoff wird auch bei der hydrometallurgischen Extraktion von Kupfer eingesetzt, das ist die Extraktion von Kupfer aus seinen Erzen durch Reduktion in wäßriger Lösung:
Cu2+(aq) + H2(g) → Cu(s) + 2H+(aq)
In diesem Prozeß werden Erze, die Kupferoxid und –sulfid enthalten, in Schwefelsäure aufgelöst und dann wird Wasserstoff durch die Lösung geblasen.
Wie wird Wasserstoff hergestellt? Reformingreaktion und Schichtreaktion jeweils mit Reaktionsbedingungen.
Herstellung: aus Kohlenwasserstoffen mit niedriger molekularer Masse, industriell als Nebenprodukt der Verarbeitung und Raffination von Erdöl zu Kohlenwasserstoffen. So entsteht beispielsweise bei der Herstellung von Oktan, C8H18, aus kleineren Kohlenwasserstoffmolekülen gasförmiger Wasserstoff:
2C2H6(g) + C4H8(g) → C8H18(l) + H2(g)
Das Cracken großer Kohlenwasserstoffmoleküle liefert ebenfalls Wasserstoff:
C12H26(g) → C5H10(g) + C4H8(g) + C3H6(g) + H2(g)
Ein anderer Prozeß läuft über zwei katalysierte Reaktionen. Der erste ist die Reformingreaktion, eine Reaktion, bei der ein Kohlenwasserstoff und Dampf in Gegenwart eines Nickelkatalysators in Kohlenmonoxid und Wasserstoff umgewandelt werden:
CH4(g) + H2O(g) → (800°C, Ni) CO(g) + 3H2(g)
Die Mischung der Produkte, die Synthesegas genannt wird, ist das Ausgangsmaterial für die Herstellung zahlreicher Verbindung inklusive Methanol. In einer zweiten Reaktion reagiert Kohlenmonoxid im Synthesegas mit noch mehr Wasser in der Schichtreaktion:
CO(g) + H2O(g) → (400°C, Fe/Cu) CO2(g) + H2(g)
wobei Fe/Cu einen Katalysator aus Eisen und Kupfer bezeichnet.
Wasserstoff wird im Labor durch Reduktion der Wasserstoffionen mit einem Metall mit einem negativeren Reduktionspotential erzeugt.
Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)
Eine andere nützliche Wasserstoffquelle ist die Oxidation eines Hydirds mit Wasser:
CaH2(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + 2H2(g)
Was ist Hydrierung?
Wasserstoff wird an die Kohlenstoff – Kohlenstoff – Doppelbindung addiert und die Reaktion nennt man Hydrierung:
H2(g) + …C=C… → (230°C, 30atm, Ni oder Pt) …CH–CH…
Diese Reaktion wandelt eine C = C Doppelbindung in eine C – C Einfachbindung um.
Alkalimetalle: Welche Elemente gehören zu dieser Gruppe? Verwendung und Eigenschaften der Verbindungen.
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Elemente werden dadurch bestimmt, daß sie ihr einzelnes Valenzelektron sehr leicht abgeben können. Sie werden als Kühlmittel in einigen Kernreaktoren verwendet, da sie als Metalle die Wärme gut leiten und durch Strahlung nicht zersetzt werden.
Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Francium;
Wie verläuft die Reaktion eines Alkalimetalls mit H2O?
Reaktand Reaktion mit dem Alkalimetall (M)
Wasser 2M(s) + 2H2O(l) → 2MOH(aq) + H2(g)
Kommen meist als einfach geladene Kationen vor, niedrige Reduktionspotentiale, daher ausgezeichnete Reduktionsmittel.
Reaktion mit Wasser: Wegen ihrer niedrigen Reduktionspotentiale können die Elemente der Gruppe I Wasser reduzieren. So können wir dann anschreiben:
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)
Na(s) → Na+ + e-
Gesamt: 2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g)
Die Heftigkeit der Reaktion nimmt gleichmäßig innerhalb der Gruppe zu. Die Reaktion zwischen Wasser und Lithium verläuft milde, die Reaktion mit Kalium ist heftig genug, daß der Wasserstoff entzündet wird, und mit Rubidium und Cäsium ist die Reaktion gefährlich explosiv.
Was ist Backpulver und wie funktioniert es?
Mischung aus Natriumhydrogenkarbonat (NaHCO3) und einer Säure (z.B. Natriumalaun NaAl(SO4)2*12H2O).
Einwirkung von hydratisierten Al3+ Ionen führt zu einem Freisetzen des Kohlendioxids in der Reaktion:
NaHCO3(aq) + H3O+(aq) → Na+(aq) + 2H2O(l) + CO2(g)
Die Freisetzung von Gas führt zum “Gehen” des Teiges.
Zwei Stufen: bei Raumtemperatur bilden sich kleine Hohlräume, und in der zweiten Stufe, bei Backtemperatur werden die Hohlräume vergrößert. Diese erste Freisetzung wird durch den Einsatz von etwas Weinsäure in der Mischung erreicht.
Zündhölzer und Schwarzpulver, Feuerwerkskörper
Kaliumnitrat (Salpeter) KNO3 setzt beim Erhitzen Sauerstoff frei
2KNO3(s) → 2 KNO2(s) + O2(g)
und wird daher zur Produktion von Zündhölzern verwendet. Es ist teuer, aber weniger hygroskopisch (wasserabsorbierend) als die entsprechende Natriumverbindung, da das K+ Kation größer ist und eine geringere Ion-Dipolwechselwirkung mit H2O Molekülen hat. Kaliumnitrat ist auch das Oxidationsmittel im alten „Schwarzpulver“, einer Mischung aus 75% Kaliumnitrat, 15% Holzkohle und 10% Schwefel. Es reagiert folgendermaßen:
2KNO3(s) + 4C(s) → K2CO3(s) + 3CO(g) + N2(g)
2KNO3(s) + 2S(s) → K2SO4(s) + SO2(g) + N2(g)
Schnelle Bildung von 6 Molen Gas aus 4 Molen festem KNO3, explosiv ausdehnen.
2KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)
Kaliumchlorat wird als Sauerstofflieferant in Feuerwerkskörpern und in Sicherheitszündern verwendet.
Erdalkalimetalle: Welche Elemente gehören zu dieser Gruppe? Eigenschaften der Verbindungen.
Alle Elemente dieser Gruppe sind Metalle und kommen im metallischen Zustand wegen ihrer hohen Reaktivität in der Natur nicht vor.
Beryllium, Magnesium, Kalzium, Strontium, Barium, Radium;
Wie wird Magnesium aus Meerwasser gewonnen?
Metallisches Magnesium wird durch Reduktion erzeugt, entweder elektrolytisch oder mit einem chemischen Reduktionsmittel. Die elektrolytische Methode verwendet Meerwasser oder Salzsolen als wichtigstes Rohmaterial. Der erste Schritt besteht in der Fällung des Magnesiumhydroxid mit Kalziumhydroxid, das aus der thermischen Zersetzung von Kalziumkarbonat aus Muscheln gewonnen wird:
Mg2+(aq) + 2OH-(aq) → Mg(OH)2(s)
Das gefällte Magnesiumhydroxid wird abfiltriert und mit Salzsäure behandelt:
Mg(OH)2(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + 2H2O(l)
Die Säure wird aus der Einwirkung von Chlor (aus der Elektrolyse) auf Erdgas erhalten:
CH4(g) + Cl2(g) → CH3Cl(g) + HCl(g)
Schließlich wird das Magnesiumchlorid getrocknet, in eine elektrolytische Zelle gebracht und geschmolzen. Bei der Elektrolyse wird Magnesium an der Kathode und Chlor an der Anode erzeugt:
MgCl2(l) → (Elektrolyse) Mg(s) + Cl2(g)
Wie funktioniert der Thermitprozeß von Barium (Ba)?
Die echten Erdakalimetalle – Kalzium, Strontium, Barium – werden entweder elektrolytisch oder durch Reduktion mit Aluminium in einer Version des Thermitprozesses gewonnen. Für Barium lautet dieser beispielsweise:
3BaO(s) + 2Al(s) → Al2O3(s) + 3Ba(s)
Was bedeutet amphoterer Charakter?
Beryllium zeigt einen amphoteren Charakter (seine Fähigkeit sowohl mit Säuren als auch mit Basen zu reagieren).
Wie verläuft eine Reaktion mit Wasser und Erdalkalimetallen und welche Elemente passivieren?
Reaktand Reaktion mit dem Erdalkalimetall (M)
Wasser M(s) + 2H2O(l) → M(OH)2(aq) + H2(g); außer Be
Alle Elemente der Gruppe II außer Beryllium reduzieren Wasser, beispielsweise:
Ca(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + H2(g)
Beryllium reagiert nicht einmal dann mit Wasser, wenn es rot glühend ist: Es ist wie Aluminium durch einen Oxidfilm passiviert der auch bei hohen Temperaturen beständig ist. Magnesium reagiert in der Hitze und Kalzium schon mit kaltem Wasser. Die Metalle reduzieren Wasserstoffionen zu Wasserstoff.
Struktur von Beryllium-Verbindungen.
Außer dem leicht nichtmetallischen Charakter beim Beryllium zeigen diese Elemente alle die chemischen Charakteristika von Metallen, wie etwa die Bildung von Kationen (M2+) und haben basische Oxide und Hydroxide.
Die hohe Polarisationskraft des Be2+ Ions führt zu mäßig kovalenten Verbindungen und seine geringe Größe limitiert die Zahl der an das Ion gebundenen Gruppen auf vier. Vorherschen der tetraedrischen BeX4 Einheit, nicht nur bei Sauerstoffanionen, sondern auch bei Chlorid und Hydrid gefunden. Das Chlorid wird durch Einwirkung von Chlor auf das Oxid in Gegenwart von Kohlenstoff hergestellt:
BeO(s) + C(s) + Cl2(g) → (600 – 800°C) BeCl2(g) + CO(g)
Die Berylliumatome wirken als Lewissäuren und nehmen Elektronenpaare aus den Chloratomen der benachbarten BeCl2 Einheiten auf, wodurch eine Kette von überlappenden tetraedrischen BeCl4 Einheiten gebildet wird.
Was ist Magnesiamilch? Verwendung und Funktion.
Magnesiumhydroxid ist eine schwache Base. Es ist nicht sehr gut wasserlöslich und bildet stattdessen eine weiße kolloidale Suspension (fein verteilte kleine Teilchen in einer Flüssigkeit), die als Magnesiamilch bekannt ist und gegen Übersäuerung des Magens eingenommen wird. Da diese Base relativ unlöslich ist, wird sie vom Magen nicht absorbiert, sondern bleibt dort zur Reaktion mit allen möglichen Säuren. Der Vorteil, den Hydroxide gegenüber Hydrogenkarbonaten (die nicht zu dem Zweck verwendet werden) haben, besteht darin, daß ihre Neutralisation nicht zur Bildung von Kohlendioxid führt und daher auch nicht zum „Heraufstoßen“. Der Nachteil der Magnesiamilch ist, daß das Produkt der Neutralisation Magnesiumchlorid ist, welches als Abführmittel wirken kann.
Magnesium im Chlorophyll, und wie funktioniert die Photosynthese?
Die wichtigste Verbindung des Magnesiums ist das Chlorophyll. Diese grüne Verbindung nimmt das Sonnenlicht auf und überträgt seine Energie in die Photosynthese:
6CO2(g) + 6H2O(l) →(Licht, Chlorophyll) C6H12O6(aq) + 6O2(g)
Im Chlorophyllmolekül wirkt das Mg2+ als Lewissäure und die N Atome der großen ringförmigen Porphyringruppen als Lewisbasen. Eine Funktion des Mg2+ Ions scheint darin zu bestehen, daß der Porphyrinring versteift wird. Diese Steifheit hilft sicherzustellen, daß die von einem ankommenden Photon abgegebene Energie nicht als thermische Bewegung verteilt wird, bevor sie zu der chemischen Reaktion verwendet werden kann.
Was ist Kalk?
Kalzium kommt in der Natur als Kreide (Kalziumkarbonat, CaCO3) und als Kalkstein (eine härtere Form des Karbonates) vor.
Zugabe von Wasser zu Branntkalk, CaO, produziert unter Freisetzung einer beträchtlichen Wärmemenge Kalkhydrat, Ca(OH)2. Kalkhydrat ist die Form, in der Kalk normalerweise verkauft wird, da gebrannter Kalk feuchtes Papier und Holz entzünden kann.
Was ist Mörtel?
Kalziumverbindungen werden oft in (oder als) Baukomponenten eingesetzt. Ihre Festigkeit kommt von der Stärke, mit der das kleine, hochgeladene Ca2+ Kation seine Nachbarn bindet. Mörtel besteht aus ca. 1 Teil gelöschtem Kalk und 3 Teilen Sand (hauptsächlich SiO2). Er erstarrt zu einer harten Masse, wenn der Kalk mit dem Kohlendioxid der Luft unter Bildung des Karbonates reagiert.
Was ist Zahnschmelz? Wodurch wird er angegriffen und welche Gegenmaßnahmen gibt es?
Zahnschmelz ist Hydroxyapatit, ein Mineral mit der Zusammensetzung Ca5(PO4)3OH. Die Zerstörung der Zähne kann über Säureeinwirkung laufen.
Ca5(PO4)3OH(s) + 4H3O+(aq) → 5Ca2+ + 3HPO42-(aq) + 5H2O(l)
Für den Angriff am Zahn sind hauptsächlich Karbonsäuren (Säuren mit einer –COOH-Gruppe) verantwortlich, die durch bakterielle Einwirkung auf Speisereste entstehen. Eine resistente Oberfläche kann dadurch erhalten werden, daß die OH- Ionen im Hydroxyapatit durch F- Ionen unter Bildung von Fluorapatit ersetzt werden:
Ca5(PO4)3OH(s) + F-(aq) → Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq)
Was ist Gips?
Kalziumsulfat ist eine Komponente von mehreren Materialien, die in allen möglichen Arten von festen Strukturen verwendet werden können. Wenn Gips CaSO4 * 2H2O aufgeheizt wird, verliert er einen Teil seines Hydratwassers und wird zu CaSO4 * 1/2H2O. Diese Substanz wird wieder zu einer festen Masse, wenn Wasser hinzugefügt wird und die Hydratation sich wieder einstellt.
Was ist Synthesegas ?
Synthesegas ist die Mischung der Produkte, die bei folgender Reaktion entstehen:
CH4 (g) + H2O (g) → (800°, Ni) CO (g) + 3 H2 (g)
ist zugleich Ausgangsmaterial für die Herstellung zahlreicher Verbindungen, z.B.
Methanol.
Wie reagieren salzartige Hydride mit Wasser und warum kann diese Reaktion
technologisch wichtig sein ?
Salzhaltige Hydride reduzieren Wasser, sobald sie damit in Kontakt kommen:
NaH (s) + H2O (l) → NaOH (aq) + H2 (g)
salzhaltige Hydride sind potentiell nützliche Wasserstoffspeicher, da in dieser Reaktion
Wasserstoff produziert wird.
Wie erklärt man den flüssigen Zustand einer Legierung von Natrium und Kalium
bei Raumtemperatur ?
Aufgrund der Atomradien von Natrium und Kalium packen Atome der beiden Elemente
nur sehr schlecht zusammen. → Legierung von Na und K ist deshalb flüssig
Wozu verwendet man Li-Verbindungen ?
Li-Verbindungen werden in Batterien, Keramiken und Schmierstoffen eingesetzt.
Weiters in der Medizin. Lithiumseifen als Verdickungsmittel in Schmierstoffen.
Warum fällt CaCO3 aus, wenn hartes Wasser gekocht wird ? Gleichungen !
Gase sind in heißem Wasser weniger löslich als in kaltem Wasser → Kohlendioxid wird
beim Erhitzen entfernt → Auswirkung der Verringerten CO2-Konzentration auf andere
Gleichgewichte:
H2CO3 (aq) ↔ H2O (l) + CO2 (g)
HCO3- (aq) + HCO3- (aq) ↔ H2CO3 (aq) + CO32- (aq)
Ca2+ (aq) + CO32- (aq) → CaCO3 (s)
Nennen Sie die Formeln einiger wichtiger Erdalkaliverbindungen ! Wie heißen
die Minerale ?
Beryll (3BeO.Al2O3.6SiO2)
Dolomit (CaCO3.MgCO3)
Baryt (BaSO4)
H2 wird als Reduktionsmittel bei der Metallherstellung eingesetzt. Nennen Sie 2
Beispiele ( mit Gleichungen ) !
Kupfer: Cu2+ (aq) + H2 (g) → Cu (s) + 2 H+ (aq)
Silber: 2 Ag+ (aq) + H2 (g) → 2 Ag (s) + 2 H+ (aq)
Kaliumsuperoxid wird in einer Gasmaske verwendet. Wie lautet die
Umsatzgleichung ?
4 KO2 (s) + 2 H2O (g) + 4 CO2 (g) → 4 KHCO3 (s) + 3 O2 (g)
Gips wird als Baustoff verwendet. Wie lautet die Abbindereaktion ?
CaSO4.1/2 H2O + 3/2 H2O → CaSO4.2H2O
Was versteht man unter der Hydrierung eines pflanzlichen Öles ? Was passiert
dabei ?
C=C (Doppelbindung, flüssiges Öl) wird in eine C-C (Einfachbindung, festes Fett)
umgewandelt, in dem der Doppelbindung H2 zugesetzt wird (bei 200°, 30 bar, Ni oder
Pt als Katalysator). Die Erhaltenen Moleküle sind flexibler, und bei Raumtemperatur
fest.
H2 (g) + ...C=C... → ...HC-CH...
Nennnen Sie die wichtigen Grundstoffe, die aus NaCl gewonnen werden !
2 NaCl (l) → 2 Na (l) + Cl2 (g)
Welche Methoden kennen Sie zur Gewinnung von Magnesium !
Elektrolytische Methode:
Mg2+ (aq) + 2 OH- (aq) → Mg(OH)2 (s)
Mg(OH)2 (s) + 2 HCl (aq) → MgCl2 (aq) + 2 H2O (l)
MgCl2 (l) → (Elektrolyse) Mg (s) + Cl2 (g)
Nach welcher Reaktion kann im Labor elementarer H2 erzeugt werden ?
Reduktion der Wasserstoffionen mit einem Metall, welches ein negativeres
Reduktionspotential besitzt:
Zn (s) + 2 HCl (aq) → ZnCl2 (aq) + H2 (g)
Herstellung und Verwendung von Beryllium ?
Beryllium: geringe Dichte → Verwendung in Luft- und Raumfahrt
(Satellitenkonstruktion), Fenster in Röntgenröhren, Legierung mit Kupfer zur
Vermeidung von Schaltfunken.
BeCl2 → (Elektrolyse 405°) Be + Cl2
Wie werden die Hydride eingeteilt ? Geben Sie ein Beispiel für jede dieser
Arten.
Salzartige Hydride: KH (s)
Kovalente Hydride: HCl (g)
Metallische Hydride: CuH (s)
Nennen Sie eine Anwendung von Lithiumseifen !
Lithiumseifen: Lithiumsalze langkettiger Fettsäuren. Verwendung als Verdickungsmittel
in Schmierstoffen. Kalium- und Natriumsalze derselben Fettsäuren schmelzen bei
niedrigen Temperaturen, aber nicht die Lithiumseifen. (In einem Lager herrschen hohe
Temperaturen → Lithiumseifen)
Zeichnen Sie ein Schema einer Diafragmazelle für die elektrolytische
Produktion von NaOH aus Sole !
2 NaCl (aq) + 2 H2O (l) → 2 NaOH (aq) + Cl2 (g) + H2 (g)
Warum kommen Alkalimetalle nicht rein in der Natur vor ?
Die Alkalimetalle werden zu leicht oxidiert, als dass man sie elementar in der Natur
finden könnte.
Wie erzeugt man Kalziumkarbid, wozu wird es verwendet ? Gleichungen !
CaO (s) + 3 C (s) → (2200°) CaC2 (s) + CO (g)
Verwendung: in Karbidlampen (CaC2 reagiert mit Wasser zu Ethin → anzünden),
Synthese von Ethin, Herstellung von Kalkstickstoff
Für welche Anwendungen wird Be dem Cu zulegiert ?
Die kleinen Berylliumatome heften die Cu-Atome zu einer Struktur zusammen, die
fester ist als reines Kupfer (gute Leitfähigkeit bleibt bestehen). Verwendung für Geräte
in Ölraffinerien (da sie keinen Schaltfunken bilden).
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Flashcards
Was ist Hydrierung?
Wasserstoff wird an die Kohlenstoff – Kohlenstoff – Doppelbindung addiert und die Reaktion nennt man Hydrierung:
H2(g) + …C=C… → (230°C, 30atm, Ni oder Pt) …CH–CH…
Diese Reaktion wandelt eine C = C Doppelbindung in eine C – C Einfachbindung um.
Alkalimetalle: Welche Elemente gehören zu dieser Gruppe? Verwendung und Eigenschaften der Verbindungen.
Die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser Elemente werden dadurch bestimmt, daß sie ihr einzelnes Valenzelektron sehr leicht abgeben können. Sie werden als Kühlmittel in einigen Kernreaktoren verwendet, da sie als Metalle die Wärme gut leiten und durch Strahlung nicht zersetzt werden.
Lithium, Natrium, Kalium, Rubidium, Cäsium, Francium;
Wie verläuft die Reaktion eines Alkalimetalls mit H2O?
Reaktand Reaktion mit dem Alkalimetall (M)
Wasser 2M(s) + 2H2O(l) → 2MOH(aq) + H2(g)
Kommen meist als einfach geladene Kationen vor, niedrige Reduktionspotentiale, daher ausgezeichnete Reduktionsmittel.
Reaktion mit Wasser: Wegen ihrer niedrigen Reduktionspotentiale können die Elemente der Gruppe I Wasser reduzieren. So können wir dann anschreiben:
2H2O(l) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)
Na(s) → Na+ + e-
Gesamt: 2Na(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g)
Die Heftigkeit der Reaktion nimmt gleichmäßig innerhalb der Gruppe zu. Die Reaktion zwischen Wasser und Lithium verläuft milde, die Reaktion mit Kalium ist heftig genug, daß der Wasserstoff entzündet wird, und mit Rubidium und Cäsium ist die Reaktion gefährlich explosiv.
Was ist Backpulver und wie funktioniert es?
Mischung aus Natriumhydrogenkarbonat (NaHCO3) und einer Säure (z.B. Natriumalaun NaAl(SO4)2*12H2O).
Einwirkung von hydratisierten Al3+ Ionen führt zu einem Freisetzen des Kohlendioxids in der Reaktion:
NaHCO3(aq) + H3O+(aq) → Na+(aq) + 2H2O(l) + CO2(g)
Die Freisetzung von Gas führt zum “Gehen” des Teiges.
Zwei Stufen: bei Raumtemperatur bilden sich kleine Hohlräume, und in der zweiten Stufe, bei Backtemperatur werden die Hohlräume vergrößert. Diese erste Freisetzung wird durch den Einsatz von etwas Weinsäure in der Mischung erreicht.
Zündhölzer und Schwarzpulver, Feuerwerkskörper
Kaliumnitrat (Salpeter) KNO3 setzt beim Erhitzen Sauerstoff frei
2KNO3(s) → 2 KNO2(s) + O2(g)
und wird daher zur Produktion von Zündhölzern verwendet. Es ist teuer, aber weniger hygroskopisch (wasserabsorbierend) als die entsprechende Natriumverbindung, da das K+ Kation größer ist und eine geringere Ion-Dipolwechselwirkung mit H2O Molekülen hat. Kaliumnitrat ist auch das Oxidationsmittel im alten „Schwarzpulver“, einer Mischung aus 75% Kaliumnitrat, 15% Holzkohle und 10% Schwefel. Es reagiert folgendermaßen:
2KNO3(s) + 4C(s) → K2CO3(s) + 3CO(g) + N2(g)
2KNO3(s) + 2S(s) → K2SO4(s) + SO2(g) + N2(g)
Schnelle Bildung von 6 Molen Gas aus 4 Molen festem KNO3, explosiv ausdehnen.
2KClO3(s) → 2KCl(s) + 3O2(g)
Kaliumchlorat wird als Sauerstofflieferant in Feuerwerkskörpern und in Sicherheitszündern verwendet.
Erdalkalimetalle: Welche Elemente gehören zu dieser Gruppe? Eigenschaften der Verbindungen.
Alle Elemente dieser Gruppe sind Metalle und kommen im metallischen Zustand wegen ihrer hohen Reaktivität in der Natur nicht vor.
Beryllium, Magnesium, Kalzium, Strontium, Barium, Radium;
Wie wird Magnesium aus Meerwasser gewonnen?
Metallisches Magnesium wird durch Reduktion erzeugt, entweder elektrolytisch oder mit einem chemischen Reduktionsmittel. Die elektrolytische Methode verwendet Meerwasser oder Salzsolen als wichtigstes Rohmaterial. Der erste Schritt besteht in der Fällung des Magnesiumhydroxid mit Kalziumhydroxid, das aus der thermischen Zersetzung von Kalziumkarbonat aus Muscheln gewonnen wird:
Mg2+(aq) + 2OH-(aq) → Mg(OH)2(s)
Das gefällte Magnesiumhydroxid wird abfiltriert und mit Salzsäure behandelt:
Mg(OH)2(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + 2H2O(l)
Die Säure wird aus der Einwirkung von Chlor (aus der Elektrolyse) auf Erdgas erhalten:
CH4(g) + Cl2(g) → CH3Cl(g) + HCl(g)
Schließlich wird das Magnesiumchlorid getrocknet, in eine elektrolytische Zelle gebracht und geschmolzen. Bei der Elektrolyse wird Magnesium an der Kathode und Chlor an der Anode erzeugt:
MgCl2(l) → (Elektrolyse) Mg(s) + Cl2(g)
Wie funktioniert der Thermitprozeß von Barium (Ba)?
Die echten Erdakalimetalle – Kalzium, Strontium, Barium – werden entweder elektrolytisch oder durch Reduktion mit Aluminium in einer Version des Thermitprozesses gewonnen. Für Barium lautet dieser beispielsweise:
3BaO(s) + 2Al(s) → Al2O3(s) + 3Ba(s)
Was bedeutet amphoterer Charakter?
Beryllium zeigt einen amphoteren Charakter (seine Fähigkeit sowohl mit Säuren als auch mit Basen zu reagieren).
Wie verläuft eine Reaktion mit Wasser und Erdalkalimetallen und welche Elemente passivieren?
Reaktand Reaktion mit dem Erdalkalimetall (M)
Wasser M(s) + 2H2O(l) → M(OH)2(aq) + H2(g); außer Be
Alle Elemente der Gruppe II außer Beryllium reduzieren Wasser, beispielsweise:
Ca(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + H2(g)
Beryllium reagiert nicht einmal dann mit Wasser, wenn es rot glühend ist: Es ist wie Aluminium durch einen Oxidfilm passiviert der auch bei hohen Temperaturen beständig ist. Magnesium reagiert in der Hitze und Kalzium schon mit kaltem Wasser. Die Metalle reduzieren Wasserstoffionen zu Wasserstoff.
Struktur von Beryllium-Verbindungen.
Außer dem leicht nichtmetallischen Charakter beim Beryllium zeigen diese Elemente alle die chemischen Charakteristika von Metallen, wie etwa die Bildung von Kationen (M2+) und haben basische Oxide und Hydroxide.
Die hohe Polarisationskraft des Be2+ Ions führt zu mäßig kovalenten Verbindungen und seine geringe Größe limitiert die Zahl der an das Ion gebundenen Gruppen auf vier. Vorherschen der tetraedrischen BeX4 Einheit, nicht nur bei Sauerstoffanionen, sondern auch bei Chlorid und Hydrid gefunden. Das Chlorid wird durch Einwirkung von Chlor auf das Oxid in Gegenwart von Kohlenstoff hergestellt:
BeO(s) + C(s) + Cl2(g) → (600 – 800°C) BeCl2(g) + CO(g)
Die Berylliumatome wirken als Lewissäuren und nehmen Elektronenpaare aus den Chloratomen der benachbarten BeCl2 Einheiten auf, wodurch eine Kette von überlappenden tetraedrischen BeCl4 Einheiten gebildet wird.
Was ist Magnesiamilch? Verwendung und Funktion.
Magnesiumhydroxid ist eine schwache Base. Es ist nicht sehr gut wasserlöslich und bildet stattdessen eine weiße kolloidale Suspension (fein verteilte kleine Teilchen in einer Flüssigkeit), die als Magnesiamilch bekannt ist und gegen Übersäuerung des Magens eingenommen wird. Da diese Base relativ unlöslich ist, wird sie vom Magen nicht absorbiert, sondern bleibt dort zur Reaktion mit allen möglichen Säuren. Der Vorteil, den Hydroxide gegenüber Hydrogenkarbonaten (die nicht zu dem Zweck verwendet werden) haben, besteht darin, daß ihre Neutralisation nicht zur Bildung von Kohlendioxid führt und daher auch nicht zum „Heraufstoßen“. Der Nachteil der Magnesiamilch ist, daß das Produkt der Neutralisation Magnesiumchlorid ist, welches als Abführmittel wirken kann.
Magnesium im Chlorophyll, und wie funktioniert die Photosynthese?
Die wichtigste Verbindung des Magnesiums ist das Chlorophyll. Diese grüne Verbindung nimmt das Sonnenlicht auf und überträgt seine Energie in die Photosynthese:
6CO2(g) + 6H2O(l) →(Licht, Chlorophyll) C6H12O6(aq) + 6O2(g)
Im Chlorophyllmolekül wirkt das Mg2+ als Lewissäure und die N Atome der großen ringförmigen Porphyringruppen als Lewisbasen. Eine Funktion des Mg2+ Ions scheint darin zu bestehen, daß der Porphyrinring versteift wird. Diese Steifheit hilft sicherzustellen, daß die von einem ankommenden Photon abgegebene Energie nicht als thermische Bewegung verteilt wird, bevor sie zu der chemischen Reaktion verwendet werden kann.
Was ist Kalk?
Kalzium kommt in der Natur als Kreide (Kalziumkarbonat, CaCO3) und als Kalkstein (eine härtere Form des Karbonates) vor.
Zugabe von Wasser zu Branntkalk, CaO, produziert unter Freisetzung einer beträchtlichen Wärmemenge Kalkhydrat, Ca(OH)2. Kalkhydrat ist die Form, in der Kalk normalerweise verkauft wird, da gebrannter Kalk feuchtes Papier und Holz entzünden kann.
Was ist Mörtel?
Kalziumverbindungen werden oft in (oder als) Baukomponenten eingesetzt. Ihre Festigkeit kommt von der Stärke, mit der das kleine, hochgeladene Ca2+ Kation seine Nachbarn bindet. Mörtel besteht aus ca. 1 Teil gelöschtem Kalk und 3 Teilen Sand (hauptsächlich SiO2). Er erstarrt zu einer harten Masse, wenn der Kalk mit dem Kohlendioxid der Luft unter Bildung des Karbonates reagiert.
Was ist Zahnschmelz? Wodurch wird er angegriffen und welche Gegenmaßnahmen gibt es?
Zahnschmelz ist Hydroxyapatit, ein Mineral mit der Zusammensetzung Ca5(PO4)3OH. Die Zerstörung der Zähne kann über Säureeinwirkung laufen.
Ca5(PO4)3OH(s) + 4H3O+(aq) → 5Ca2+ + 3HPO42-(aq) + 5H2O(l)
Für den Angriff am Zahn sind hauptsächlich Karbonsäuren (Säuren mit einer –COOH-Gruppe) verantwortlich, die durch bakterielle Einwirkung auf Speisereste entstehen. Eine resistente Oberfläche kann dadurch erhalten werden, daß die OH- Ionen im Hydroxyapatit durch F- Ionen unter Bildung von Fluorapatit ersetzt werden:
Ca5(PO4)3OH(s) + F-(aq) → Ca5(PO4)3F(s) + OH-(aq)
Was ist Gips?
Kalziumsulfat ist eine Komponente von mehreren Materialien, die in allen möglichen Arten von festen Strukturen verwendet werden können. Wenn Gips CaSO4 * 2H2O aufgeheizt wird, verliert er einen Teil seines Hydratwassers und wird zu CaSO4 * 1/2H2O. Diese Substanz wird wieder zu einer festen Masse, wenn Wasser hinzugefügt wird und die Hydratation sich wieder einstellt.
