Transcript AC-Ing-stunde7

4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Die Elemente
- Bariummineralien sind:
+ Witherit BaCO3
+ Schwerspat BaSO4
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung
- Erdalkalimetalle können durch chemische Reduktion oder durch
Schmelzflußelektrolyse dargestellt werden
- technisch wird die Schmelzflußelektrolyse zur Herstellung von Be
und Mg eingesetzt
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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:
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Be
- Verwendung von Be:
+ Legierungsbestandteil
+ Neutronenmoderator
bei Kernreaktionen
3: Steuerstäbe
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Be
- Verwendung von Be:
+ Legierungsbestandteil
+ Neutronenmoderator bei Kernreaktionen
+ aufgrund geringer Absorption von Röntgenstrahlung
Anfertigung von Austrittsfenstern für Röntgenröhren
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Mg
- 80 % der Weltproduktion an Magnesium wird durch Schmelzelektrolyse von MgCl2 hergestellt
- wasserfreies MgCl2 erhält man durch Umsetzung von MgO mit
Koks und Chlor
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Mg
- Magnesiumverwendungen:
+ Legierungsbestandteil (geringe Dichte)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Mg
- Magnesiumverwendungen:
+ Legierungsbestandteil (geringe Dichte)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Mg
- Magnesiumverwendungen:
+ Legierungsbestandteil (geringe Dichte)
+ Elektronmetalle (90 % Mg, Si, Al, Zn, Mn, Cu) sind gegen
Alkalien und selbst Flußsäure beständig
+ Reduktionsmittel in der Metallurgie
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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:
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Darstellung und Verwendung - Ba
-
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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:
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Berylliumverbindungen
- diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf
verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4:
+ Dreizentrenbindungen wie im polymeren (BeH2)n
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Berylliumverbindungen
- diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf
verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4:
+ Koordinative Bindungen wie im polymeren kettenförmigen
(BeCl2)n
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Berylliumverbindungen
- diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf
verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4:
+ Funktion als Lewissäure:
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Berylliumverbindungen
- diese Elektronenmangelverbindungen (s. Bor) streben auf
verschiedene Weise nach Erhöhung der KZ auf 4:
+ (p-p)p-Bindungen wie im gasförmigen BeCl2:
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Berylliumverbindungen
- zwischen isoelektronischen Beryllium-Fluor und SiliciumSauerstoff-Verbindungen existieren erstaunliche Isotypien:
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Berylliumverbindungen
- Berylliumhydrid BeH2 ist eine feste, weiße, nichtflüchtige polymere
Substanz
- es ist luft- und feuchtigkeitsempfindlich, dem Al-Hydrid ähnlich
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Berylliumverbindungen
- 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.
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Berylliumverbindungen
- 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-, BeF42-, Be2F73-
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Berylliumverbindungen
- 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
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- Magnesiumhydrid MgH2 ist weiß, fest und nichtflüchtig und besitzt
Ionencharakter; Darstellung:
- oder durch thermische Zersetzung von Diethylmagnesium im Hoch-
vakuum
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- Magnesiumoxid MgO entsteht durch Verbrennung von Mg an der
Luft mit blendend weißem Licht :
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- 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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- durch Erhitzen von Mg(OH)2 erhält man lockeres MgO (magnesia
usta, das in der Medizin als Neutralisationsmittel Verwendung findet
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- 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)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- 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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- 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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- 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
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- 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)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- 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:
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Magnesiumverbindungen
- Verwendungen für
Grignard-Verbindungen
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- CaH2 ist eine weiße, kristalline Masse
- CaH2 ist heteropolar aufgebaut, Fluorit-Struktur
- Darstellung, Reaktion und Verwendung:
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist eine weiße, amorphe Masse
- großtechnische Darstellung durch Erhitzen von Kalkstein CaCO3
auf 1000 - 1200 °C (Kalkbrennen)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist
eine weiße, amorphe Masse
- großtechnische Darstellung durch
Erhitzen von Kalkstein CaCO3
auf 1000 - 1200 °C (Kalkbrennen)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- CaO (Ätzkalk, gebrannter Kalk)ist eine weiße, amorphe Masse
- großtechnische Darstellung durch Erhitzen von Kalkstein CaCO3
auf 1000 - 1200 °C (Kalkbrennen)
- CaO reagiert mit Wasser unter starker Wärmeentwicklung zu
Ca(OH)2 (Kalklöschen)
- CaO wird verwendet zur Herst. von Luftmörtel, CaC2, Chlorkalk, Glas
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
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4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- CaCO3 kristallisiert in den drei Modifikationen Calcit (Kalkspat),
Aragonit, Vaterit
- aus Calcitkristallen bestehen Kalkstein, Kreide und Marmor
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- CaCO3 und wird hauptsächlich in der Baustoffindustrie verwendet,
findet aber auch Verwendung als Zusatz in Putzmitteln oder
Radiergummis
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- CaSO4 kommt in der Natur als CaSO4 (Anhydrit) und CaSO4 · 2 H2O
(Gips) vor
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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:
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- bei 120 °C geht Gips in „gebrannten Gips“ über:
- mit Wasser bindet er wieder zu Gips
(CaSO4 · 2 H2O) ab
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- bei 120 °C geht Gips in „gebrannten Gips“ über:
- mit Wasser bindet er wieder zu Gips (CaSO4 · 2 H2O) ab
- weiteres Erhitzen von gebranntem Gips führt zu Stuckgips:
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- bei 1000 - 1200 °C wird Gips „totgebrannt“,
- oberhalb 1200 °C folgt thermische Zersetzung:
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- Kalkstickstoff ist ein Gemisch aus Calciumcyanamid CaCN2 und
Kohlenstoff
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Calciumverbindungen
- Kalkstickstoff ist ein Gemisch aus Calciumcyanamid CaCN2 und
Kohlenstoff
- Im Boden bildet sich durch Bakterien Ammoniak
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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)
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Bariumverbindungen
- lösliche Bariumsalze (z.B. BaCl2) sind giftig (BaCO3 Rattengift)
- Ba(NO3)2 dient in der Pyrotechnik als Grünfeuer
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Bariumverbindungen
- Bariumsulfat BaSO4 wird als weiße Malerfarbe verwendet
(Permanentweiß), weiterhin als Füllstoff
in der Papier- und Gummiindustrie
- Verwendung als Röntgenkontrastmittel
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
Bariumverbindungen
- Bariumoxid BaO wird technisch durch Zersetzung des Carbonates in
Gegenwart von Kohle hergestellt:
- Mit Wasser reagiert BaO zu Bariumhydroxid Ba(OH)2
4 Nichtmetalle
4.9 Elemente der 2. Hauptgruppe
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
-
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
 Li
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
 Li
Na 
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
 Li
 K
Na 
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
 Li
 K
Rb 
Na 
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
 Li
Na 
Cs 
 K
Rb 
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
 Li
Na 
 Fr
 K
Rb 
Cs 
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften - die Elemente
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
-
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Gruppeneigenschaften
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
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)
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Vorkommen - Natrium
Natrium und Kalium gehören zu den 10 häufigsten Elementen der
Erdkruste
Die meistverbreiteten Natriummineralien sind Tektosilicate:
- Natronfeldspat (Albit) Na[AlSi3O8]
Norwegen
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
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]
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Vorkommen - Natrium
In großen Lagerstätten kommen vor:
- NaCl (Steinsalz, Halit)
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Vorkommen - Natrium
In großen Lagerstätten
kommen vor:
- NaCl (Steinsalz, Halit), bergmännische Gewinnung
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Vorkommen - Natrium
In großen Lagerstätten kommen vor:
- NaCl (Steinsalz, Halit)
- Soda Na2CO3  10 H2O
Sodagewinnung im ausgehenden Mittelalter
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Vorkommen - Natrium
In großen Lagerstätten kommen vor:
- NaCl (Steinsalz, Halit)
- Soda Na2CO3  10 H2O
- Trona Na2CO3  NaHCO3 
2 H2O
- Thenardit Na2SO4
- Kryolith Na3AlF6, weitgehend abgebaut
- Meerwassergehalt 3 %, ca. 10-fache Masse fester Vorkommen
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Vorkommen - Natrium
In großen Lagerstätten kommen vor:
- NaCl (Steinsalz, Halit), Gewinnung aus dem Meer
Salinen
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Vorkommen - Kalium
- wichtigste Vorkommen wie bei NaCl in Lagerstätten:
+ Sylvin KCl
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Darstellung und Verwendung
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Darstellung und Verwendung
- Na wird heute nach dem Downs-Verfahren hergestellt
durch CaCl2 herabgesetzte
Schmelztemp. von 600 °C,
11 kWh / kg Na
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Darstellung und Verwendung
- 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:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Darstellung und Verwendung
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Darstellung und Verwendung
- in der Beleuchtungstechnik verwendet man Na für Natriumdamfentladungslampen; in schnellen Brütern als Kühlmittel
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Darstellung und Verwendung
- in der Beleuchtungstechnik verwendet man Na für Natriumdamfentladungslampen; 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Darstellung und Verwendung
- in der Nuklearmedizin dient 137Cs als
Strahlenquelle
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
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:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Hydride
- in etherischen Lösg. reagiert LiH mit vielen Halogeniden zu Doppelhydriden:
- NaH entsteht bei 300 °C aus den Elementen
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Hydride
- NaH entsteht bei 300 °C aus den Elementen
- NaH wird als Reduktionsmittel verwendet:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- 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:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- Li2O2 wird industriell aus LiOH · H2O mit H2O2 hergestellt
- Li2O2 zersetzt sich oberhalb 195 °C in Li2O
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- K2O2, RbO2, Cs2O2 werden durch Oxidation der Metalle in flüssigem
NH3 bei -60 °C dargestellt
- Peroxide reagieren mit Wasser unter Bildung von H2O2:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- Na2O2 findet daher Verwendung in der Unterwassertechnik, das
leichtere Li2O2 in der Raumfahrttechnik
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- 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:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- Alkalimetallhydroxide sind von allen Hydroxiden die stärksten Basen
- Sie entstehen bei de Reaktion von Alkalimetall mit Wasser:
Me + H2O
Wasser
+ Li

MeOH + 0,5 H2
+Na
+K
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- 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:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- NaOH ist eine weiße, hygroskopische, kristalline Substanz
- dient als Trocknungsmittel und als Absorptionsmittel für CO2
- industrielle Verwendung für Bauxitaufschluß sowie zur Natriumhypochloritdarstellung
- weiterhin als Industriebase bei der Fabrikation von
+ Papier
+ Zellstoff
+ Kunstseide
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Sauerstoffverbindungen
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide
- farblose, hochschmelzende, kristalline Feststoffe
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide
- LiF ist im Gegensatz zu zu den anderen Lithiumhalogeniden
schwerlöslich
- wegen hoher IR-Durchlässigkeit
Verwendung von LiFEinkristallen als
Prismenmaterial
(ebenso CsI)
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide
- NaCl (Fp. 808 °C) industriell wichtigste Natriumverbindung
- Ausgangsprodukt für die Herstellung von
+ Natriumcarbonat
+ NaOH
+ Chlor
+ HCl
+ Wasserglas
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide
- NaCl ist nicht hygroskopisch (MgCl2-Verunreinígungen verursachen
das Feuchtwerden von Speisesalz)
- Löslichkeit von NaCl in H2O wenig temperaturabhängig (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)
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Halogenide
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
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:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren
- aus wässrigen Lösungen kristallisiert
das Dekahydrat Na2CO3 · 10 H2O
(Kristallsoda) aus
- Kristallsoda schmilzt bei 32 °C im
eigenen Kristallwasser
Sodagruben am Nil
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren
- Herstellung erfolgt nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (SolvayVerfahren) : + Ausfällung von NaHCO3 nach CO2/NH3 Einleitung:
+ thermische Zersetzung des NaHCO3 unter CO2-Gewinnung:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren
- Herstellung erfolgt nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (SolvayVerfahren) :
+ weitere CO2-Gewinnung durch Kalkbrennen:
+ der Branntkalk dient zur Ammoniakrückgewinnung:
+ als Bruttogleichung folgt:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren
- 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:
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren
- 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 Kristallwasser 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren
- 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
5 Metalle
5.1 Elemente der 1. Hauptgruppe: Alkalimetalle
Verbindungen der Alkalimetalle - Salze von Oxosäuren
- Kaliumnitrat KNO3 (Kalisalpeter)
- im Gegensatz zu NaNO3 nicht hygroskopisch
- Verwendung in der Pyrotechnik (Schwarzpulver) und als Düngemittel
5 Metalle
5.2 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
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Stellung im PSE,
Eigenschaften
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Stellung im PSE, Eigenschaften - Schmelzp. sind sehr unterschiedlich
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Stellung im PSE, Eigenschaften
- 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 Atomverbände gebunden
- metallische Eigenschaften im einzelnen sind:
+ metallischer Glanz der Oberfläche, Undurchsichtigkeit
+ Dehnbarkeit und plastische Verformbarkeit
+ Gute elektrische und thermische Leitfähigkeit
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Stellung im PSE, Eigenschaften
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Stellung im PSE, Eigenschaften
- bei HG-Metallen stehen für chemische Bindungen nur s- und pElektronen zur Verfügung;
d- Elektronen gibt es entweder
nicht oder nur in vollbesetzten
Unterschalen
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Stellung im PSE, Eigenschaften
- bei NG-Metallen stehen für chemische Bindungen neben s- und pauch die d-Elektronen der zweitäußersten Schale zur Verfügung
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- es treten vorwiegend drei Strukturen auf:
+ hexagonal
dichteste Packung (A3)
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- es treten vorwiegend drei Strukturen auf:
+ hexagonal dichteste Packung
KZ 12
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- es treten vorwiegend drei Strukturen auf:
+ hexagonal dichteste Packung
+ kubisch dichteste Packung (A1)
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- es treten vorwiegend drei Strukturen auf:
+ hexagonal dichteste Packung
+ kubisch dichteste Packung
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- es treten vorwiegend drei Strukturen auf:
+ hexagonal dichteste Packung
+ kubisch dichteste Packung
+ kubisch raumzentrierte
Struktur (A2)
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- 80 % der Metalle kristallisieren ineiner der drei Strukturen
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- 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
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- Atomradius von Metallen ist der halbe Abstand im Metallgitter
befindlicher Atome
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- Atomradius von Metallen ist der halbe Abstand im Metallgitter
befindlicher Atome
- bei polymorphen Metallen findet man eine Abhängigkeit der Radien
von der Koordinationszahl:
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Kristallstrukturen der Metalle
- Atomradius von Metallen ist der halbe Abstand im Metallgitter
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
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
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
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
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 - Vergleich von Elektronendichten in verschiedenen Gittern
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
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 - Vergleich von Elektronendichten in verschiedenen Gittern
- bei plastischer Verformung
führt die Verschiebung der
Gitterebenen gegeneinander
nicht zur Abstoßung
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Die metallische Bindung
- Elektronengas erklärt gute elektrische und thermische Leitfähigkeit
- mit steigender Temperatur behindern die stärker schwingenden Atomrümpfe die Elektronenbeweglichkeit
- freie Elektronen absorbieren Licht jeder Wellenlänge, daher sind
Metalle undurchsichtig; grau-weißliches Aussehen durch Reflexion
von Licht jeder Wellenlänge
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
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
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Die metallische Bindung - Bändermodell
Li
- Bänder bilden sich aus Elektronen ähnlicher Energie; sie können
überlappen oder durch eine „verbotene Zone“ getrennt sein
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Die metallische Bindung - Bändermodell
Be
- Bänder bilden sich aus Elektronen ähnlicher Energie; sie können
überlappen oder durch eine „verbotene Zone“ getrennt sein
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Die metallische Bindung - Bändermodell
Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften verschiedener
Stoffgruppen mit dem
Bändermodell
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Die metallische Bindung - Bändermodell
Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von
Halbleitern mit dem Bändermodell
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Die metallische Bindung - Bändermodell
Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von dotierten
Halbleitern mit dem Bändermodell
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Die metallische Bindung - Bändermodell
Verdeutlichung von Elektronenleitungseigenschaften von dotierten
Halbleitern mit dem Bändermodell
5 Metalle
5.2 der metallische Zustand
Die metallische Bindung - Bändermodell
- bei dotierten wie bei Eigenhalbleitern nimmt die Leitfähigkeit mit
steigender Temperatur zu