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4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Halogenverbindungen des Phosphors - Trihalogenide - 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Halogenverbindungen des Phosphors - Trihalogenide - Die Trihalogenide hydrolysieren leicht zur Phosphonsäure: 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Halogenverbindungen des Phosphors - Pentalogenide 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Halogenverbindungen des Phosphors - Pentalogenide - PF5 ist ein ein farbloses, hydrolyseempfindliches Gas - PF5 läßt sich aus PCl5 durch Chlor-Fluor-Austausch mit AsF5 darst. - intermediär treten die Mischhalogenide PClnF5-n auf - elektronegativere Liganden (F ggüber Cl) besetzen axiale Positionen - PF5 reagiert als starke Lewis-Säure mit F- zu PF6- 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Halogenverbindungen des Phosphors - Pentalogenide - die Pentahalogenide hydrolysieren leicht zu Phosphorsäure und HX 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Halogenverbindungen des Phosphors - Pentalogenide - die Pentahalogenide hydrolysieren leicht zu Phosphorsäure und HX Strukturen 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Schwefel - Phosphor - Verbindungen - bekannt sind binäre Sulfide P4Sn mit n = 3 bis 10 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Schwefel - Phosphor - Verbindungen - bekannt sind binäre Sulfide P4Sn mit n = 3 bis 10 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Schwefel - Phosphor - Verbindungen - bekannt sind binäre Sulfide P4Sn mit n = 3 bis 10 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Phosphor - Stickstoff - Verbindungen - Chlorphosphazene entstehen aus PCl5 und NH4Cl im Autoklaven (NPCl2)3 - es entstehen cyclische oder polymere Verbindungen (NPCl2)3 (NPCl2)n 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Phosphor - Stickstoff - Verbindungen - die Chloratome in (NPCl2)n lassen sich z.B. durch F, Br, SCN, NR2, CH3, C6H5, OR und andere ersetzen - Hydrolysebeständigkeit durch Gruppen wie OR, NR2 oder R: Verwendung als + Faser + Schläuche + Folie + Gewebe - Ersatz von Cl durch OCH2F3 führt zu Inertmat. (Organersatzteile) 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Arsens - Sauerstoffverbindungen - Arsen(III)oxid As2O3 (Arsenik) : weißes, sublimierbares Pulver - entsteht aus den Elementen durch Verbrennung oder - technisch beim Abrösten arsenhaltiger Erze - kubische Modifikation sowie Dampf besteht aus As4O6- Molekülen - monokline Modifikation liegt polymer in gewellten Schichten vor 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Arsens - Sauerstoffverbindungen - Arsen(III)oxid As2O3 (Arsenik) : weißes, sublimierbares Pulver - stark giftig (bereits 100 mg letal) - mäßig in Wasser löslich unter Bildung arseniger Säure H3AsO3 - durch Oxidation von As oder As2O3 mit HNO3 erhält man Arsensäure H3AsO4 - von ihr sind drei Reihen Arsenate ableitbar - As2O5 kann durch Entwässerung von H3AsO4, nicht durch Verbrennung von As hergestellt werden 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Arsens - Schwefelverbindungen - bekannt sind die binären Verbindungen As4Sn (n = 3,4 5, 6, 10) - natürlich kommen As4S4 (Realgar) 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Arsens - Schwefelverbindungen - bekannt sind die binären Verbindungen As4Sn (n = 3,4 5, 6, 10) - natürlich kommen As4S4 (Realgar) und As4S3 (Auripigment) vor 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Arsens - Halogenverbindungen - bekannt sind die binären Halogenide AsX3, As2X4 und AsX5 - Herstellung aus den Elementen - mit Wasser erfolgt Hydrolyse 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Antimons - Sauerstoffverbindungen - beim Verbrennen an der Luft entsteht Sb2O3 - wie beim Arsenoxid eine kubische Modifikation (Sb4O6 - Moleküle) - bei 606 °C Umwandlung in die rhombische Modifikation: polymere Kettenstruktur 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Antimons - Schwefelverbindungen - Antimon(III)-sulfid Sb2S3 fällt aus sauren Sb(III) - Lösungen beim Einleiten von H2S als amorpher orangeroter Niederschlag aus - beim Erhitzen entsteht die stabile grauschwarze kristalline Modifikation, die auch in der Natur vorkommt 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Antimons - Schwefelverbindungen - Antimon(III)-sulfid Sb2S3 fällt aus sauren Sb(III) - Lösungen beim Einleiten von H2S als amorpher orangeroter Niederschlag aus - beim Erhitzen entsteht die stabile grauschwarze kristalline Modifikation, die auch in der Natur vorkommt - Sb2S3 ist orangerot und wird in Zündholzköpfen als brennbare Komponente verwendet 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Bismuts - aus Bismutsalzlösungen fällt mit Alkalilauge Bi2O3 xH2O als flockiger, weißer Niederschlag aus - beim Erhitzen entsteht daraus gelbes Bi2O3 - Bismutate kann man wie folgt erhalten: 4 Nichtmetalle 4.6 Elemente der 5. Hauptgruppe Verbindungen des Bismuts - die Bismuttrihalogenide BiX3 sind kristalline Substanzen - Herstellung erfolgt nach: - die Hydrolyse ergibt Bismuthalogenidoxide: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften - 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften C 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften C Si 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften C Ge Si 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften C Ge Sn Si 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften C Ge Sn Si Pb 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften - 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften - 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften - 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften - charakteristisch für das C-Atom ist seine Fähigkeit, mit anderen Nichtmetallatomen Mehrfachbindungen einzugehen: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Gruppeneigenschaften - charakteristisch für das C-Atom ist seine Fähigkeit, mit anderen Nichtmetallatomen Mehrfachbindungen einzugehen - wichtigste Oxidationsstufen sind +2 und +4; - mit wachsender Ordnungszahl nimmt die Stabilität der Verbdg. mit der Oxidationszahl +2 zu, die der Oxidationszahl +4 ab: + PbH4 und PbCl4 sind unbeständig, CH4 und CCl4 sehr stabil + nur beim Pb sind die Pb(II) Verbdg. stabiler 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Kohlenstoff kommt elementar als Diamant oder Graphit vor 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Kohlenstoff kommt elementar als Diamant oder Graphit vor - daneben existieren die Fullerene, sphärisch geformte kondensierte Ringsysteme, z.B. C60, das z.B. in Kohle aus dem Präkambrium nachweisbar ist 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Kohlenstoff kommt elementar als Diamant oder Graphit vor - chemisch gebunden in Carbonaten: + Dolomit CaCO3 * MgCO3 Dolomiten / Südtirol 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Kohlenstoff kommt elementar als Diamant oder Graphit vor - chemisch gebunden in Carbonaten: + Dolomit CaCO3 * MgCO3 + Magnesit MgCO3 + Siderit FeCO3 + Malachit Cu2[(OH)2CO3] + Azurit Cu3[OHCO3]2 + Rhodochrosit MnCO3 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Kohlenstoff kommt elementar als Diamant oder Graphit vor - chemisch gebunden in Carbonaten - im Pflanzen- und Tierreich wesentl. Bestandteil aller Organismen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - aus urweltlichen Pfl. und Tieren entstanden Kohlen, Erdöl, Erdgas 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Kohlenstoff kommt elementar als Diamant oder Graphit vor - chemisch gebunden in Carbonaten - im Pflanzen- und Tierreich wesentl. Bestandteil aller Organismen - aus urweltlichen Pfl. und Tieren entstanden Kohlen, Erdöl, Erdgas BraunKohle Stein- 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Die Luft enthält > 0,03 Vol. % CO2, das Meerwasser 0,005 % CO2 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Kohlenstoff kommt elementar als Diamant oder Graphit vor - chemisch gebunden in Carbonaten - im Pflanzen- und Tierreich wesentl. Bestandteil aller Organismen - aus urweltlichen Pfl. und Tieren entstanden Kohlen, Erdöl, Erdgas - Die Luft enthält > 0,03 Vol. % CO2, das Meerwasser 0,005 % CO2 - Die C-Mengen in Biosphäre: Atmosphäre: Hydrosphäre: Lithosphäre verhalten sich wie: 1 : 2 : 50 : 100.000 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Silicium ist das zweithäufigste Element der Erdkruste - kein elementares Vorkommen, sondern als - SiO2 und in einer Vielzahl von Silikaten Quarz, SiO2 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Germanium kommt nur in seltenen sulfidischen Mineralien vor - Ausgangsmaterial zur Elementdarstellung ist Germanit Cu6FeGe2S8 Germanit, Namibia 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Zinn kommt selten elementar vor - wichtigstes Zinnerz ist Zinnstein (Cassiterit) Neumexiko 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Zinn kommt selten elementar vor - wichtigstes Zinnerz ist Zinnstein (Cassiterit) - seltener ist Zinnkies (Stannin) Cu2FeSnS4 bild Zinnkies, Hunan, China 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Blei kommt in folgenden Erzen vor: + Bleiglanz (Galenit) PbS Sweetwater, USA 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Vorkommen - Blei kommt in folgenden Erzen vor: + Bleiglanz (Galenit) PbS + Weißbleierz PbCO3 + Rotbleierz PbCrO4 + Gelbbleierz PbMoO4 + Scheelbleierz PbWO4 + Anglesit PbSO4 Anglesit, Marokko alle natürlichen Bleivorkommen sind Pb(II)-Verbindungen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - die 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Kohlenstoff kristallisiert in den Modifikationen Diamant und Graphit - Im Diamant ist jedes C-Atom tetraedrisch von vier anderen CAtomen umgeben - sp3 -Hybridüberlappung; hohe C-C Bindungsenergie (348 kJ/mol) 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Kohlenstoff kristallisiert in den Modifikationen Diamant und Graphit - Im Diamant ist jedes C-Atom tetraedrisch von vier anderen CAtomen umgeben - sp3 -Hybridüberlappung; hohe C-C Bindungsenergie (348 kJ/mol) - daraus folgen große Härte (Mohs 10) und Glanz (Edelsteine) 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Graphit kristallisiert in Schichtstrukturen - innerhalb jeder Schicht hat jedes C-Atom 3 Nachbarn - sp2 -Hybridisierung mit 120 ° Graphit, Sri Lanka 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Graphit kristallisiert in Schichtstrukturen - innerhalb jeder Schicht hat jedes C-Atom 3 Nachbarn - sp2 -Hybridisierung mit 120 ° 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Graphit kristallisiert in Schichtstrukturen - innerhalb jeder Schicht hat jedes C-Atom 3 Nachbarn - sp2 -Hybridisierung mit 120 ° - metallischer Glanz und Leitfähigkeit innerhalb der Schichten durch gut bewegliche p-Elektronen - C-C Abstand im diamant 154 pm, im Graphit inn. d. Sch. 142 pm - zwischen den Schichten 335 pm 0,0001 d. Leitfähigkeit! 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Verwendung als + Schmiermittel + Elektrodenmaterial + Bleistiftminen - Graphit verbrennt an der Luft bereits bei 700 °C zu CO2 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Koks, Ruß und Holzkohle : schlecht kristallisierter, verunreinigter mikrokristalliner Graphit 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Aktivkohle : feinkristalline, lockere Graphitform mit großer Oberfläche (1000 m2/g) Bild Fußballfeld - Erzeugung durch Erhitzen von Holz, tierischen Abf. oder Rohrzucker unter Zusatz von Sinterverhinderern (ZnCl2) 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Aktivkohle : Verwendung : + Spiritusentfuselung + Entfärbung von Lösungen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Kohlenstoff - Aktivkohle : Verwendung : + Spiritusentfuselung + Entfärbung von Lösungen + Gasmaskeneinsätze + Abwasserreinigung 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Silicium, Germanium, Zinn, Blei - Si, Ge und graues Zinn kristallisieren ebenfalls im Diamantgitter - das (nichtmetallische) graue Zinn ist nur unterhalb 13 °C beständig; darüber ist das met. Zinn (b-Zinn) stabiler 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Silicium, Germanium, Zinn, Blei - Si, Ge und graues Zinn kristallisieren ebenfalls im Diamantgitter - das (nichtmetallische) graue Zinn ist nur unterhalb 13 °C beständig; darüber ist das met. Zinn (b-Zinn) stabiler 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Silicium, Germanium, Zinn, Blei - Si, Ge und graues Zinn kristallisieren ebenfalls im Diamantgitter - das (nichtmetallische) graue Zinn ist nur unterhalb 13 °C beständig; darüber ist das met. Zinn (b-Zinn) stabiler - Blei kristallisiert in einer typischen Metallstruktur (kub. dichteste P.) - bläulichgrau, frische Schnittflächen zeigen Metallglanz - duktil 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - technisch wird Si durch Reduktion von Quarz mit Kohle hergestellt 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - technisch wird Si durch Reduktion von Quarz mit Kohle hergestellt - hochreines Si für Halbleiterzwecke erhält man nach: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - hochreines Si für Halbleiterzwecke erhält man nach: - daraus gewinnt man Silicium- einkristalle nach dem Zonenschmelzverfahren 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Verwendung findet Si in der Halbleitertechnik Fotozellen auf Siliciumbasis 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Si reagiert bei RT nur mit Fluor; mit den anderen halogenen, O2, N2, S, C und vielen Metallen erst bei hohen Temperaturen - Passivierung bei Säureeinwirkung - in heißen Laugen Rkn.: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Germanium wird über aus Germanit mit Säuren erzeugtem GeO2 gewonnen: - reinstes Ge wird durch Zonenschmelzen erhalten 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Zur Darstellung von Zinn wird Zinnstein mit Kohle reduziert: - aus Weißblechabfällen wird Zinn elektrolytisch wiedergewonnen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Bei RT ist Sn ggüber Wasser und Luft beständig, von starken Säuren und Basen wird es angegriffen: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Zinn dient zur Herstellung von Geschirr 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Zinn dient zur Herstellung von Geschirr, zum Verzinnen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Zinn dient zur Herstellung von Geschirr, zum Verzinnen, als Legierungsbestandteil 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Zinn dient zur Herstellung von Geschirr, zum Verzinnen, als Legierungsbestandteil + Bronzen sind Cu-Sn- Legierungen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Für die Herstellung von Blei wird ausschließlich Bleiglanz PbS in 2 Verfahren verwendet: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Für die Herstellung von Blei wird ausschließlich Bleiglanz PbS in 2 Verfahren verwendet: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Für die Herstellung von Blei wird ausschließlich Bleiglanz PbS in 2 Verfahren verwendet: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Aufgrund Passivierung löst sich Pb trotz negativen Standardpotentials nicht in Schwefel-, Salz- oder Flußsäure - In Gegenwart von Luftsauerstoff und Wasser wird Blei angegriffen: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Die Elemente - Darstellung, Reaktion, Verwendung - Blei wird verwendet zur Herstellung von: + Bleirohren + Flintenschrot + Bleilagermetalle + Akkumulatorplatten 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Graphitverbindungen - Graphit reagiert unter Erhalt seiner Schichtstruktur zu zahlreichen polymeren Verbindungen - als kovalente Graphitverbindung erhält man aus Graphit und Fluor bei 400 - 600 °C Graphitfluorid CFn; ab 700 °C CF4 + Schichtabstand 800 pm + keine p-Elektronen: * nichtleitend * farblos 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Graphitverbindungen - Aufsicht auf das Gitter von C8K 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - C. sind Verbindungen des Kohlenstoffs mit Metallen und den Halbmetallen B und Si - C. können in kovalente, salzartige und metallische C. eingeteilt werden 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - kovalente Carbide + Siliciumcarbid SiC (Carborund) ist sehr hart, thermisch und chemisch resistent, gut wärmeleitend und ein Halbleiter + es dient als Schleifmittel, sowie zur Herst. von feuerfesten Steinen und (Silit)heizstäben 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - kovalente Carbide + SiC dient als Schleifmittel, sowie zur Herst. von feuerfesten Steinen und (Silit)heizstäben 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - kovalente Carbide + SiC dient als Schleifmittel, sowie zur Herst. von feuerfesten Steinen und (Silit)heizstäben + technisch wird es aus Quarzsand und Koks hergestellt: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - salzartige Carbide werdenmit elektropositiven Metallen gebildet - es sind hydrolyseempfindliche Feststoffe - am häufigsten sind ionische Carbide mit dem Acetylenid - Ion CC2- 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - salzartige Carbide werdenmit elektropositiven Metallen gebildet - es sind hydrolyseempfindliche Feststoffe - am häufigsten sind ionische Carbide mit dem Acetylenid - Ion CC2- Mit Wasser erfolgt Zersetzung zu Acetylen (Ethin) 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - Mit Wasser erfolgt Zersetzung zu Acetylen (Ethin) Carbidlampen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - CaC2 besitzt große technische Bedeutung und wird aus Branntkalk und Koks im elektrischen Ofen dargestellt: - die Hauptmenge wird zu Acetylen weiterverarbeitet 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - die Hauptmenge wird zu Acetylen weiterverarbeitet 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - CaC2 besitzt eine verzerrte NaCl - Struktur 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - außer den „Salzen des Acetylens“ gibt es noch solche ionische Carbide, die sich von den KW Methan und Propin ableiten lassen: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Carbide - in den metallischen Carbiden besetzen Kohlenstoffatome die Lücken von Übergangsmetall - Gittern - die entstehenden Stoffe besitzen + große Härte + hohe Schmelzpunkte + metallische Leitfähigkeit 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - die wichtigsten Oxide des Kohlenstoffs sind das + Kohlen(stoff)monoxid CO und das + Kohlen(stoff)dioxid CO2 daneben gibt es das + Kohlensuboxid C3O2 und das + Mellithsäureanhydrid C12O9 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlenstoffmonoxid CO ist ein + farbloses, + geruchloses + sehr giftiges Gas (Fp. -204 °C, Kp. -191,5 °C), es ist + isoelektronisch zu Distickstoff und ensteht bei unvollständiger Verbrennung von Kohlenstoff 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - technisch erhält man CO bei der Erzeugung von Wassergas - CO ist neben H2, CH4, und etwas CO2 und N2 im Leuchtgas enth. - im Labor stellt man CO durch Wasserentzug aus Ameisensäure her: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - an der Luft verbrennt CO mit blauer Flamme zu CO2: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - mit Übergangsmetallen bildet CO eine Vielzahl von Carbonylkomplexen - folgende Reaktion dient zur Reindarstellung von Ni oder CO: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - mit Übergangsmetallen bildet CO eine Vielzahl von Carbonylkomplexen - folgende Reaktion dient zur Reindarstellung von Ni oder CO: - große technische Bedeutung besitzt die Umsetzung von CO mit H2: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - Kohlen(stoff)dioxid CO2 ist ein + farbloses, + geruchloses + unbrennbares Gas 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - Kohlen(stoff)dioxid CO2 ist ein + farbloses, + geruchloses + unbrennbares Gas + eineinhalbmal dichter als Luft 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - Kohlen(stoff)dioxid CO2 ist ein + farbloses, + geruchloses + unbrennbares Gas + eineinhalbmal dichter als Luft + leicht zu verflüssigen (tK = -31 °C, pK = 73,7 bar) + bei Normaldruck Sublimation bei -78 °C 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - Kohlen(stoff)dioxid CO2 ist ein + farbloses, + geruchloses + unbrennbares Gas + eineinhalbmal dichter als Luft + leicht zu verflüssigen (tK = -31 °C, pK = 73,7 bar) + bei Normaldruck Sublimation bei -78 °C + 1 l H2O löst bei NB 0,9 l CO2 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - das CO2 - Molekül ist linear gebaut, C ist sp - hybridisiert - Grenzstrukturen berücksichtigen Delokalisierung der p-Elektronen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - CO2 entsteht bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - CO2 entsteht bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff - sowie als Nebenprodukt beim Kalkbrennen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - CO2 entsteht bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff - sowie als Nebenprodukt beim Kalkbrennen - und im Labor durch Zersetzung von Carbonaten mit Säuren Bild Carbonatzers 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - CO2 entsteht bei der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff - sowie als Nebenprodukt beim Kalkbrennen - und im Labor durch Zersetzung von Carbonaten mit Säuren - das beständige CO2 zersetzt sich erst bei hohen Temperaturen - zwischen C, CO und CO2 existiert das sog. Boudouard - Gleichgew. - auch durch H2 wird CO2 nur bei hohen Temperaturen reduziert 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 - CO2 ist von größter Bedeutung für die belebte Natur: + Menschen und Tiere atmen es als Stoffwechselprodukt aus + Pflanzen nehmen es beim Assimilationsprozeß auf und wandeln es mit Hilfe von Lichtenergie in Kohlenhydrate um 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - CO2 Bild CO2-Gehalt 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - C3O2 und C12O9 - C12O9 ist eine „weiße“, sublimierbare, bei RT metastabile Substanz 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäure und Carbonate - CO2 ist das Anhydrid der Kohlensäure H2CO3 - eine wäßrige Lösung von CO2 reagiert schwach sauer (pH 4-5): - die Zusammenfass. der Gln 1 und 2 liefert den pKS bezogen auf CO2: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäure und Carbonate - H2CO3 läßt sich aus wäßriger Lösung nicht isolieren - als zweibasige Säure bildet die Kohlensäure + Hydrogencarbonate (Bicarbonate) HCO3+ Carbonate CO32+ weit verbreitet in vielen Modifikationen sind CaCO3 und Dolomit CaMg(CO3)2 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäure und Carbonate CaCO3 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäure und Carbonate - H2CO3 läßt sich aus wäßriger Lösung nicht isolieren - als zweibasige Säure bildet die Kohlensäure + Hydrogencarbonate (Bicarbonate) HCO3+ Carbonate CO32mesomeriestabilisiertes Carbonation 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäure und Carbonate - H2CO3 läßt sich aus wäßriger Lösung nicht isolieren - als zweibasige Säure bildet die Kohlensäure + Hydrogencarbonate (Bicarbonate) HCO3+ Carbonate CO32+ schwerlösliches CaCO3 wird durch CO2-haltige Wässer in lösliches Calciumhydrogencarbonat überf. 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohleffs - Kohlensäure und Carbonate + schwerlösliches CaCO3 wird durch CO2-haltige Wässer in lösliches Calciumhydrogencarbonat überführt der natürliche Kalkkreislauf 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäure und Carbonate - auf diese Weise entsteht die Carbonathärte (temporäre Härte) des Wassers - Beim Erhitzen verschiebt sich das GG nach links und CaCO3 fällt aus Kesselsteinbildung, bild Tropfsteinhöhlen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäure und Carbonate - auf diese Weise entsteht die Carbonathärte (temporäre Härte) des Wassers - Beim Erhitzen verschiebt sich das GG nach links und CaCO3 fällt aus Kesselsteinbildung, Tropfsteinhöhlen - Zur Wasserenthärtung verw. man Polyphosph. oder Ionenaustauscher 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäurederivate - Harnstoff CO(NH2)2 gilt als erste synthetisierte organische Verbindung (Wöhler 1828) - technische Herstellung aus Ammoniak und Kohlendioxid: - als Zwischenprodukt bildet sich das Ammoniumsalz der Carbaminsäure: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäurederivate - Phosgen COCl2 ist das Dichlorid der Kohlensäure - reaktionsfähiges, giftiges Gas (Grünkreuz!) - technische Herstellung aus CO und Cl2 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Stickstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäurederivate Hydrogencyanid HCN (Blausäure) - farblose, äußerst giftige, nach bitteren Mandeln riechende Flüssigkeit (Kp. 26 °C) - schwache Säure - 2 Tautomere - technische Darstellung aus Methan und Ammoniak 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Stickstoffverbindungen des Kohlenstoffs - Kohlensäurederivate Hydrogencyanid HCN (Blausäure) - Salze sind die Cyanide mit dem Cyanidion CN- CN- isoelektronisch mit CO und N2 - Cyanide entwickeln mit Säuren HCN, Luft-CO2 ist ausreichend 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Halogen- und Schwefelverbindungen des Kohlenstoffs - CF4: farbloses, sehr stabiles Gas; Endprodukt bei Graphitfluorierung - CCl4: farblose unbrennbare Flüssigk. (Kp. 76 °C); chemisch träge, Verwendung als Lösungsmittel und Feuerlöschmittel - Kohlenstoffdisulfid CS2 entsteht aus Schwefeldampf und Kohlenstoff - farblose, sehr giftige, leicht entzündliche Flüssigkeit (Kp. 46 °C) - gutes LM für Fette, Öle, S, P und I 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Wasserstoffverbindungen des Siliciums - Silicium bildet kettenförmige Silane der allgemeinen Zusammensetzung SinH2n+2 (entspricht den Alkanen) - anders als Alkane sind Silane endotherme Verbindungen - beim Erhitzen zerfallen sie in die Elemente; - an der Luft sind sie selbstentzündlich und verbrennen zu SiO2 und H2O 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - SiO2 ist im Gegensaztz zu CO2 ein polymerer, harter Festkörper - Si-Atome sind sp3-hybridisiert und tetraedrisch mit vier Sauerstoffatomen verbunden 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - SiO2 existiert in verschiedenen Modifikationen; Unterschied: dreidimensionale Anordnung der SiO4-Tetraeder - rasches Abkühlen einer SiO2-Schmelze führt zu metastabilem „Quarzglas“, das bei höhereren Temp. (tempern) kristallisiert - gute Temperaturwechselbeständigkeit hitzebeständige Apparate - UV-Licht Durchlässigkeit Quarzlampen - faserförmiges SiO2 aus Oxidation von SiO: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate - Orthokieselsäure H4SiO4 einfachste Sauerstoffsäure des Siliciums - nur in großer Verdünnung im GG beständig (< 0,002 mol/l) - bei höherer Konz. spontane Kondensation zu Polykieselsäuren: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate - Orthokieselsäure H4SiO4 einfachste Sauerstoffsäure des Siliciums - nur in großer Verdünnung im GG beständig (< 0,002 mol/l) - bei höherer Konz. spontane Kondensation zu Polykieselsäuren - Kondensationsendprodukt ist SiO2 - eine hochkondensierte Polykieselsäure ist das Kieselgel; - in entwässerter Form Silicagel (große Oberfläche, Adsorptionsmittel) 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate - Silicate (Salze der Kieselsäuren) sind als Hauptbestandteil der Erdkruste, sowie als technische Produkte von großer Bedeutung - in allen Silicaten besitzt Si die KZ 4 und bildet SiO4-Tetraeder - die SiO4-Tetraeder sind nur über gemeinsame Ecken verknüpft; nie über Kanten oder Flächen - die wichtigsten Silicattypen werden im Folgenden vorgestellt: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate Silicattypen Zirkon, ZrSiO4, Eifel Phenakit, Be2SiO4Pakistan 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate Silicattypen Bild Thortveitit, Sc2Si2O7 Bild Barysilit, Pb3Si2O7 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate Silicattypen Beryll, Al2Be3Si6O18 Brasilien Bild Aquamarin 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate Silicattypen Hornblende, etwa Si6Al2O22 Odenwald 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate Silicattypen Talk, Mg3Si4O10(OH)2 dient als Füllstoff in - Anstrichmitteln - Lacken, sowie 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate Silicattypen Speckstein Zusatz in Pudern und Schminke 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate Silicattypen - Glimmer sind Alumosilicate, ebenso Muskovit, Norwegen - Kaolinit Al4Si4O10(OH)8 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate Silicattypen Gerüst- oder Tektosilicate - z.B. Felspate Al4Si4O10(OH)8 Orthoklas, KAlSi3O8 Spanien Albit, NaAlSi3O8 Norwegen 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverbindungen des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate Silicattypen Gerüst- oder Tektosilicate - z.B. Zeolithe 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Gläser Gläser - sind ohne Kristallisation erstarrte Schmelzen - Ordnung nur in kleinen Bezirken vorhanden (Nahordnung) - kein scharfer Schmelzpunkt, sondern Erweichungsbereich 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Gläser Gläser - sind ohne Kristallisation erstarrte Schmelzen - Ordnung nur in kleinen Bezirken vorhanden (Nahordnung) - kein scharfer Schmelzpunkt, sondern Erweichungsbereich - Glaszustand ist metastabil - glasartiges Erstarren neben SiO2 und Silicaten auch bei GeO2, P4O10, As2O5, und B2O3 - Gläser im engeren Sinne bestehen aus SiO2, Na2O, K2O, CaO 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Gläser Gläser - Gläser im engeren Sinne bestehen aus SiO2, Na2O, K2O, CaO - SiO4-Tetraeder sind Netzwerkbildner, basische Oxide Netzwerkwandler 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Gläser Gläser - Gläser im engeren Sinne bestehen aus SiO2, Na2O, K2O, CaO kristallines SiO2 glasiges SiO2 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Gläser Gläser - Gläser im engeren Sinne bestehen aus SiO2, Na2O, K2O, CaO kristallines SiO2 glasiges SiO2 Glas mit Netzwerkwandlern 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Gläser Gläser - Gläser im engeren Sinne bestehen aus SiO2, Na2O, K2O, CaO - gewöhnliches Fenster-, Flaschenglas besteht aus Na2O, CaO und SiO2 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Gläser Gläser - Gläser im engeren Sinne bestehen aus SiO2, Na2O, K2O, CaO - gewöhnliches Fenster-, Flaschenglas besteht aus Na2O, CaO und SiO2 - Zusatz von K2O liefert schwer schmelzbare Gläser - Zusatz von PbO erhöht das Brechungsvermögen (Bleikristallglas) 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Gläser - Färbungen werden durch Zusätze von + Fe(II)oxid färbt grün + Fe(III)oxid braun + Co(II)oxid blau + kolloide Metalle ergeben Rubinglas + festes SnO2 oder Ca3(PO4)2 trübt - Emaille ist getrübtes Schutzglas Metalloxiden erzielt: 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Keramik - keramische Erzeugnisse entstehen durch Brennen von Tonen - Tone bestehen aus Schichtsilicaten (z.B. Kaolinit, Montmorillonit) 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate, Keramik - keramische Erzeugnisse entstehen durch Brennen von Tonen - Tone bestehen aus Schichtsilicaten (z.B. Kaolinit, Montmorillonit) - Porzellan (50% Kaolin, 25% Quarz, 25% Feldspat) wird bei 14001500 °C gebrannt 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate - keramische Erzeugnisse - wäßrige Lösungen von Alkalimetallsilicaten sind als Wasserglas im Handel - Verwendung als + mineralischer Leim + Leimen und Imprägnieren von Papier + Konservierung + Flammschutzmittel für Holz und Gewebe 4 Nichtmetalle 4.7 Elemente der 4. Hauptgruppe Sauerstoffverb. des Siliciums - Kieselsäuren, Silicate - die Lösungen reagieren alkalisch: - angesäuerte Lösungen kondensieren zu gallertigem SiO2 · H2O - Einbringen von Metallsalzkristallen in Wasserglaslösungen führt zu „chemischen Gärten“:
