Transcript AC-Ing-stunde6

4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
-
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 B
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 B
Al 
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 B
 Ga
Al 
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 B
Al 
 Ga In 
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 B
Al 
 Ga In 
 Tl
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
-
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
- Bor ist ein Halbmetall mit Halbleitereigenschaften,
die anderen Elemente sind Metalle
- bevorzugte Oxidationszahl +3, außerdem Verbindungen mit +1,
deren Stabilität nimmt mit Z zu:
Tl3+ starkes Oxidationsmittel, In+ starkes Reduktionsmittel
- alle Elemente in nichtoxidierenden Säuren löslich, Tl als Tl+
- Bor bildet als einziges Element der 3. HG keine Ionen mit der Lad. +3
- Affinität zu elektronegativen Elementen größer als zu elektropositiven
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
- Salzcharakter der Verbindungen nimmt mit Z zu
- für kovalente Verbdg. sp2 - Orbitale (trig.-planar)
+ durch Elektronenlücke starke Lewis-Säuren
- Schrägbeziehung Bor - Silicium:
+ harte, hochschmelzende Halbmetalle
+ bilden beide zahlreiche flüchtige Wasserstoffverbindungen
+ BCl3 wie SiCl4 flüssig, monomer, hydrolyseempfindlich
+ B2O3 neigt wie SiO2 zur Glasbildung
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Vorkommen - Bor
- aufgrund der Reaktionsfähigkeit kein elementares Vorkommen
- natürliche Borverbindungen sind die Borate:
+ Kernit Na2B4O7 · 4 H2O
+ Borax Na2B4O7 · 10 H2O
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Vorkommen - Aluminium
- häufigstes Metall der Erdrinde
- dritthäufigstes Metall überhaupt
- Bestandteil der Tone, Feldspate und Glimmer
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Vorkommen - Aluminium
- häufigstes Metall der Erdrinde
- dritthäufigstes Metall überhaupt
- Bestandteil der Tone, Feldspate und Glimmer
- selten Al2O3 als Korund und Schmirgel
- gefärbte Al2O3 - Kristalle sind Saphir
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Vorkommen - Aluminium
- häufigstes Metall der Erdrinde
- dritthäufigstes Metall überhaupt
- Bestandteil der Tone, Feldspate und Glimmer
- selten Al2O3 als Korund und Schmirgel
- gefärbte Al2O3 - Kristalle sind Saphir und Rubin
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Vorkommen - Aluminium
- häufigstes Metall der Erdrinde
- dritthäufigstes Metall überhaupt
- Bestandteil der Tone, Feldspate und Glimmer
- selten Al2O3 als Korund und Schmirgel
- gefärbte Al2O3 - Kristalle sind Saphir und Rubin
- natürliche Vorkommen von Kryolith Na3AlF6 sind nahezu abgebaut
- ein Gemenge aus Böhmit, Diaspor (AlO(OH)-Modifikationen) und
Hydrargyllit Al(OH)3 heißt Bauxit und stellt das wichtigste
Ausgangsmaterial zur Al - Gewinnung dar
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Vorkommen - Aluminium
- ein Gemenge aus Böhmit, Diaspor (AlO(OH)-Modifikationen) und
Hydrargyllit Al(OH)3 heißt Bauxit und stellt das wichtigste
Ausgangsmaterial zur Al - Gewinnung dar
+ Al(OH)3, Fe2O3
+

4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Vorkommen - Gallium / Indium / Thallium
- Gallium und Indium sind Begleiter des Zinks in der Zinkblende
Zinkblende
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Vorkommen - Gallium / Indium / Thallium
- Gallium und Indium sind Begleiter des Zinks in der Zinkblende
- Thallium ist Begleiter von Zink in der Zinkblende und von Eisen in
Pyrit
Pyrit
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Die Elemente
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Bor
- Bor kristallisiert nicht wie andere HG-Elemente mit weniger als
4 Valenzelektronen in einem Metallgitter
- Aufgrund hoher Ionisierungsenergie und großer EN bevozugt
Bor kovalente Bindungen
- Der Elektronenmangel (3 Elektronen, 4 Valenzorbitale) zwingt
Bor zu sog. Mehrzentrenbindungen und führt zu den einmaligen
Strukturen der Bormodifikationen und der Borane
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Bor
- Bor kommt in vier Modifikationen vor, in denen B12 - Ikosaeder
auftreten
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Bor
- Bor kommt in vier Modifikationen mit B12 - Ikosaedern vor
a-rhomboedrisches
Bor
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Bor
- Bor kommt in vier Modifikationen mit B12 - Ikosaedern vor
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Bor
- 2 Typen von Bor - Dreizentrenbindungen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Bor
- Bor kommt in vier Modifikationen mit B12 - Ikosaedern vor
+ a-rhomboedrisches Bor
+ a-tetragonales Bor enthält B12 - Ikosaeder und einzelne
Boratome
+ b-rhomboedrisches ist die thermodynamisch stabile Bor-
Modifikation mit komplizierter Struktur
+ b-tetragonales Bor enthält pro Elementarzelle 190 Boratome
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Bor
- Bor kommt in vier Modifikationen mit B12 - Ikosaedern vor
- alle Modifikationen sind
+ hart (Mohs-Härte bis 9,3)
+ halbleitend (von RT auf 600 °C verhundertfáchung der
Leitfähigkeit)
+ reaktionsträge (inert ggüber HCl, HF; heiße HNO3 und
Königswasser oxidieren es zu Borsäure H3BO3
+ bei höhereren Temp. mit O2, Cl2, Br2 und S8 umzusetzen
+ = Reduktionsmittel ggüber H2O, CO2 und SiO2
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminium
- silberweißes Leichtmetall, kristallisiert kubisch - flächenzentriert
- 2/3 der elktrischen Leitfähigkeit von Kupfer
- duktil, zu feinen Drähten und dünnen Folien ausziehbar
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminium
- silberweißes Leichtmetall, kristallisiert kubisch - flächenzentriert
- 2/3 der elktrischen Leitfähigkeit von Kupfer
- duktil, zu feinen Drähten und dünnen Folien ausziehbar
- bei 600 °C wird Al körnig, in Schüttelm. erhält man Al - Grieß
- unedel (Spannungsreihe) jedoch durch Passivierung geschützt
 kann durch anodische Oxidation verstärkt werden (Eloxalverf.)
- Al löst sich in Säuren unter Wasserstoffentwicklung
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminium
- Al löst sich in Säuren unter Wasserstoffentwicklung
- In stark saurem oder alkalischen Milieu kann sich die Schutzschicht
nicht ausbilden, Al(OH)3 besitzt amphoteren Charakter:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminium
- Beim Erhitzen verbrennt Al mit hellem Licht unter großer
Wärmeentwicklung:
- Nutzung in Kolbenblitzen
(Fotografie)
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminium
- bei der Aluminothermie nutzt man die hohe Bildungsenth. des Al2O3
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminium
- bei der Aluminothermie nutzt man die hohe Bildungsenth. des Al2O3
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminium
- bei der Aluminothermie nutzt man die hohe Bildungsenth. des Al2O3
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gallium / Indium / Thallium
- Ga ist ein weiches, dehnbares, glänzend weißes Metall mit niedrigem
Schmelzpunkt (30 °C, schmilzt unter Volumenkontraktion)
- wird wie Al passiviert; bis 100 °C auch von H2O nicht angegriffen
- amphoter wie Aluminium: Bildung von Ga3+ bzw. [Ga(OH)4]-
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gallium / Indium / Thallium
- In ist ein silberweißes, glänzendes, sehr dehnbares Metall
- beständig gegenüber Luft, kochendem Wasser und Alkalien
- löslich in Mineralsäuren
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Gallium / Indium / Thallium
- Tl ist weißglänzend, weich wie Blei und zäh
- läuft an der Luft läuft es grau an
- von Wasser wird es in Gegenwart von Luft unter TlOH - Bildung
anegriffen
- unlöslich in Alkalien, löslich in HNO3 und H2SO4
- Thallium und seine Verbindungen sind giftig
- Tl-Verbindungen färben die Flamme grün
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Bor
- kristallines Bor erhält man durch Reduktionen von Borhalogeniden
mit Wasserstoff bei 1000 - 1400 °C
- sowie durch thermische Zersetzung von Bortriiodid an Wolfram-
drähten bei 800 - 1000 °C:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Bor
- amorphes Bor entsteht als braunes Pulver geringer Reinheit durch
Reduktion von B2O3 mit Na oder Mg:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Bor
- Verwendung findet Bor als
+ Desoxidationsmittel in der Metallurgie
+ Schleifmittel (Bordiamant“ AlB12)
+ Neutronenfänger in der Kerntechnik (Isotop 10B)
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Aluminium
- Nach Eisen ist Aluminium das wichtigste Gebrauchsmetall
- Herstellung aus Bauxit (mit Fe2O3 verunreinigtes AlO(OH)):
+ Entfernung des bei der Elektrolyse störenden Fe2O3
bei nassem Aufschluß
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Aluminium
+ Schmelzelektrolyse des so gewonnenen Al2O3 unter Zusatz von
Kryolith Na3AlF6 zur Schmelzpunkterniedrigung
- Spannung 5-7 V, 950 °C (annähernd Eutektikum)
- für 1 t Al benötigt: 4 t Bauxit, 0,6 t Kohle, 80 kg Kryolith, 15000 kWh
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Aluminium
+ Schmelzelektrolyse des so gewonnenen Al2O3 unter Zusatz von
Kryolith Na3AlF6 zur Schmelzpunkterniedrigung
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Aluminium
- Nach Eisen ist Aluminium das wichtigste Gebrauchsmetall
- Herstellung aus Bauxit (mit Fe2O3 verunreinigtes AlO(OH)):
- Verwendung für den Fahrzeug- Schiff- und Flugzeugbau
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Aluminium
- Nach Eisen ist Aluminium das wichtigste Gebrauchsmetall
- Herstellung aus Bauxit (mit Fe2O3 verunreinigtes AlO(OH)):
- Verwendung für den Fahrzeug- Schiff- und Flugzeugbau
- Haushaltsgegenstände
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Aluminium
- Verpackung: Aluminiumfolien, Dosen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Gallium / Indium / Thallium
- Darstellung durch Elektrolyse ihrer Salzlösungen
- Ga dient als Füllung in Themometern
- GaCl3 dient in der Halbleiterindustrie
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Gallium / Indium / Thallium
- Darstellung durch Elektrolyse ihrer Salzlösungen
- Ga dient als Füllung in Themometern
- GaCl3 dient in der Halbleiterindustrie
- In wird als Lagermetall verwendet;
III/V Halbleiter
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Gallium / Indium / Thallium
- Darstellung durch Elektrolyse ihrer Salzlösungen
- Ga dient als Füllung in Themometern
- GaCl3 dient in der Halbleiterindustrie
- In wird als Lagermetall verwendet;
III/V Halbleiter
- Tl wird mit Hg legiert als
Tieftemperaturthermometerfüllung verwendet
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Verbindungen des Bors
- Chemie des Bors sehr unterschiedlich zu der der Homologen
- kein B3+, sp2- hxbridisierte Boratome  trigonal-planare Verbdg.
- Verbindungen BX3 sind Elektronenmangelverbindungen (Sextett),
es gibt 3 verschieden Möglichkeiten der Stabilisierung:
+ Ausbildung von p - Bindungen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Verbindungen des Bors
- Verbindungen BX3 sind Elektronenmangelverbindungen (Sextett),
es gibt 3 verschieden Möglichkeiten der Stabilisierung:
+ Ausbildung von p - Bindungen
+ Mehrzentrenbindungen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Verbindungen des Bors
- Verbindungen BX3 sind Elektronenmangelverbindungen (Sextett),
es gibt 3 verschieden Möglichkeiten der Stabilisierung:
+ Ausbildung von p - Bindungen
+ Mehrzentrenbindungen
+ Anlagerung von Donormolekülen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Verbindungen des Bors - Metallboride, Borcarbide
- Es gibt mehr als 200 binäre Metallboride mit vielfältigen Strukturen
und Zusammensetzungen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Verbindungen des Bors - Metallboride, Borcarbide
- Es gibt mehr als 200 binäre Metallboride mit vielfältigen Strukturen
und Zusammensetzungen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Verbindungen des Bors - Metallboride, Borcarbide
- Es gibt mehr als 200 binäre Metallboride mit vielfältigen Strukturen
und Zusammensetzungen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Verbindungen des Bors - Metallboride, Borcarbide
- Es gibt mehr als 200 binäre Metallboride mit vielfältigen Strukturen
und Zusammensetzungen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Verbindungen des Bors - Metallboride, Borcarbide
- Borcarbid B13C2 bildet schwarze, glänzende Kristalle
- Härte vergleichbar Diamant
- beständig gegen HNO3
- Struktur aus B12 - Ikosaedern
- technische Herstellung aus B2O3 und
Kohlenstoff bei 2400 °C
- B24C ähnelt strukturell a-tetragonalem Bor
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Bor und Wasserstoff bilden binäre Verbindungen, für die es keine
Analoga bei anderen Elementen gibt
- Es gibt folgende Reihen:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Bor und Wasserstoff bilden binäre Verbindungen, für die es keine
Analoga bei anderen Elementen gibt
- Es gibt folgende Reihen:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- folgende Zwei- und Dreizentrenbindungen sind beteiligt:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Beispiele für Borane
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Beispiele für Borane
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Beispiele für Borane
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Beispiele für Borane
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Beispiele für Borane
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Beispiele für Borane
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Diboran B2H6 ist ein farbloses, giftiges, unangenehm riechendes Gas
- Darstellung:
- unter 300 °C liegt das GG auf der Seite des Diborans
- über 300 °C erfolgt Zersetzung
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Einwirkung von Lewis-Säuren führt zu Boranaddukten:
- Mit Wasser erfolgt Hydrolyse:
- An der Luft entflammt Diboran bei 145 °C
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Wasserstoffverbindungen des Bors - Borane
- Anlagerung von Hydridionen an Borane führt zu den Hydridoboranen
oder Boran - Anionen
- LiBH4 und NaBH4 sind fest, weiß und werden als Hydrierungsmittel
verwendet, Al(BH4)3 ist kovalent gebaut und bei RT flüssig
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Borsäuren
- Orthoborsäure H3BO3 kommt in Wasserdampfquellen und als
Mineral Sassolin vor
- Darstellung durch saure Hydrolyse aus Borax
- Schichtstruktur aus Wasserstoffverbrückten Borsäuremolekülen
- schuppige, weißglänzende Blättchen (Fp. 171 °C)
- schwer in Wasser löslich (40 g/l bei 20 °C), Lösung ist Antiseptikum
- schwache Lewissäure:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Borsäuren
- Orthoborsäure H3BO3 geht beim Erhitzen zunächst in Metaborsäure
(HBO2)n, dann in glasiges B2O3 über:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Borsäuren
- Orthoborsäure H3BO3 bildet mit Alkoholen leicht flüchtige Ester,
die mit grüner Flamme verbrennen:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Borsäuren
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Bortrioxid
- Durch Glühen von H3BO3 erhält man B2O3 als glasige hygroskopische
Masse (Fp. 450 °C)
- kristallin bekommt man es durch langsame Dehydratisierung von
Borsäure, es besitzt eine Raumnetzstruktur
- oberhalb 1000 °C besteht der Dampf aus B2O3 - Molekülen, mit
ungefähren Bindungsgraden von 1,5 und 2,5
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Borate
- Borate leiten sich von der Ortho-, der Meta- und noch wasserärmeren Borsäuren ab
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Borate
- Borate leiten sich von der Ortho-, der Meta- und noch wasserärmeren Borsäuren ab
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Borate
- Borate leiten sich von der Ortho-, der Meta- und noch wasserärmeren Borsäuren ab
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Borate
- Borate leiten sich von der Ortho-, der Meta- und noch wasserärmeren Borsäuren ab
- Borax geht beim Erhitzen auf 400 °C in wasserfreies Na2B4O7 über,
die glasartige Schmelze löst Metalloxide unter Bildung
charakteristisch gefärbter Borate (Boraxperle)
- Verwendung in Analytik und Glasindustrie
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Perborate
- Perborate sind Additionsprodukte aus H2O2 und Boraten
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Sauerstoffverbindungen des Bors - Perborate
- Perborate sind Additionsprodukte aus H2O2 und
Boraten
- Perborate finden in Waschpulvern als Bleichmittel Verwendung
Perborat
Silicat
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Halogenverbindungen des Bors
- Bor(III)Halogenide sind trigonal-planar gebaut
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Halogenverbindungen des Bors
- Bor(III)Halogenide sind trigonal-planar gebaut
+ BCl3 ist ein farbloses, an der Luft rauchendes Gas, das mit
Wasser hydrolysiert und wie folgt entsteht:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Halogenverbindungen des Bors
- Bor(III)Halogenide sind trigonal-planar gebaut
+ BF3 ist ein farbloses, stechend riechendes Gas, das wie folgt
entsteht:
+ mit Wasser erfolgt Hydrolyse:
+ mit Flußsäure entsteht Fluoroborsäure HBF4:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Halogenverbindungen des Bors
- Bor(III)Halogenide sind trigonal-planar gebaut
- Bor(II)Halogenide besitzen im kristallinen Zustand ebenfalls eine
planare Struktur
- in Bor(I)Halogeniden (BX)n bilden die Boratome geschlossene Käfige
mit Mehrzentrenbindungen
+ z.B. bilden im B4Cl4 die Boratome einen Tetraeder
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Halogenverbindungen des Bors
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Stickstoffverbindungen des Bors - BN
- vier Modifikationen bekannt
- thermodynamisch stabil ist hexagonales BN mit einer graphitanalogen
Struktur, jedoch geringere Elektronendelokalisation
Analogie
C-C
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Stickstoffverbindungen des Bors - BN
- vier Modifikationen bekannt
- thermodynamisch stabil ist hexagonales BN mit einer graphitanalogen
Struktur, jedoch geringere Elektronendelokalisation
- BN dient technisch:
+ als Hochtemperaturschmiermittel
+ für feuerfeste Auskleidungen
von Plasmabrennern
+ für Schmelztiegel
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Stickstoffverbindungen des Bors - BN
- vier Modifikationen bekannt
- thermodynamisch stabil ist hexagonales BN mit einer graphitanalogen
Struktur, jedoch geringere Elektronendelokalisation
- BN dient technisch:
+ als Hochtemperaturschmiermittel
+ für feuerfeste Auskleidungen von Plasmabrennern
+ für Schmelztiegel
+ für Raketendüsen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Stickstoffverbindungen des Bors - BN
- technisch kann BN auf zwei Wegen hergestellt werden:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Stickstoffverbindungen des Bors - BN
- es gibt eine dem Diamanten analoge kubische BN - Modifikation, die
in der Zinkblende - Struktur kristallisiert
+ zu Diamant vergleichbare Härte
+ oxidationsbeständiger (Verbrennung erst oberhalb 1900 °C)
+ beim Erhitzen unter Normaldruck Umwandlung in
hexagonales BN
+ Verwendung als Schleifmittel
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Stickstoffverbindungen des Bors - Borazin
- farblose Flüssigkeit von aromatischem Geruch (anorganisches Benzol)
- erhältlich aus Diboran und Ammoniak bei 250 - 300 °C
- HBNH
trimerisiert
sofort zum
Borazin:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- Aluminium bildet keine (p-p)-p - Bindungen
- Stabilisierung erfolgt daher nicht wie bei den Borhalogeniden BX3
durch (p-p)-p - Bindungen, sondern durch Dimerisierung:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- Aluminium bildet keibne (p-p)-p - Bindungen
- Stabilisierung erfolgt daher nicht wie bei den Borhalogeniden BX3
durch (p-p)-p - Bindungen, sondern durch Dimerisierung:
- AlN nicht BN - analog, kein Borazinanalogon
- Al-Atome besitzen d-Valenzorbitale, daher oktaedrische Koordination
möglich (z.B. AlF63-, Al(H2O)63+)
- in stabilen Verbindungen hat Al die Oxidationszahl +3, Verbindungen
mit +1 sind endotherm und nur bei hohen Temperaturen beständig
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- Wasserstoffverbindungen des Aluminiums heißen Alane
+ Aluminiumhydrid (AlH3)n (Alan)
+ unter NB weder Mono- noch Dimer stabil
+ wie beim Diboran 3Zentren-2Elektronen-Bindungen (KZ 6)
+ das farblose Pulver (AlH3)n eignet sich als Hydrierungsmittel
+ Darstellung:
oder
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- Hydroaluminate (Alanate) sind stabil und salzartig oder kovalent
+ Li[AlH4], Na[AlH4] sind wichtige salzartige Reduktionsmittel
+ Darstellung Li[AlH4]
+ Synthesen mit Li[AlH4]:
+ Es gibt Alanate mit der KZ6: Li3AlH6, Na3AlH6
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- von Aluminiumhydroxid Al(OH)3 gibt es drei Modifikationen
- kristallines Al(OH)3 erhält man beim Einleiten von CO2 in
Aluminatlösungen:
- Al(OH)3 ist amphoter und löst sich frisch gefällt in Säuren und
Laugen
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- durch Entwässern von Hydragillit oder Böhmit entsteht g-Al2O3:
- weißes, in Wasser unlösliches, hygroskopisches Pulver
- wandelt sich über 1000 °C in a-Al2O3 (Korund) um
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- a-Al2O3 (Korund) ist sehr hart, wasser-, säure-, und basenunlöslich
und nicht hygroskopisch
- Edelsteine sind aus Korund
darstellbar (z.B. Saphir
mit Fe2+, Fe3+, Ti4+
oder Rubin mit Cr3+ Ionen)
- Verw. als Spinndüsen, Lasermaterial und in der Uhrenindustrie
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- wasserfreies AlF3 ist ein weißes, in Wasser, Säuren und Alkalien
unlösliches Pulver
- kristallisiert in einem Gitter aus eckenverknüpften AlF6 - Oktaedern
- wird neben Kryolith bei der Aluminiumgewinnung eingesetzt und
wie folgt hergestellt:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- wichtigstes Fluoroaluminat ist Kryolith Na3AlF6
- Verwendung neben der Al-Erzeugung als
+ Trübungsmittel für Emaille u. Milchglas
- die industrielle Herstellung erfolgt nach:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- Aluminiumchlorid AlCl3
+ farblose, kristalline, flüchtige, hygroskopische Substanz (Subl.
183°C)
+ im festen Zustand Schichtstruktur, in der Flüssigkeit, im Dampf und
in einigen Lösungsmitteln Dimer, bei höheren Temp. monomer:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- Aluminiumchlorid AlCl3
+ Herstellung durch Chlorieren von flüssigem Aluminium
+ wasserhaltiges Aluminiumchlorid erhält man wie folgt:
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- Aluminiumchlorid AlCl3
+ Verwendung als Textilimprägnierungsmittel und in der
Kosmetik (Deodorant, Antiseptikum)
+ Wie BF3 und BCl3 reagiert AlCl3 als Lewissäure
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- Aluminiumchlorid AlCl3
+ wie BF3 und BCl3 reagiert
AlCl3 als Lewissäure
+ hierauf beruht das Hauptanwendungsgebiet von AlCl3
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Aluminiumverbindungen
- Aluminiumsalze:
+
+
+ Alaune sind Doppelsalze Me(I)Me(III)(SO4)2
# Alaun im Besonderen ist KAl(SO4)2 · 12 H2O
findet aufgrund adstringierender Wirkung Verw. als Rasierstein
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Galliumverbindungen
- in den wichtigsten Verbindungen hat Ga die Oxidationszahl +3
- Ga - Verb. sind denen des Aluminiums sehr ähnlich:
+ Ga(OH)3 ist amphoter
+ a-Ga2O3 besitzt Korundstruktur
+ Halogenide haben die Form Ga2X6
+ GaN besitzt Wurtzit-, der Halbleiter GaAs Zinkblendestruktur
+ durch Komproportienierungsrkn. werden Ga(I)-Verbdg. erh.
4 Nichtmetalle
4.8 Elemente der 3. Hauptgruppe
Indium- und Thalliumverbindungen
- In(III)-Verbdg. ähneln weitgehend den Ga(III)-Verbindungen
- In(I)-Verbdg. sind etwas stabiler als Ga(I)-Verbindungen
- Tl(III)-Verbindungen sind starke Reduktionsmittel, beständiger sind
die Tl(I)-Verbdg., die den Alkalimetallverbdg. ähneln
- Tl(OH) löst sich in Wasser unter alkalischer Reaktion
- Thalliumverbindungen sind sehr giftig und bewirken Haarausfall
- Tl2SO4 wird als Rattengift verwendet
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
-
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 Be
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 Be
Mg 
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 Be
 Ca
Mg 
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 Be
 Ca
Sr 
Mg 
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 Be
Mg 
Ba 
 Ca
Sr 
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
 Be
Mg 
 Ra
 Ca
Sr 
Ba 
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
-
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
- reaktionsfähige, elektropositive Metalle, starke Reduktionsmittel
- in stabilen Verbindungen stets Oxidationszahl +2
- Me2+ - Kationen werden durch Gitterenergie und
Hydratationsenthalpie stabilisiert
- Erdalkalimetalle verbrennen an der Luft zu Oxiden MeO (auch BaO2)
- mit Stickstoff Bild. der Nitride Me3N2, mit Wasserstoff Hydride MeH2
- Löslichkeit der Sulfate und Carbonate nimmt mit Z ab (Hydroxide zu)
- charakteristische Flammenfärbungen (z.B. Ra karminrot, Sr grün)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
- zwischen Be und Al existiert eine Schrägbeziehung,
die auf fast gleicher EN und ähnlichem Ionenradius beruht:
+ KZ: Be 4, Al häufig 4, Mg bevorzugt 6
+ (BeH2)n wie (AlH3)n hochpolymer, kovalent, MgH2 ionisch
+ BeCl2 und AlCl3 sublimierbare Lewissäuren, MgCl2 neutral
+ Be(OH)2 und Al(OH)3 amphoter, keine stabilen Carbonate;
Mg(OH)2 ist basisch und bildet ein stabiles Carbonat
+ Be und Al lösen sich in Säuren und Basen unter H2-Entwicklung, Mg löst sich nur in Säuren
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Gruppeneigenschaften
- Radium ist ein Zerfallsprodukt von 238U, es ist in der Pechblende UO2
enthalten (0,34 g Ra pro t Uran)
- Radium ähnelt in seinen Eigenschaften dem Barium und kristallisiert
wie dieses kubisch-raumzentriert
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Beryllium
- aufgrund der Reaktionsfähigkeit kein elementares Vorkommen
- Beryllium gehört zu den selteneren Metallen und kommt vor im:
+ Beryll Be3Al2O[Si6O18]
Brasilien
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Beryllium
- aufgrund der Reaktionsfähigkeit kein elementares Vorkommen
- Beryllium gehört zu den selteneren Metallen und kommt vor im:
+ Beryll Be3Al2O[Si6O18]
+ Aquamarin (eisenhaltig)
+ Euklas BeAl[SiO4]OH
+ Phenakit Be2[SiO4]
+ Chrysoberyll (Olivinstruktur)
+ Alexandrit (Olivinstruktur)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Magnesium
- Magnesium gehört wie Calcium zu den 10 häufigsten Elementen:
+ Dolomit CaMg(CO3)2
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Magnesium
- Magnesium gehört wie Calcium zu den 10 häufigsten Elementen:
+ Dolomit CaMg(CO3)2
+ Magnesit MgCO3
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Magnesium
- Magnesium gehört wie Calcium zu den 10 häufigsten Elementen:
+ Dolomit CaMg(CO3)2
+ Magnesit MgCO3
+ Olivin (Mg,Fe)2[SiO4]
+ Enstatit Mg[SiO3]
+ Talk Mg3[Si4O10](OH)2
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Magnesium
- Magnesium gehört wie Calcium zu den 10 häufigsten Elementen:
+ Dolomit CaMg(CO3)2
+ Magnesit MgCO3
+ Olivin (Mg,Fe)2[SiO4]
+ Enstatit Mg[SiO3]
+ Talk Mg3[Si4O10](OH)2
+ Serpentin Mg3[Si2O5](OH)4
+ Carnallit KCl ·MgCl2 ·6 H2O
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Calcium
- Calciumverbindungen kommen als gesteinsbildende Mineralien vor:
+ Feldspat Ca[Al2Si2O8]
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Calcium
- Calciumverbindungen kommen als gesteinsbildende Mineralien vor:
+ Feldspat Ca[Al2Si2O8]
+ Calciumcarbonat (CaCO3,
Marmor, Kreide, Kalkstein s. VL7)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Calcium
- Calciumverbindungen kommen als gesteinsbildende Mineralien vor:
+ Feldspat Ca[Al2Si2O8]
+ Calciumcarbonat (CaCO3,
Marmor, Kreide, Kalkstein s. VL7)
+ Gips CaSO4 ·2 H2O
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Calcium
- Calciumverbindungen kommen als gesteinsbildende Mineralien vor:
+ Feldspat Ca[Al2Si2O8]
+ Calciumcarbonat (CaCO3,
Marmor, Kreide, Kalkstein
s. VL7)
+ Gips CaSO4 ·2 H2O
+ Anhydrit CaSO4
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Calcium
- Calciumverbindungen kommen als gesteinsbildende Mineralien vor:
+ Feldspat Ca[Al2Si2O8]
+ Calciumcarbonat (CaCO3,
Marmor, Kreide, Kalkstein s. VL7)
+ Gips CaSO4 ·2 H2O
+ Anhydrit CaSO4
+ Apatit Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Calcium
- Calciumverbindungen kommen als gesteinsbildende Mineralien vor:
+ Feldspat Ca[Al2Si2O8]
+ Calciumcarbonat (CaCO3,
Marmor, Kreide, Kalkstein s. VL7)
+ Gips CaSO4 ·2 H2O
+ Anhydrit CaSO4
+ Apatit Ca5(PO4)3(OH,F,Cl)
+ Flußspat (Fluorit) CaF2
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Strontium
- Strontiummineralien sind:
+ Strontianit SrCO3
+ Cölestin SrSO4
Bristol, GB
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Vorkommen - Barium
- Bariummineralien sind:
+ Witherit BaCO3
+ Schwerspat BaSO4
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Die Elemente
- Bariummineralien sind:
+ Witherit BaCO3
+ Schwerspat BaSO4