Nichtmetalle

Übersicht über die 14. Gruppe
Z 
FP
KP
C
6 2,5 3370*
Nichtmetall
Si 14 1,8 1414 2477 Halbleiter
Ge 32 1,8 937 2830 Halbleiter
Sn 50 1,8 232 2687 Metall
Pb 82 1,9 327 1751 Metall
*Sublimation
Übersicht über die 14. Gruppe
C
Si
Ge
Sn
Metallcharakter
nimmt zu
Affinität zu elektropositiven Elementen
nimmt ab
Affinität zu elektronegativen Elementen
nimmt zu
Saurer Charakter der Hydroxide
nimmt ab
Salzcharakter der Halogenide
nimmt zu
Beständigkeit der H-Verbindungen
nimmt ab
Stabilität der max. Ox-Stufe
nimmt ab
Höchste Wertigkeit gegen O, F ohne Vorzeichen
4
Höchste Wertigkeit gegen H, I ohne Vorzeichen
4
Pb
Einteilung der Minerale
•
•
•
•
•
•
I Elemente
II Sulfide
III Halide
IV Oxide, Hydroxide
V Borate
VI Nitrate, Carbonate
• VII Sulfate, Chromate
Molybdate,
Wolframate
• VIII Phosphate,
Arsenate, Vanadate
• IX Silikate
Calcit: CaCO3
www.calcit.de/
Calcit: CaCO3
Quelle: Wikipedia
stalaktitischer Calcit aus Mexiko
Malachit: Cu2(CO3)(OH)2
www.edelstei.ch/galerie/photo-galerien/edelsteine/galerie-steine/Bilder/malachit-1_jpg.jpg
p / GPa
Zustandsdiagramm von Kohlenstoff
T2 Tripelpunkt von
Graphit/Diamant/Schmelze
T2
Diamantbildung:
Thermodynamik:
p hoch !
–3
ρ (Diamant) = 3,5 g·cm
T1 Tripelpunkt von T1
Graphit/Dampf/Schmelze
» ρ 1.5 (Graphit)
Kinetik:
T hoch !
T / 1000 K Erdmantel 150 – 200 km Tiefe
Formen des Kohlenstoffs
Diamant
Fulleren
Graphit
Nano- Röhren
Graphit
A
B
A
B
A
hexagonal
335 pm
d(C-C) = 142 pm
Einfachbindung: 154 pm
Doppelbindung: 134 pm
Vom Benzol zum Graphit
C6H6: 92,26%C, 7,74%H
C26H16: 95,09% C, 4,91% H
Graphit: 100% C
C96H26: 97,78% C, 2,22% H
Struktur des kubischen Diamanten
A
C
B
A
Vorkommen der Diamanten
Alte Vulkanschlote als primäre
Lagerstätten des Diamanten
Fullerene
C540
C60 (Buckminsterfulleren)
C70
Leonardo da Vinci (1452-1519)
“Biosphere of Man” Pavillion der USA auf der Expo ‘67
entworfen von Richard Buckminster Fuller
Fulleren C60
800 pm
Kohlendioxid CO2
Kreislauf des CO2
Anstieg des CO2-Gehalts
der Erdatmosphäre
 CO2- Kerzentreppe
CO2
Zustandsdiagramm des CO2
krit. Punkt
74
p / bar
flüssig
fest
5
Tripelpunkt
gasförmig
1
–78
–57
T / °C
31
 Versuche mit Trockeneis
1. Sublimation von
TE in Wasser
2. Reaktion mit verschiedenen Indikatoren
Lackmus
Phenolrot
Thymolblau
blau → rot
rot → gelb
blau → gelb
Phenolphthalein
violett →farblos
Boudouard-Gleichgewicht
(1) C
+ 1/2 O2
(2) CO + 1/2 O2
(3)
C
2(1)
–(3)
+
O2
2 C + O2
CO2
C + CO2
CO
ΔHR = ΔHB = -111 kJ/mol
exotherm
CO2
ΔHR =
-283 kJ/mol
exotherm
ΔHR = ΔHB = -394 kJ/mol
stark
exotherm
CO2
2 CO
ΔHR = -222 kJ/mol
C + O2
∆HR = +394 kJ/mol
2 CO
ΔHR = +172 kJ/mol
Boudouard-Gleichgewicht
endotherm
Temperatur- Abhängigkeit des
Boudouard- Gleichgewichts
60
40
CO metastabil
100
Vol.-%
CO 80
CO2
CO
20
0
200
400
600
800 1000
T / °C
Gewinnung von Metallen durch
Reduktion mit Kohlenstoff
~ 30m, V ~ 500-1100m3
Beschickung
Gichtgas
Gicht
250°C
Schacht
400-1200°C
Vorwärmzone
Indirekte Reduktion:
2Fe2O3 +2CO → 4FeO + 2CO2
Reduktionszone
CO2 + C ⇌ 2CO ΔH° = +173 kJ/mol
FeO + CO → Fe + CO2
ΔH° = - 17 kJ/mol
Direkte Reduktion:
2FeO + C → 2Fe + CO2
Wind
Eisen
Kohlensack
Rast
1600°C
Gestell
Kohlungszone
Schmelzzone
Wind
Schlacke
ΔH° = +138 kJ/mol
2C +O2 → 2CO
ΔH0 = -221 kJ/mol
Hochofenanlage im Ruhrgebiet
Quelle: Wikipedia
Hüttenwerk in Duisburg-Meiderich
Carbide
Salzartig, CaC2
Darstellung von H2C2
Metallartig,
Interstitiell, WC
WC/CoHartmetall
Kovalent, SiC
Schleifmittel
Cermets
Kristallstruktur des Zementit: Fe3C
Übersicht über die 14. Gruppe
Z 
FP
KP
C
6 2,5 3370*
Nichtmetall
Si 14 1,8 1414 2477 Halbleiter
Ge 32 1,8 937 2830 Halbleiter
Sn 50 1,8 232 2687 Metall
Pb 82 1,9 327 1751 Metall
*Sublimation
Einteilung der Gesteine
• Magmatische Gesteine
– Plutonite z.B. Granit
– Vulkanite z.B. Basalt
• Metamorphe Gesteine
– Kontaktmetamorphe Gesteine z.B. Gneis
– Regionalmetamorphe Gesteine z.B. Schiefer
• Sedimentgesteine
– Rückstandsgesteine z.B. Bauxit
– Trümmergesteine z.B. Sandstein
– Chemische oder biogene Gesteine z.B. Kalkstein
Zustandsdiagramm des Si
Kristallzucht von Si
Einkristallen
Silicium
Siliziumdarstellung
1. Herstellung von Rohsilicium durch Reduktion von SiO2 (Quarzsand) mit Koks gewonnen:
SiO2 + 2 C  Si + 2 CO
2. Herstellung von Trichlorsilan und destillative Aufreinigung:
2000°C


Si + 3 HCl 300°C
HSiCl3 + H2
HSiCl3
Wirbelschichtreaktor
~35°C
Si
Destillationskolonne
300°C
HCl
HSiCl3
H2
1100°C
Dünnstab aus Silicium
3.Reduktion von hochreinem HSiCl3 zu Reinstsilicium mit H2:
HSiCl3 + H2
300°C
Si + 3 HCl
Wasserstoff
Trichlorsilan
Quarzglocke
+
-
Czochalski- Verfahren zur Einkristallzucht
Reinstsilizium
Zonenschmelzen
Schneiden
Siliziumscheiben
SiO2
Bergkristall
www.spiritvisions.com/ gfx/images/amethyst.jpg
Amethyst
Opal
http://payopal.eu/jet_black_opal_1.60_a_ct_kopie.jpg
(Halb-) Edelsteine auf SiO2-Basis
Quarz
Rauchquarz
Rosenquarz
Citrin
Amethyst
Tigerauge
Opal
 Ausdehnungskoeffizient
von Quarzgegenständen
Rasotherm - Glas
Quarz- Glas
Der Ausdehnungskoeffizient von Quarzglas beträgt nur ~ 1/18 desjenigen von gewöhnlichem Glas
Anhydrid der Kieselsäure
SiO2
+
H2O
HO
OH
HO
Si
OH
H4SiO4
Intramolekulare Kondensation
Orthokieselsäure
OH
HO
Si
+
HO
OH
HO
Si
O
Si
+
OH
HO
OH
Si
Si
n
-H 2O
Si
HO
OH
-H 2O
O
OH
OH
H 6Si 2O 7
OH
Si
O
O
OH
Si
Si
O
Dikieselsäure
OH
Si OH
OH
OH
OH
H 8Si 3O 10
H2SiO3
Trikieselsäure
Si
O
O
Metakieselsäure
-H2O
OH
OH
O
Si
OH
O Si OH
OH
OH
HO
HO
OH
OH
O
OH
OH
H 4SiO 4
OH
Si
OH
OH
OH
OH
H 6Si 2O 7
HO
Si
OH
OH
Si
HO
OH
OH
H 4SiO 4
OH
H 4SiO 4
-H2O
Metakieselsäure
OH
OH
O
O
Si
O
O
OH
OH
OH
einbindige
Endeinheit
zweibindige
Mitteleinheit
dreibindige
Mitteleinheit
O
Si
O
O
vierbindige Doppelverzweigungseinheit
Systematik der Silicate
H4SiO4
SiO2·2H2O
[SiO44-]
Inselsilicate
H2nSinO3n
SiO2 ·H2O
[SinO3n2n- ]
Ringsilicate
H2SiO3
SiO2 ·H2O
[SiO32-]
Kettensilicate
H6Si4O11
4SiO2 ·3H2O
[Si4O116-]
Bandsilicate
H2Si2O5
2SiO2 ·H2O
[Si2O52-]
Schichtsilicate
SiO2
SiO2
SiO2
Siliciumdioxid
[AlySi1-yO2y-]
Gerüstsilicat
Inselsilikate: Olivine (Fe,Mg)2[SiO4]
MgO6 -Oktaeder
SiO4 - Tetraeder
Forsterit Mg2[SiO4]
Copyright: Rob Lavinsky
Inselsilikate: Zirkon Zr[SiO4]
ZrO8 - Polyeder
SiO4 - Tetraeder
Zirkon Zr[SiO4]
Inselsilikate: Granate X3Y2[SiO4]3
www.
minerals.gps.caltech.edu/. ../garnets/index.htm
Alamandin:
Fe3Al2[SiO4]3
www.
minerals.gps.caltech.edu/. ../garnets/index.htm
Grossular:
Ca3Al2[SiO4]3
Spessartin:
Mn3Al2[SiO4]3
www.heilsteine.info/
granat-spessartin-t1034.html
Gruppen-, Ringsilikate
www.mineralienatlas.de
Beryll Al2Be3[Si6O18]
Schichtsilikate: Talk
SiO4 - Tetraeder
AlO6 - Oktaeder
Quelle: Wikipedia
Mg3[Si4O10](OH)2
Kristallstruktur des Quarz SiO2
d(Si-O) =159.8 pm
Kristallstruktur des β-Tridymit
A
B
b
A
a
Si+4
c
O-2
Alumosilicate
Faujasit:
Na2Ca[Al4Si10O28] 20H2O
Alumosilicate
Quelle: Wikipedia
Sodalith: Na8[Al6Si6O24]Cl2
Übersicht 15. Gruppe
Z 
FP
KP
N
7 2,5 -210 -196 Nichtmetall
P 15 2,1
41 281 Nichtmetall
As 33
2 616*
Metall
Sb 51 1,9 631 1635 Metall
Bi 83 1,9 271 1580 Metall
*Sublimation
Übersicht über die 15. Gruppe
N
P
As
Sb
Metallcharakter
nimmt zu
Affinität zu elektropositiven Elementen
nimmt ab
Affinität zu elektronegativen Elementen
nimmt zu
Saurer Charakter der Hydroxide
nimmt ab
Salzcharakter der Halogenide
nimmt zu
Beständigkeit der H-Verbindungen
nimmt ab
Stabilität der max. Ox-Stufe
nimmt ab
Höchste Wertigkeit gegen O, F ohne Vorzeichen
5
Höchste Wertigkeit gegen H, I ohne Vorzeichen
3
Bi
Der Stickstoff- Kreislauf (stark vereinfacht)
N2 in der Luft
Assimilation
Nahrungskette
NH 3-Synthese
pflanzliches
Kunstdünger
Eiweiß
–
N2  NH3 NO3  –NH2
tierisches
Eiweiß
NO 2
Humus
Naturdünger
Nitrifikation
Knöllchenbakterien
N2  NH3
Nitrosomonas
Nitrobakter
NH4+  NO2– NO2–  NO3–
NH4-Salze
Nitrate
Ammonifikation
–NH2 NH 3
Denitrifikation
NO3–  N2
Blaualgen
N2  NH3
Ammoniak-Synthese nach dem
HABER-BOSCH- Verfahren
3H2 + N2 ⇄ 2NH3
Fritz Haber
(1868-1934)
Nobelpreis 1918
ΔHB = - 46kJ/mol
Carl
Nobelpreis 1931 (1874
Bosch
– 1940)
Ausbeute NH3/%
→
10
0
80
1000 bar
Nobelpreis- Urkunde
60
40
300 bar
100 bar
20
30 bar
1 bar
0
200
300
400
500
600
700
Temperatur/°C →
Technische Reaktionsführung:
 Temperatur:
400-500°C
 Druck:
ca. 300 bar
 Katalysator:
Fe3O4, Al2O3
 Ausbeute:
ca. 17%
 Reaktionsführung im Kreislauf
Ammoniaksynthese
Katalysator: Fe3O4, Al2O3, CaO, K2O
Aufbau einer Anlage bei der BASF, 1950
Wärmetausch
Synthesegas
3 H2 + N2
Entgasungslöcher
Methan
Weicheisenauskleidung
Dampf
N2, H2,CO2
Vorwärmer
Wasser
Komp.
H2O
N2, H2,NH3
Luft
H2O
H2O
N2
H2
Katalysator
450-500°C
200-300 bar
Kompressor
N2, H2
H2O
CO2
Kompressor
Kühler
Amide und Nitride
2Na
3Mg
+
+
2NH 3 → 2NaNH 2
N2
→
Mg 3 N 2
+ H2
Salzartige Nitride
Li 3 N
Si 3 N 4 , BN kovalente Nitride
Fe 4 N
metallische Nitride
 Instabilität der Azide
Anwendung:
Airbag im PKW
NaN3 +
Schwarzpulver
2 NaN3
300°C
2 Na + 3 N2 
2 AgN3 → 2 Ag + 3 N2 
Anwendung:
Initialsprengstoff
Stickstoffoxide
Name Ox-Stufe Farbe
N2O
+1
farblos
NO
+2
farblos
N2O3
+3
blaugrün
NO2
+4
braun
N2O5
+5
braun
NO3
+5
-
Dimer Farbe
N2O2
farblos
N2O4
farblos
N2O6
-
OSTWALD-Verfahren
NH3 O2
NO
4 NH3 + 5 O2  4 NO + 6 H2O
2 NO + O2
2 NO2
600°C
30°C
∆HR = -900 kJ/mol
Verweilzeit ca. 1 ms, 800-950°C,
Pt/Rh Kat.
2 NO2
N 2 O4
bei 20°C ca. 80 % Dimer
OSTWALD-Verfahren
AbsorptionsN2O4 + H2O
HNO3
+ HNO2
Salpetersäure
3 HNO2
kolonne
salpetrige Säure
(instabil)
Wasser
HNO3 + 2 NO + H2O
2 NO + O2
N2O4
Gesamtreaktion:
N2O4 + H2O + ½ O2
2 HNO3
N2O4
 Das OSTWALD-Verfahren liefert eine 68%-ige „konzentrierte“ Salpetersäure
(azeotropes Gemisch), die zur Düngemittelherstellung verwendbar ist.
 98%-ige Salpetersäure durch Einpressen (50 bar) von NOx/O2 in wässrige
HNO3.
 Wasserfreie, „rote, rauchende“ HNO3 kann durch Vakuumdestillation in
Anwesenheit wasserentziehender Mittel (H2SO4, P2O5) erhalten werden.
Ostwaldverfahren zur Darstellung von Salpetersäure
NOx
Pt/Rh-Netz
NH3 / Luft
Modifikationen des Phosphors
Pweiß
180-400°C
Prot
550°C
Pviolett
200°C, 12 kbar
380°C, Hg
550°C
Pschwarz
83 kbar
Prhomboedrisch isotyp mit Asgrau
111 kbar
Pkubisch
620°C
P4, Dampf
Weißer Phosphor
Kristallstruktur von P (weiß)
b
a
c
Quelle: Wikipedia
Wachsweich
Flammpunkt 60°C
Chemolumineszenz
triklines Kristallsystem
P4-Tetraeder
Schwarzer Phosphor
b
c
a
grauschwarz
metallisch glänzend
leitet Strom und Wärme
Violetter Phosphor
P2
P8
P2
P9
P2
P8
P2
P9
P2
P8
Rot-violett
nicht selbstentzündlich
c
a
b
P2
Darstellung von Phosphor
Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C → 3 CaSiO3 + 5 CO(g) + P2(g)
1400°C, Lichtbogenofen
www.mineralienatlas.de
Apatit: Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)
Phosphor(V)-Oxid: P4O10
P
O
P 4 O 10 + 6H 2 O → 4H 3 PO 4
Orthophosporsäure
P 4 + 5O 2 → P 4 O 10
Düngemittel
Der Effekt von Dünger auf das Pflanzenwachstum
Düngemittel
Minimumregel nach Liebig
Übersicht über die 16. Gruppe
Z
O
8
S 16
Se 34
Te 52
Po 84
FP
KP

3,5 -219 -183 Nichtmetall
2,6 120 445 Nichtmetall
2,6 217 685 Nichtmetall
2,1 450 1390 Metall
2 254 962 Metall
Übersicht über die 16. Gruppe
O
S
Se
Te
Metallcharakter
nimmt zu
Affinität zu elektropositiven Elementen
nimmt ab
Affinität zu elektronegativen Elementen
nimmt zu
Saurer Charakter der Hydroxide
nimmt ab
Salzcharakter der Halogenide
nimmt zu
Beständigkeit der H-Verbindungen
nimmt ab
Stabilität der max. Ox-Stufe
nimmt ab
Höchste Wertigkeit gegen O, F ohne Vorzeichen
6
Höchste Wertigkeit gegen H, I ohne Vorzeichen
2
Po
Vergleich der Wasserstoff-Verbindungen H2E
O, x = 2
S, x = 8
Se, x = 1 Te, x = 1
Standardbildungsenthalpie
Reaktionswärme nimmt ab
H2 +1/x Ex =H2E, Ho/kJ mol-1
-286
Normalpotential: o(0/-II)/V
Reduzierende Wirkung von H2E nimmt zu
H2E = 1/x Ex + 2H+ + 2e-
-1,23
Säurestärke: pKS
Säurestärke von H2E nimmt zu
H2E +H2O = H3O+ + EH-
15,74
-21
-0,14
6,99
+30
+0,40
3,73
+100
+0,74
2,64
Chemische Eigenschaften
 ungiftig, geruch- und geschmacklos
 gelber, reaktionsträger Stoff
 S + O2 → SO2 ΔH0 = -297 kJ/mol
 plastischer Schwefel: Abschrecken der
Schmelze (~400°C)
 bildet Ketten und Ringe → S8
S S S
S
S
S S S
 Modifikationen des Schwefels
© Thomas Seilnacht
Abschrecken
plastischer
Schwefel
Zustandsformen des Schwefels
95,6°C
α-S
gelb
rhombischer S
β-S
119,6°C
Smp.
gelb
monokliner S
kristalliner Schwefel
λ-S
>120°C
π-S
444,6°C
Sn
μ-S
Sdp.
niedermolekulare
Ringe
n = 6...26
(außer S8)
dunkelbraun dunkelrotzähflüssig
braun
Sx- Ketten
n = 1...8
(x = 103-106)
flüssiger Schwefel
temperaturabhängige
Gleichgewichte
zwischen λ-, π-, μ-S
gasförmiger Schwefel
temperaturabhängige
Gleichgewichte,
oberhalb 2200°C überwiegen S-Atome
gelb
leichtflüssig
S8- Ringe
Gewinnung von Schwefel
Plattformsystem mit 600 000 t/a
Kapazität
Prinzip des FrashVerfahrens
Gewinnung von Schwefel
Hochdruck-Heißdampf, ~200°C
1. Frash-Verfahren
Schwefel
Erdoberfläche
Gesteinsdeckschicht
S-haltiges
Gestein
2. aus S-haltigen Abprodukten
 Entschwefelung von Erdöl und –gas/ Claus-Verfahren
Co, Mo
schwefelhaltiges
+ H2
H2S + schwefelfreies
Erdöl, -gas
Erdöl, -gas
→ 2SO2 + 2H2O
2H2S + 3O2
SO2 + 2H2S
→ 3S + 2H2O
 Abrösten sulfidischer Erze
CuFeS2 + 3/2O2 → CuS + FeO + SO2
 elementar (Sizilien, Mexiko)
 Sulfate:
CaSO4·2H2O (Gips)
CaSO4 (Anhydrit)
MgSO4·7H2O (Bittersalz)
Na2SO4 ·10H2O (Glaubersalz)
 Sulfide:
Kiese: FeS2 Pyrit (Katzengold)
Glanze: PbS (Bleiglanz)
Blenden: ZnS
 organische Materie: Erdöl und -gas
Kohle
Lebewesen
Schwefel
Vorkommen
Galenit: PbS
www.mineralienatlas.de
Pyrit: FeS2
www.fossilien.de/
Wichtige Schwefel-Verbindungen I
Schwefelwasserstoff H2S
 farbloses, stark giftiges, übelriechendes Gas
 brennbar
 H2 + S → H2S
 FeS + 2HCl → H2S + FeCl2
 Fäulnisprozesse (anaerober Abbau
organischer S-Verbindungen)
Schwefeldioxid SO2
 farbloses, giftiges, stechend riechendes Gas
 nicht brennbar
 gut in Wasser löslich
 Umweltgift → Rauchgasentschwefelung (↗)
Wipfelschaden
Lametta-Syndrom
Auslichtung
Tod
Schwefel- Verbindungen: FeS
S - Pulver
ve
Fe - Pulver
hen
c
s
i
rm
chem. Reaktion
heterogenes
Stoffgemisch
chemische
Verbindung
+ HCl
H2S + Pb2+ → PbS + 2 H+
FeS + 2HCl → H2S + FeCl2
Wichtige Schwefel-Verbindungen II
Schwefeltrioxid SO3
2 SO2 + O2 ⇌ 2 SO3
∆HR= -198 kJ/mol
~ 140 pm
143 pm
163 pm
Kristalle von asbestartigem
Schwefeltrioxid
Mit Spuren von Wasser bilden sich hingegen asbestartig
Nadeln:
- polymere (SO3)n–Kette:
- unverzweigt b-SO3, verzweigt a-SO3
- bzw. genauer Polyschwefelsäuren
H(OSO2)nOH = H2SnO3n+1 mit n  105
Wichtige Schwefel-Verbindungen III
Schwefelsäure H2SO4 (konz.)
 farblose, wasserklare, ölige Flüssigkeit
Produkt
Rohstoffbasis
M io. t,/a USA
H 2 SO 4
Schwefel, H 2 S
37
NH 3
Luft, Erdöl, Erdgas, W asser
17
N2
Luft
17
CaCO 3
Kalkstein
16
O2
Luft
16
NaOH
Kochsalz
10
Cl 2
Kochsalz
10
H 3 PO 4
Apatit
9
HNO 3
Luft, Erdöl, Erdgas, W asser
8
NH 4 NO 3
Luft, Erdöl, Erdgas, W asser
8
Na 2 CO 3
Kalk+Kochsalz, Trona
7
CO(NH 2 ) 2
Luft, Erdöl, Erdgas, W asser
7
CO 2
Luft, Erdöl, Kohle
4
Schwefelsäureherstellung:
SO3
+ H2SO4 → H2S2O7
H2S2O7 + H2O
→ 2H2SO4
Schwefelsäure-Produktion nach dem Kontaktverfahren
ΔHR = -297 kJ/mol
S + O2  SO2
SO3 + H2SO4  H2S2O7
H2S2O7 + H2O  2 H2SO4
Wärmetauscher
V2O5-Kat.
SO2 + O2
1. Horde
(60 % Umsatz)
620°C
450°C
2. Horde
510°C (90 % Umsatz)
450°C
3. Horde
475°C (95 % Umsatz)
430°C
4. Horde
450°C (98 % Umsatz)
SO3
SO2 + V2O5  SO3+ V2O4
V2O4 + ½ O2  V2O5
ΔHR = -99 kJ/mol
 Eigenschaften von H2SO4
 hohe Verdünnungswärme ΔHR= -95,4 kJ/mol
Reihenfolge beim Verdünnen:
1. Wasser
2. Säure
Erst das Wasser,
dann die Säure,
sonst geschieht
das Ungeheure!
Ausgangstemperatur
21,3 °C
 wirkt stark wasserentziehend (z. B. Zucker)
stark oxidierend
 Verwendung:
Düngemittel, Batteriesäure, Seifen, Waschmittel,
Faserherstellung, Gipsherstellung
Endtemperatur
125.3 °C
Übersicht 17. Gruppe
F
Cl
Br
I
At
Z 
FP
KP
9
4 -219 -188 gasförmig
17 3,2 -101 -34 gasförmig
35
3
-7
60 flüssig
53 2,7 114 185 fest
85
575 610 fest
Übersicht 17. Gruppe
Fluor
Chlor
Brom
Iod
Symbol
F
Cl
Br
I
Ordnungszahl
9
17
35
53
e--Konfiguration
[He]2s22p5
[Ne]3s23p5
[Ar]3d104s24p5 [Kr]4d105s25p5
Aussehen im
schwach
gelbes
Gas
schwach
grüngelbes
Gas
rotbraune schwarz-violette
Flüssigkeit metallisch
mit hohem glänzende
Dampfdruck Kristalle
Normzustand
Schmelzpunkt in °C
-219
-101
-7
113
Siedepunkt in °C
-188
-34
59
185 (subl.)
Dichte in g/l
1,69
3,21
3,14
4,94
Elektronegativität
4,0
3,0
2,8
2,5
Übersicht 17. Gruppe
F
Cl
Br
I
Metallcharakter
nimmt zu
Affinität zu elektropositiven Elementen
Affinität zu elektronegativen Elementen
nimmt ab
Beständigkeit der H-Verbindungen
nimmt ab
Stabilität der max. Ox-Stufe
nimmt ab
nimmt zu
Höchste Wertigkeit ohne F ohne Vorzeichen
7
Höchste Wertigkeit gegen H
1
At
Vorkommen der Halogene
Große Reaktionsfähigkeit
Fluor (fluor) (lat.: fließend)
CaF2
Na3AlF6
Ca5(PO4)3F
(Al2(OH,F)2)(SiO4)
Halogene kommen nicht elementar vor
Flussspat
Kryolith
Fluor-Apatit
Topas
Chlor (chloros) (griech.: gelbgrün)
Meerwasser 18.1 kg Cl-/m3
NaCl
Steinsalz
KCl
Sylvin
KMgCl3·6H2O Carnallit
Brom (bromos) (griech.: Gestank)
AgBr
Bromargyrit
Meerwasser 68 g Br -/m3
Totes Meer
4 - 5 kg Br -/m3
Iod (iodos) (griech.: veilchenfarbig)
Iodid im Meerwasser, Meeresalgen
Ca(IO3)2 Lautarit als Beimengung im Chilesalpeter
Chlorgewinnung durch Elektrolyse
H2
Chlor-Alkali-Elektrolyse
Membran
(nur für Kationen
durchlässig)
-
NaOH
e-
2 H2O + 2
H2 + 2 OH-
Cl2
Kohlenstoffanode
Stahlkathode
Nebenprodukt: chloridfreie Natronlauge
+
2 Na+

2 NaCl
2 Cl-  Cl2 + 2 e-
gesamt: 2 NaCl + 2 H2O  Cl2 + 2 NaOH
klassische HCl-Elektrolyse
SVK- Technik (Bayer)
NaCl
 Chlorknallgas
Cl2 + H2 ⇄ 2 HCl
Quelle:https://lp.uni-goettingen.de/get/text/1951
 Antimon- Sprühregen
Cl2 gefüllter Standzylinder, Antimon
hineingeben
 erkennbar heftige, exotherme
Reaktion
Sb + 3/2 Cl2  SbCl3
allgemein:
M + n/2 X2  MXn
M = Metall, X = Halogen
 Bleichwirkung von Chlor
 wird gebleicht durch oxidative Zerstörung des Farbstoffs
Wichtige Halogen-Verbindungen I
Halogen: „Salzbildner“
s2p5 + e- → s2p6
Na• +
Cl → Na+ + Cl ⎯
Halogenide mit Edelgaskonfiguration
mit Wasserstoff: Chlorwasserstoff HCl
 farbloses, stechend riechendes Gas
 sehr gute Löslichkeit in Wasser → Salzsäure
 Metall + HCl → Salze (Chloride), z. B. NaCl, KCl, MgCl2
 Nachweis von Chlorid
 analytischer Cl --Nachweis
Cl- + Ag+ → AgCl↓
weißer käsiger
Niederschlag
Bromwasserstoff HBr
 sehr gute Wasserlöslichkeit, Salze: Bromide
 AgBr: lichtempfindliche Substanz in S/W-Filmen
AgBr Licht
Ag + Br
Wichtige Halogen-Verbindungen II
mit Sauerstoff: Chloroxide, Chlorsäuren und deren Salze
ClO2
 gelbgrünes, explosives Gas
ClO2 → ½Cl2 + O2
ΔH° = -103 kJ/mol
Perchlorsäure HClO4
 stärkste bekannte Säure
 konz. HClO4 starkes Oxidationsmittel, reagiert heftig mit allen
organischen Substanzen (!)
Chlorate MeClO3
 starke Oxidationsmittel
 in Zündhölzern, Sprengstoffen, Leuchtsätzen, Pflanzenvernichtungsmitteln
typische Reaktion: Disproportionierung
±0
-1
Cl2 + H2O
Cl- + ClO- + 2 H+
+1
3 Cl O
-
+5
+1
-
-1
Cl O 3 + 2 Cl -
 Versuche mit Kaliumchlorat
⅜ S8 + 2 KClO3  3 SO2 + 2 KCl
 Chlorat- Knall
P4 + 5O2 → P4 O10
KClO3 → KCl + 3/2 O2
Sauerstoffsäuren des Chlors
Summenformel
Valenzstrichformel
Name
HClO
H
O
Hypochlorige
Säure
Ox.zahl (Cl)
Anionen
Salze
Cl
+1
-
Cl
O
Hypochlorit
HClO2
H
HClO3
Cl
O
H
O
Cl
O
HClO4
O
Chlorsäure
+3
+5
Cl
Chlorit
O
-
Cl
O
H
Cl
O
O
Chlorige
Säure
-O
O
O
O
Perchlorsäure
+7
O
O
Chlorat
O
-O
Cl
O
O
Perchlorat