Die meisten Elemente die schwerer sind als Wasserstoff bis hin zum

GOLD
AURUM Au
Symbol: Au (aurum)
Ordnungszahl: 79
Massenanteil an der Erdhülle:
0,004 ppm (4 g/1.000 t Gestein)
3
Dichte: 19,3 g/cm
Mohshärte: 2,5 bis 3
Schmelzpunkt: 1.064,18 °C
Ursprung des irdischen Goldes
Die meisten Elemente die schwerer sind als Wasserstoff bis hin zum Eisen
(siehe Periodensystem) entstehen unter Energieabgabe durch Kernfusion
im Inneren von Sternen.
Das auf der Erde vorkommende Gold ist – wie alle Elemente, die
schwerer sind als Eisen – bei einem Supernova-Kernkollaps unseres
Sonnenvorgängers unter Energieaufnahme entstanden.
Solange die frühe Erde noch keine feste Kruste hatte, wanderte alles Gold
aufgrund seiner hohen Dichte in den Erdkern. Wir finden heute nur noch
Gold, welches nach der Krustenbildung auf die Erde gelangte oder durch
vulkanische Prozesse wieder an ihre Oberfläche kam.
Die Gier nach Gold
... wurde mit der Vormachtstellung der europäischen Seemächte Spanien,
Portugal, England und Italien zu einem maßgeblichen Grund für Kriege
und Eroberungszüge der Neuzeit. Besonders der Goldreichtum Mittel- und
Südamerikas lockte nach deren Entdeckung im Jahre 1492 europäische
und insbesondere spanische Eroberer an. Ganze Schiffsladungen des
Edelmetalles erreichten Spanien, das dadurch eine Zeit lang zu den
reichsten Länder Europas gehörte; die indigenen Kulturen hingegen wurden
durch die »Conquistadores« bzw. durch eingeschleppte Krankheiten zum
Großteil zerstört.
Gold von indogermanisch »ghel«: glänzend, gelb
Immer wieder lockten Goldfunde große Scharen von Abenteurern an. Im
19. Jahrhundert kam es auf verschiedenen Kontinenten zu »Goldrausch«
genannten Massenbewegungen von Glücksrittern in die Gebiete mit großen
Vorkommen. Beispiel hierfür ist der kalifornische Goldrausch im Jahre 1849.
Auch heute führt ein schwankender Goldpreis in manchen Regionen der
Welt ( z.B. Südafrika, Brasilien) zu bedeutenden sozialen Veränderungen.
Dr. Peter Unfried
Das derzeit geförderte Gold wird zu etwa
85% zu Schmuck verarbeitet, 12% verwendet
die Industrie (Elektronik, Medizin, Optik). Die
restlichen 3% gelangen als Währungsdeckung in
die Tresore von Zentralbanken.
GOLD
Goldpreis pro Feinunze (31,1 g)
nominal
Monatsdurchschnittswerte in US-Dollar
2.000
1.750
1.500
1.250
1.000
750
500
250
0
1970
1980
1990
2000
2010
15
Q.: London Bullion Market Association.
© 2016 Österreichisches Gesellschafts- und Wirtschaftsmuseum
GOLD
AURUM Au
Vitrine
A
B
GOLD
AURUM Au
Fach A
3
5
1
2
4
1. Größerer Ring (1983)
Während Laborarbeiten mit Quecksilber (Hg) getragen. Täglich wurde der Ring oberflächlich
amalgamiert und durch den „Abrieb“ immer dünner. Nach ½ Jahr erfolgte dann plötzlicher Bruch
des Ringes ... Kleinerer Ring (1983): Nie getragen !
2. Goldschmuck
Orientalischer Schmuck ist meist aus hochkarätigem Gold (Armband und Kugel,
24kt = „Feingold“; Persien) Europäischer Schmuck etwas dünkler (18-20 kt)
3. Mit „Echt-Gold“ vergoldete Gläser und Gegenstände
4. GOLD (Au) auf QUARZ
Laznica/Serbien
5. „Modeschmuck“
Fast immer Messing (Cu/Zn) mit unterschiedlichem Gehalt an Zink und Nickel (Ni).
Dadurch ergeben sich die farblichen Unterschiede …
GOLD
AURUM Au
Fach B
6
7
8
6. Amalgamverfahren
Goldgewinnung unter ausnützen der Legierungsbildung zu Amalgam zwischen Gold und
Quecksilber. Im Dschungel von Nord-Venezuela: Goldhaltige Sande und Schlämme werden
(im Flußschlamm sitzend) in einer Goldwaschschüssel stundenlang intensiv mit Quecksilber
vermischt. Das Gold löst sich dabei im Quecksilber. Durch kreisende Bewegung der Schüssel
wird der Schlamm immer wieder über der Schüsselrand geschlämmt und erneuert.
Goldamalgam hat eine silberne Farbe; je nachdem, wie viel Quecksilber im Überschuss vorliegt,
ist es flüssig bis pastös teigig. Das teigige Amalgam schwimmt am überschüssigen Quecksilber
am Schüsselboden. und die Amalgambrocken werden nach einigen Stunden vom Quecksilber
abgeschöpft. Auf einer Schaufel überm Lagerfeuer werden die nussgroßen Amalgambrocken so
lange erhitzt, bis es „nicht mehr nach Quecksilber riecht….“! Zurück bleibt kompaktes Rohgold.
Das Quecksilber dampft dabei in die Umgebungsluft ab und kondensiert alsbald in der Umwelt,
was zur Quecksilberverseuchung dieser Landstriche, der Flüsse und der dort lebenden Menschen
führt. Es wurde geschätzt, dass 20 bis 30 Prozent des weltweit geförderten Goldes durch nicht
industrielles Schürfen, also von Goldsuchern gewonnen wird.
7. Gold(III)-chlorid AuCl3
Ehering (ca. 3g Au) in Königswasser (HCl/HNO3) aufgelöst
8. Goldwaschen
Einfachstes Verfahren zur Goldgewinnung. Goldhaltiger Sand mit Wasser aufgeschlämmt. Da
Gold schwerer ist als der umgebende Sand, setzt sich das Gold schneller am Boden ab und kann
so abgetrennt werden.
MINERALIEN
Vitrine
A
B
C
MINERALIEN
Fach A
1
2
3
5
4
1. SILIZIUM
(Treibacher Chemische Werke) Si Künstlich hergestellt zum Zulegieren
2. PYRIT FeS2
Navajun/Spanien
3. KUPFER gediegen Cu
Ajo Pima Co./Arizona
4. MESOLITH Na2Ca2[Al6Si9O30].8H2O
5. GALENIT PbS
Joplin/Missouri, USA
6. ZINNOBER, »Lebererz« HgS
Izria/Jugoslawien
6
MINERALIEN
Fach B
8
9
10
7
7. ACHAT-Scheibe SiO2
Arizona/USA
8. SELENIT, »Marienglas« CaSO4.2H2O
Marambaia/Brasilien
9. ARAGONIT CaCO3
Erzberg/Stmk., Österreich
10. MALACHIT Cu2[(OH)2CO3]
Kongo/Afrika
11. AZURIT Cu3[(OH)2(CO3)2]
Katanga/Zaire, Afrika
11
MINERALIEN
Fach C
14
12
16
13
12. HÄMATIT Fe2O3
Cumberland/England
13. AMAZONIT mit RAUCHQUARZ K[AlSi3O8] + SiO2
Konso, Provinz Sidamo/Äthiopien
14. »SANDROSE« Sandkörner in Gips oder Baryt eingelagert
El Queed/Algerien
15. AMETHYST SiO2 + (Al, Fe, Ca, Mg, Li, Na)
Catalan Grande/Uruguay
16. RAUCHQUARZ mit CHLORIT SiO2 + (Fe, Mg, Al, Zn)6(Si, Al)4O10(OH)8
Kolmkar/Rauris in Salzburg, Österreich
15
GLAS
Vitrine
A
B
C
GLAS
Fach A
5
6
2
1
1. Grüner Stil: Fe (II), (Mn)
2. Gelb: Cr, Fe (III)
Rot: Cu, (Co, Fe, As)
Blau: Cu, Fe, As (Ni)
3. Gelbgrün : Cr, (Pb)
4. Grüner Boden: Fe (II), As, (Ni)
Rosa Hals: Fe, As, Se, (Fe, Ni)
5. Dunkelrot: Cu, Fe (Pb)
6. Rot: As, Se, Fe (III), (Zn, Cd, Co)
3
4
GLAS
Fach B
10
12
13
7
8
9
7. Blaugrün: Cu, (As, Pb)
8. Rosa: Se, (Fe, Ni)
9. Glasfärbung durch Aufdampfen von Metallen
Gelblich: Silber (Ag)
Rötlich: Gold (Au)
10. Braun: Mn, (Fe)
11. Dunkelblau: Co, (Fe)
12. Blau: Fe (II), As, (Zn)
13. »Bleiglas« farblos: Pb, K
11
GLAS
Fach C
19
15
17
14
20
16
14. Glaskolben
von innen mit Silber (Ag) verspiegelt
15. Dunkelrosa: Mn, (Pb)
16. „URAN-GLAS“,
grünliches Gelb: U (fluoresziert stark im UV-Licht)
17. Blau: Cu, (Ba, Ca)
18. GLASPERLEN
Violett: Nd
Grün: Pr
Rosa: Er
19. Dunkles Rot: Cu, As, (Pb)
20.Grün: Cu, (Pb)
21. Die Farben unserer Bier- und Weinflaschen
grün: Fe(II), braun: Fe(III)
18
21
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Symbol: C (Carboneum)
Ordnungszahl: 6
Massenanteil an der Erdhülle:
0,087 %
3
Dichte: 2,26 g/cm
Mohshärte: 0,5 bis 10
Sublimationspunkt: 3.642 °C
Kohlenstoff kommt in der Natur sowohl in gediegener (reiner) Form
(Diamant, Graphit) als auch chemisch gebunden (z. B. in Form von
Carbonaten, Kohlenstoffdioxid, Erdöl, Erdgas und Kohle) vor.
Es gibt aber noch weitere Formen elementaren Kohlenstoffs: Amorpher
Ruß, so wie wir ihn von unvollständigen Verbrennungen C-hältiger
Substanzen kennen, und das erst 1970 künstlich synthetisierte »Fulleren«.
Ein Fulleren-Molekül besteht aus exakt 60 C-Atomen, die, so wie die Ecken
bei einem Fußball, miteinander verbunden sind.
Diamant
Aufgrund seiner besonderen Elektronenkonfiguration besitzt
Kohlenstoff die Fähigkeit zur Bildung komplexer Moleküle und weist von
allen chemischen Elementen die größte Vielfalt an Verbindungen auf.
Kohlenstoffverbindungen bilden die molekulare Grundlage allen irdischen
Lebens.
Fulleren
Braunkohle
Die einfachsten und wichtigsten C-Verbindungen sind solche mit Sauerstoff
(z.B. Kohlendioxid), mit Wasserstoff (kettenförmige Alkane wie Methan,
ringförmige wie Benzol) und mit Wasserstoff + Sauerstoff (z.B. Alkohole,
Zucker, Ketone, Fette, Alkaloide)
H
H
C
C
C
C
C
H
H
H
H
Benzol
C
H
H
Methan
H
H
H
C
C
H
H
O
H
Ethanol
H
Dr. Peter Unfried
H
C
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 1
Bild 2
Bild 3
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 1
A
B
C
Vitrine
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 1
Fach A
1
2
1. Graphit-Sintermaterial
(für Hochtemperaturexperimente) Bei einer Temperatur von über 2500 °C wird Graphit
plastisch verformbar und sublimiert in einer sauerstofffreien Umgebung bei einer Temperatur
von 3750 °C. Hervorragender Werkstoff zur Herstellung von Kathoden und Tiegel für extreme
Temperaturen.
2. Anthrazit
Fundort: Rumänien
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 1
Fach B
4
3
3
3. Polyethylen („PE“)
H
n
H
C
C
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
Polyethen
Ethen
4. „Styropor“ (Polystyrol)
gewinnt man durch die Polymerisation von monomerem Styrol. Das Rohpolymerisat liegt als
Flüssigkeit vor, die aushärten kann und kommt als Granulat in den Handel.
Das Granulat (expandierbares Polystyrol) erhält während der Polymerisation zu festen Kügelchen
Gaseinschlüsse. Werden die Kügelchen dann unter Wasserdampf etwas über 100 °C erwärmt,
expandiert das Gas und der thermoplastische Kunststoff bläht sich auf. Die Ränder der Blasen
verschmelzen. Zurück bleibt ein Feststoffkörper, der je nach Form, in der der Prozess stattgefunden hat, als Platte oder bis hin zum geometrisch komplizierten Verpackungsteil, erscheint.
H
n
C
H
C
H
Styrol
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
H
Polystyrol
H
H
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 1
Fach C
6
5
5. Papier („Zellulose“)
Papier besteht hauptsächlich aus Cellulosefasern, die wenige Millimeter bis zu einigen
Zentimetern lang sind. Die Cellulose (häufig auch „Zellulose“) ist der Hauptbestandteil von
pflanzlichen Zellwänden (Massenanteil etwa 50 %) und damit die häufigste organisch
Verbindung und auch das häufigste Polysaccharid (Vielfachzucker).
HO
O
OH
HO
O
O
O
H
OH
6. Alkohol („Ethanol“)
H
H
H
C
C
H
H
H
O
O
OH
H
O
O
HO
O
OH
O
n
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 2
A
B
C
Vitrine
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 2
Fach A
3
1
2
1
1. Karbonisiertes Holz
2. Braunkohle („Lignit“)
Fundort: Krassowa
3. Torf karbonisiert
Fundort: Oberösterreich
3
2
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 2
Fach B
5
1
4
2
4. „Wachs“ (Paraffin)
bezeichnet ein Gemisch aus acyclischen Alkanen (gesättigten Kohlenwasserstoffen)
mit der allgemeinen Summenformel CnH2n+2.
5. Benzol („Benzen“)
wird in der Petrochemie für die Synthese vieler Verbindungen gebraucht, vorwiegend
Ethylbenzol (52 %), Cumol (20 %), Cyclohexan (13 %) und Nitrobenzol (9 %); (Quelle: Wikipedia).
Diese Verbindungen sind wiederum Ausgangsstoffe zur Synthese von Verbindungen, wie Styrol,
Phenol, Aceton, Cyclohexanol, Cyclohexanon und Anilin. Auf ihnen basieren Kunststoffe, wie
Polystyrol, Styrol-Butadien-Kautschuk, Polyamide (Nylon) und Epoxidharze. Viele weitere
Produkte basieren auf Benzol bzw. auf den Folgeprodukten
H
H
H
C
C
C
C
C
C
H
H
H
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 2
Fach C
1
7
2
6
6. Zucker
CH2OH
O
OH
CH2OH
O
HO
CH2OH
O
OH
OH
OH
7. Stärke
ist „zuckerähnlich“ und zählt als Polysaccharid mit der Formel (C6H10O5)n
zu den Kohlenhydraten.
CH2OH
O
OH
O
CH2OH
O
O OH
OH
CH2OH
O
O
OH
O
OH
O
OH
O
OH
O
OH
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 2
Fach C
1
2
8
8. Polyethylenterephthalat („PET“)
„PET“ hat vielfältige Einsatzbereiche und wird unter anderem zur Herstellung von
Kunststoffflaschen (PET-Flaschen), Folien und Textilfasern verwendet. Die weltweite Produktion
liegt bei 40 Millionen Tonnen im Jahr.
O
O
C
C
O
( CH2 )4 O
n
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 3
A
B
C
Vitrine
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 3
Fach A
3
2
1
4
1. Steinkohle
Fundort: Steierdorf
2. Holzkohle
Der Weg vom Holz zur Kohle („Inkohlung“):
Als „Inkohlung“ wird der natürliche Prozess der Entstehung von Kohle bezeichnet.
Die Inkohlung führt in Zeiträumen von Jahrmillionen von frischem Pflanzenmaterial zu Torf,
dann über Braunkohle und Steinkohle zum Anthrazit, in einzelnen Fällen sogar zum Graphit.
Der Anteil an Wasser und flüchtigen Bestandteilen nimmt dabei laufend ab, so dass der relative
Anteil an Kohlenstoff zunimmt, der im Graphit nahezu 100 % beträgt.
4. Pfeil aus „Carbon-Faser“
Kohlenstofffasern werden aus organischen Ausgangsmaterialien hergestellt. Es kommen in erster
Linie solche Verbindungen in Frage, die sich zunächst in eine unschmelzbare Zwischenstufe umwandeln lassen und anschließend unter Formerhalt in einem Pyrolyseprozess zum Kohlenstoff
carbonisiert werden können. Durch Verstreckung (Anlegen einer Zugspannung) bei diesem Temperaturbehandlungsschritt lässt sich die Orientierung der atomaren Struktur in den Fasern so
verändern, dass bei der Carbonisierung höhere Festigkeiten und Steifigkeiten der Fasern erreicht
werden.
Bei dieser Carbonisierungsbehandlung werden alle Elemente bis auf den Hauptanteil Kohlenstoff
gasförmig abgespalten. Der relative Kohlenstoffanteil steigt mit zunehmender Temperatur,
die üblicherweise im Bereich von 1300-1500 °C liegt. Damit wird ein Kohlenstoffanteil von 96 bis
98 Gewichtsprozenten erreicht.
4. Bitumen
Rückstand der Vakuumdestillation von Rohöl. Einblasen von Luft macht Bitumen viskoser.
Die Viskosität kann so auf den Bedarf eingestellt werden ...
(ÖMV/Raffinerie Schwechat)
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 3
Fach B
5
5. Polypropylen („PP“)
H
n
C
H
H
H
H
H
H
H
H
C
C
C
C
C
C
C
CH3
H
C
H3
H
C
H3
H
C
H3
Propen
Polypropylen
KOHLENSTOFF
CARBONEUM C
Bild 3
Fach C
6
7
6. Öle bzw. Fette
sind Gemische von Fettsäuretriglyceriden (Verbindungen zwischen Glycerin und
„Höheren Fettsäuren“; sog. Ester), die bei Raumtemperatur flüssig (Öle) oder fest (Fette) sind.
O
O
R1
R2
O O
O
R3
O
7. Essig („Essigsäure“)
H
H
C
H
O
C
O
H
KOBALT
COBALTUM Co
Symbol: Co (Colbaltum)
Ordnungszahl: 27
Massenanteil an der Erdhülle:
37 ppm (37 g/1.000 t Gestein)
3
Dichte: 8,90 g/cm
Mohshärte: 5,0
Schmelzpunkt: 1.495 °C
Geschichte
Kobalterze und Kobaltverbindungen sind schon seit sehr langer Zeit
bekannt und fanden vorwiegend zum Färben von Glas und Keramik
Verwendung (Kobaltblau). Im Mittelalter wurden sie häufig für wertvolle
Silber- und Kupfererze gehalten. Da sie sich aber nicht verarbeiten ließen
und wegen des Arsengehalts beim Erhitzen schlechte Gerüche abgaben,
wurden sie als »verhext« angesehen. Angeblich hätten Kobolde das
kostbare Silber aufgefressen und an seiner Stelle wertlose, silberfarbene
Erze ausgeschieden.
Die stärksten Permanentmagnete der Welt
Viele Jahrzehnte waren »Ferromagnete« (Eisenmagnete) die Permanentmagnete schlechthin. Kopfhörer und leistungsstarke Lautsprecher waren,
bedingt durch deren relative Schwäche, groß und schwer.
In den 1970er Jahren eröffneten die weitaus stärkeren »SamariumKobalt-Fünf-Magnete« (SmCo5) den ersten Schritt in Richtung
»Verkleinerungstechnologie«. Mobile Telefone konnten wesentlich
kompakter gebaut werden und begannen ihren Siegeszug. Mikromotoren
revolutionierten den Fahrzeugbau.
1982 wurde die neuartige Legierung »Neodym-Eisen-Bor« (Nd2Fe14B) als
noch viel stärker magnetisierbar gefunden. Es handelt sich dabei –
bis heute – um die stärksten Permanentmagnete der Welt.
Somit begann der zweite Schritt der »Verkleinerungstechnologie« und
brachte etwaewinzige »Schrittmotoren« (Modellbau, Fahrzeugbau, Roboter),
extrem leistungsfähige Stromgeneratoren (Windräder), die kleinsten
Kopfhörer und winzige Displays mit extrem hoher Auflösung etwa für
Handys und Digitalkameras hervor.
»Samarium-Kobalt-Fünf«-Magnete (SmCo5)
Vitamin B12 (Cobalamin)
Dr. Peter Unfried
Cobalamine sind organometallische Verbindungen und die bisher einzigen bekannten kobalthaltigen
Naturstoffe. Sie kommen in allen Lebewesen vor und werden auch als Vitamin-B12-Gruppe
bezeichnet. Vereinfachend zusammengefasst ist Vitamin B12 wichtig für die Zellteilung und
Blutbildung sowie für die Funktion des Nervensystems. Ein Mangel davon führt demzufolge zu einer
Erkrankung bzw. Schädigung der genannten Bereiche. Der menschliche und tierische Organismus
sowie Pflanzen sind nicht in der Lage Vitamin B12 selbst herzustellen. Vitamin B12 wird in der
Natur von Mikroorganismen – insbesondere Bakterien – produziert, die als Symbionten sowohl im
Verdauungstrakt von Tieren als auch auf der Oberfläche pflanzlicher Wirte vorkommen.
Kobalt (Co), Lithium (Li), Neodym (Nd)
– Gefragter als Gold?
Elektroautos sollen Europa
Separator
unabhängiger vom Öl aus dem
+
Nahen Osten machen. Doch für die
Laden
Batterien der neuen Vehikel brauchen
die Hersteller Rohstoffe, von denen
viele fast nur im Kongo, in China
und in Bolivien zu finden sind.
Vor allem werden Lithium-IonenEntladen
Akkumulatoren verwendet, die auch
in Laptops und Mobiltelefonen zum
Cu
Al
Einsatz kommen. Als Anodenmaterial
Elektrolyt
Sauerstoff
Lithium-Ion
enthalten sie unter anderem Kobalt.
Grafit
Kobalt/Nickel
Nach Schätzungen könnte der globale
Lithium-Ionen-Akkumulatoren
Rohstoffbedarf an Kobalt allein durch
die steigende Nachfrage nach LithiumIonen-Akkumulatoren bis zum Jahr 2030 um ein Vielfaches steigen. Daraus
resultierende Engpässe bei der Verfügbarkeit von Kobalt seien nur zu
vermeiden, indem die weltweiten Förderkapazitäten rechtzeitig und in
ausreichendem Umfang erweitert werden.
Das Problem:
Dr. Peter Unfried
Kobalt-Gräber im Kongo
Kobalt muss nach Europa importiert oder durch Recycling aus Schrott
gewonnen werden. Ein Teil der Bestände liegt in Australien, Kanada und
den USA, das meiste jedoch in Afrika (Kongo, Sambia). Etwas besser ist
die Verfügbarkeit von Lithium. Doch auch hier braucht Europa Importe,
vor allem aus Argentinien, Bolivien und Chile, wo sich rund 80 Prozent der
Lithiumreserven finden. Der marktbeherrschenden Stellung weniger
Unternehmen, die das Leichtmetall fördern und verkaufen, kann nur
verstärktes Recycling entgegengesetzt werden. Bolivien alleine besitzt
40 Prozent der gesamten Weltreserven, die vor allem in einem Salzsee
namens Salar de Uyuni lagern. Die heißbegehrten Abbaurechte befinden
sich zumindest teilweise in staatlicher Hand. Wegen der steigenden
Produktion von Elektromotoren ist auch mit einem wachsenden Bedarf an
Aluminium, Kupfer und dem Seltenerdmetall Neodym zu rechnen. Fachleute
gehen davon aus, dass die Nachfrage nach Neodym um das Dreifache
zulegen wird. Dieses Seltenerdmetall kommt jedoch fast ausschließlich aus
China und das Land hat großes Interesse daran, diesen Rohstoff zu behalten
und selbst zu verarbeiten.
KOBALT
COBALTUM Co
Vitrine
A
B
C
KOBALT
COBALTUM Co
Fach A
3
1
2
1. Exsikkator
Laborgerät aus dickwandigem Glas zum Trockenen von Präparaten. Im unteren Teil befindet
sich das Trockenmitten (hier z.B. blaues Silikagel), im oberen Teil ist die zu trocknende Substanz.
Der Trocknungsvorgang dauert zumeist viele Stunden bis Tag …
2. „Silikagel“ (Silikat-Gel)
Diese Kieselsäuregel-Kügelchen sind in der Lage, durch ihre feinen Poren und Kanäle Wasser
aufzunehmen und festzuhalten (Verwendung als Trockenmittel). Sie geben das aufgenommene
Wasser bei ca. 110°C wieder ab – das Trockenmittel ist „regenerierbar“.
Als Indikator dient eingeschlossenes Kobalt(II)-chlorid CoCl2. Mit viel Wasser ist es rosa gefärbt
(Trockenmittel muss regeneriert werden), mit wenig Wasser ist es blau (Trockenmittel ist
aufnahmefähig für Wasser).
3. Der „stärkste Magnet der Welt“ und Eisen im Sand eines Badestrands …
Der Sand an der fast 30 km langen „Beach“ von Baia di Gaeta (nördlich von Napoli/Italien) ist
relativ schwer, stellenweise dunkelschwarz gefärbt und enthält bis zu 10% Magnetit.
Der hier ausgestellte Magnet (Neodym-Eisen-Bor) ist „der stärkste Magnet der Welt“ und zieht
mühelos diese Magnetit-Anteile aus dem Sand …
Anm.: Fast jeder hat so eine Nd/Fe/B-Magnet bei sich!
z.B. im winzigen Knopf-Ohrenhörer vom iPhone …
KOBALT
COBALTUM Co
Fach B
8
6
5
4
7
4. Reinstes „Kobalt-Glas“
Die „Flammenfärbung“ ist eine klassische Methode der Analytik. Natrium färbt die Flamme
gelb, Kalium blau. Da die Gelbfärbung des Natriums viel intensiver ist als die Blaufärbung des
Kaliums, ist es unmöglich Kalium neben Natrium so nachzuweisen. Betrachtet man die Flamme
durch das „Kobaltglas“, wird das Gelb des Natriums absorbiert und man sieht nur mehr das Blau
des Kaliums. Der Nachweis ist also doch möglich …
5. PORZELLANSCHALE für „Chemische Laborsynthesen“ mit KOBALT-LASUR
6. GLASKRUG
Grüner Teil: Cu, (Zn, Co)
Blauer Teil: Co, (Zn, Fe)
Das »schönste« Blau in Gläsern und in Keramik wird durch Kobalt erzeugt. Reines
Kobalt (Co) in Glas gibt tief-dunkles »Kobaltblau«. Durch geringe Beimengungen von
Eisen Fe(II) und/oder Kupfer (Cu) werden Nuancen ins Grünliche erzeugt.
7. KREUZ
Blaues Glas: Co, Fe, (Cu, Zn, Pb, Zr)
8. „Smalte“ SiO2.K2O.CoO
Als Vorläufer des Kobaltblau das älteste bekannte Kobaltpigment. Erste Anwendungen bereits
im alten Ägypten. Die mittelalterliche venezianische Blauglasherstellung beruht ebenfalls auf der
Verwendung von Smalte. Im 15. Jahrhundert gewann Smalte in der europäischen Tafelmalerei
an Bedeutung. In der Malerei des Barock war es für Himmelsdarstellungen bedeutsam.
Die bedeutendste Produktionsstätte für Smalte befand sich ab dem 16. Jahrhundert in Schneeberg in Sachsen, so dass die sächsischen Kurfürsten für längere Zeit einen Großteil der mitteleuropäischen Smalteproduktion kontrollierten. Bei der Papierherstellung wurde Smalte früher
als Weißmacher benutzt.
KOBALT
COBALTUM Co
Fach C
11
9
10
13
12
9. Bis-ethylendiammin-dinitro-cobalt(III)-nitrat
[Co(en)2(NO2)2]NO3 („en“ = ethylendiamin)
10. Cobalt(II)-oxicarbonat Co2OCO3
Cobalt(II)-carbonat und Cobalt(II)-oxicarbonat werden als Katalysator und Pigment verwendet und
sind in Keramikglasuren als Farbstoff (blau) enthalten
11. Pentammin-chloro-cobalt(III)-dichlorid [Co(NH3)5Cl]Cl2
Neben den Amminkomplexen existieren eine Vielzahl von Verbindungen mit unterschiedlichen
Liganden. Beispiele sind das Kaliumhexacyanocobaltat(II) (K4[Co(CN)6]), das Kaliumtetrathiocyanatocobaltat(II) (K2[Co(SCN)4]), das Kaliumhexanitritocobaltat(III) (Fischers Salz, Cobaltgelb), sowie
Komplexe mit organischen Liganden wie Ethylendiamin oder dem Oxalation.
12. Cobalt(II)-sulfat-heptahydrat CoSO4.7H2O
Cobalt(II)-sulfat wird zur Herstellung von Pigmenten, Glasuren, in der Porzellanmalerei, zur
Tonung von Papieren (Fotografie) verwendet. Zudem wurde das Salz in den 1960er-Jahren Bier
beigemischt, um die Stabilität des Schaumes zu erhöhen.
13. Cobalt(II)-oxalat (COO)2Co
KUPFER
CUPRUM Cu
Symbol: Cu (Cuprum)
Ordnungszahl: 29
Massenanteil an der Erdhülle:
0,01 %
Dichte: 8,92 g/cm³
Mohshärte: 3,0
Schmelzpunkt: 1.084,62 °C
Verwendung
als Metall
Wegen seiner extrem hohen Leitfähigkeit wird reines Kupfer
vorwiegend für elektrische Leitungen verwendet.
Die hervorragenden Legierungseigenschaften als Bestandteil von
Messing (Kupfer + Zink) bzw. Bronze (Kupfer + Zinn) sind schon seit
Jahrtausenden bekannt.
in Verbindungen
Breite Anwendung findet Kupfer in Farbpigmenten (vorwiegend blau
und grün), im Pflanzenschutz als Fungizid (Weinbau) und in der Pharmazie.
Kupfer-Strangguss-Stücke
Beständigkeit
Neben der hohen elektrischen Leitfähigkeit
oder den prächtigen Farben der diversen
Verbindungen, besticht Kupfer durch eine
weitere wesentliche Eigenschaft: Metallisches
Kupfer ist in herkömmlicher (feuchter)
Atmosphäre ziemlich korrosionsbeständig.
Im Laufe der Zeit bildet sich eine grüne Schicht,
die »Patina« (Kupfercarbonat/-sulfat/-chlorid/
-hydroxid-Gemisch), die vor weiterer
Verwitterung schützt.
Karlskirche, Kupferdach mit »Patina«
Dehnbarkeit, Walzbarkeit
Dr. Peter Unfried
Kupfer und Kupferlegierungen lassen sich hervorragend schmelzen,
gießen und plastisch verformen. Als ältestes bekanntes Metall der
Menschheit war es mit seiner leichten Bearbeitbarkeit ein Segen für
unsere Vorfahren. Da es mit modernen Methoden leicht gelötet und
geschweißt werden kann, gilt es als »Allroundmaterial« und ist mittlerweile
z.B. im Heizungsbau konkurrenzlos (früher: verzinkte Eisenrohre,
Gewindeschneiden, Einhanfen usw.).
KUPFER
CUPRUM Cu
Kupfergewinnung »Einst und Jetzt«
Der Zeitraum 5.000-3.000 v.Chr. (Jungsteinzeit) wird von den Historikern
»Kupfer-Zeit« genannt. Das erste Kupfer wurde aus Malachit und Azurit
durch thermische Reduktion mit Holzkohle gewonnen (»Vinca-Kultur« im
heutigen Serbien, ca. 5.000 v. Chr.). Das so gewonnene Kupfer war zwar
nicht »waffenfähig«, weil viel zu weich, aber für Haushaltsartikel und
Schmuck sehr willkommen. Das gemeinsame Reduzieren von Kupfer- und
Zinnerzen ergab die viel härtere und waffenfähige Bronze. Dies gab der
»Bronze-Zeit« von etwa 2.200-800 v.Chr. ihren Namen. Messing (Kupfer
+ Zink) liegt in der Härte zwischen Kupfer und Bronze und wurde bereits
von den alten Römern in großem Maßstab durch »Zusammenschmelzen«
hergestellt.
Heute wird Kupfer aus dem Erz »Kupferkies« (CuFeS2) durch »Rösten«
(Erhitzen und Zusatz von Koks und Sauerstoff) gewonnen.
Pyrometallurgie
Bei der pyrometallurgischen Raffination (thermische Verarbeitung)
werden Erze bzw. Metalle geschmolzen und bei Temperaturen von etwa
1.200°C gereinigt. Im Schachtofen werden niedrig kupferhältige Materialien
(wie Shredderkupfer, Cu-Fe-Material) zusammen mit Koks, Quarz und Kalk
vermengt.
Das so entstandene »Schwarzkupfer« mit einem Kupferanteil von
ca. 75 % wird zusammen mit Legierungsmaterialien wie Messing, Bronze
und Rotguss im Konverter weiterverarbeitet. Dabei werden mit Hilfe von
Sauerstoff die Metalle Blei, Zinn und Zink als Mischoxid abgeschieden.
Die aus dem Konverter gewonnene Schmelze besteht bis zu 96 % aus
Kupfer und kommt zur weiteren Reinigung in den Anodenofen.
Die fertige Schmelze aus dem Anodenofen enthält ca. 99 % Kupfer und
wird zu Anodenplatten vergossen.
Dr. Peter Unfried
Dieses »Rohkupfer« wird durch
Elektrolyse zum »Feinkupfer«
raffiniert.
KUPFER
DIE SCHÖNSTEN
FARBEN DES KUPFERS
Kupfer(I)oxid Cu2O
Azurit Cu3 (OH)2 (CO3)2
Malachit Cu2 (OH)2 CO3
Kupferdraht
Dr. Peter Unfried
Kupfersulfat CuSO4 5H2O
KUPFER
CUPRUM Cu
Vitrine
A
B
C
KUPFER
CUPRUM Cu
Fach A
1
1. „Halbzeug“ und Drehspäne aus Kupfer Cu
(Mechanische Werkstätten der Chemischen Fakultät / Uni-Wien)
2. „Halbzeug“ und Drehspäne aus Messing Cu /Zn –Legierung
(Mechanische Werkstätten der Chemischen Fakultät / Uni-Wien)
2
KUPFER
CUPRUM Cu
Fach B
11
12
9
4 bis 8
3
10
13
3. ATACAMIT Cu2(OH)3Cl
Copiapo/Chile
4. KUPFER gediegen Cu
Ray Mine »Pinal Co.«/Arizona, USA
5. ROTKUPFERERZ (CUPRIT) Auf
gediegenem Kupfer CuO2
Calama/Chile
6. MALACHIT Cu2[(OH)2CO3]
Bou-Beker/Marokko
7. KUPFERHÄLTIGE SCHLACKE
Aus einem Schmelzofen bei der
Kopphütte Prähistorischer Bergbau
Illyrer, 1800-800 v. Chr.)
Mühlbach am Hochkönig/Österreich
8.BORNIT, BUNTKUPFERKIES Cu5FeS4
Bisbee/Arizona, USA
9. CuCO3
10. KUPFERKIES (Chalkopyrit)
auf Quarz CuFeS2
Cavnica/Rumänien
11. Kupfer(I)-aluminiumalaun
CuAl(SO4)2.12H2O
12. „Schweinfurter Grün“
Cu(CH3COO)2.3Cu(AsO2)2
Schweinfurter Grün fand im 19. Jahrhundert
als Malerfarbe Verwendung.
Es wurde wegen seiner Farbintensität und
Lichtechtheit geschätzt, allerdings war seine
Giftigkeit schon früh bekannt. In der zweiten
Hälfte des 19. Jahrhunderts bis etwa zur Mitte des 20. Jahrhunderts wurde es als eines
der ersten Pflanzenschutzmittel eingesetzt.
14
15
13. Kupfer-Pulver, hochrein Cu
14. „Schwarzes“ Kupfer(II)-oxid CuO
Kupfer(II)-oxid adsorbiert leicht Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid und andere
Gase. Beim Erhitzen über etwa 800 °C wird
Kupfer(II)-oxid unter Sauerstoffabgabe zu
Kupfer(I)-oxid reduziert. Kupfer(II)-oxid wird
als Pigment zum Färben von Glas, Keramik,
Porzellan und künstlichen Edelsteinen
verwendet. Daneben findet es Anwendung
als Kathodenmaterial in Batterien, als
Katalysator, zur Entschwefelung von Erdöl
und für fäulnishemmende Anstriche.
15. „Rotes“ Kupfer(I)-oxid Cu2O
Kupfer(I)-oxid wird beim Erhitzen schwarz,
nimmt jedoch nach dem Abkühlen wieder
seine ursprüngliche Farbe an. Kupfer(I)-oxid
wird für fäulnishemmende Anstriche
verwendet, beispielsweise für Unterwasserschiffsanstriche.Das in Lösung gehende
Kupfer ist giftig für Algen und hemmt deren
Ansatz auf den Schiffswänden
(„Antifouling“). Daneben wird Kupfer(I)-oxid
als Ausgangsstoff für die Herstellung von
verschiedenen Kupferverbindungen genutzt.
Weitere Anwendung findet es als Pigment
zum Rotfärben von Glas und Emaille, zur
Herstellung von Goldfluss, als Fungizid und
als Katalysator.
KUPFER
CUPRUM Cu
Fach C
18
17
16
16. „Kupfervitriol“ (Kupfersulfat-pentahydrat) CuSO4.5H2O
Kupfersulfat wird zum Verkupfern, zur Herstellung von kupferhaltigen Farben, zur
Kupferstichätzung, in Silvester-Raketen (erzeugt einen bläulich-grünen Farbton) und vieles
mehr verwendet: So z.B. in der Galvanotechnik zur galvanischen Verkupferung, gemischt mit
einer Calciumhydroxid-Suspension als Bordeauxbrühe im Weinbau zur Bekämpfung von Pilzerkrankungen und in größerem Maßstab als Pflanzenschutzmittel.
17. Kalium-KupferII-chlorid-dihydrat 2KCl.CuCl2.2H2O
Beispiel für ein „inkongruent lösliches Doppelsalz“: Die Lösung hat eine andere Zusammensetzung wie die Kristalle ...
18. Typische AZURIT/MALACHIT- Mineralien aus den antiken Silber-Stollen bei Lavrion
Bis zu 20.000 Sklaven förderten im 5. Und 6. Jhdt. v. Chr. in den Stollen von Lavrion (südlich von
Athen Silbererz zu Tage. Das gebrochene Erz wurde vor Ort durch Schlämmen mit Meerwasser
angereichert. Die ausgestellten Mineralien (Malachit und Azurit auf eisenhältigem rötlichem
Gestein) sind typisch für die antiken Stollen (gebrochen etwa 200 m unter Tag).
EISEN
Symbol: Fe (Ferrum)
Ordnungszahl: 26
Massenanteil an der Erdhülle:
4,7 %
3
Dichte: 7,874 g/cm
Mohshärte: 4,0
Schmelzpunkt: 1.538 °C
FERRUM Fe
»Reineisen«
... ist beständig an trockener Luft, in trockenem Chlor sowie in
konzentrierter Schwefelsäure und Salpetersäure und basischen Agenzien
(außer heißer Natronlauge) mit einem pH-Wert größer als 9.
In Salzsäure sowie verdünnter Schwefel- oder Salpetersäure löst sich
Eisen rasch unter Entwicklung von Wasserstoff auf. An feuchter Luft und
in Wasser, das Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid enthält, wird Eisen leicht
unter Bildung von Eisenoxidhydrat oxidiert (es rostet).
»Gußeisen«
... ist mit einem Kohlenstoffgehalt von etwas über
2,06% als Schmelze dünnflüssig und daher gut gießbar,
erkaltet aber nicht schmiedbar.
Eisen-Strangguss-Stück
»Stahl«
»Roheisen«
... entsteht als Produkt beim Hochofenprozess.
Der hohe Kohlenstoffgehalt von 4-5% macht es
hart und spröde; es ist somit weder schmiednoch schweißbar...
... ist Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt unter 2,06%. Je nach Wahl
der Legierungsbestandteile ist Stahl
hart, zähelastisch, gut schweißbar
und somit ideal als Werkstoff.
Vom »Roheisen« zum »Stahl«
Durch das Einblasen von Sauerstoff in die Schmelze (»LD-Verfahren«) kann
der Entkohlungsgrad (C-Gehalt) exakt festgelegt werden. »Stahl« mit wenig
Kohlenstoff (0,6-1%) ist sehr »duktil« (verformbar, walzbar) und wird u.a.
für Bleche verwendet. Stahl mit höherem C-Gehalt ist hart und spröde und
findet z.B. in der Produktion von Messerklingen Anwendung.
»Stahlkochen«
Linz-Donawitz-Verfahren
Dr. Peter Unfried
Durch »Zulegieren« von weiteren Elementen (Chrom, Nickel, Mangan,
Vanadium usw.) können ganz besondere Eigenschaften erreicht werden:
•besonders hart (Chrom)
•besonders hitzebeständig (Wolfram)
•besonders korrosionsfest (Chrom, Nickel)
•besonders zähelastisch (Vanadium)
EISEN
FERRUM Fe
Der Hochofenprozess
Erz, Koks
+ Zuschläge
Gichtgas
Zuschläge
Gichtgas
Die Zuschläge (z.B.
Kalkstein) werden hinzugemischt, damit das taube
Gestein schmilzt und als
Schlacke abgetrennt wird.
Das Gichtgas besteht aus
60% Stickstoff, 20% CO
sowie Wasserstoff und
Methan und wird zum Aufheizen der Luft verwendet.
Trocken- und Vorwärmzone
200
Eisenerz, Koks und Zuschlag werden vom
durchströmenden Gas getrocknet und vorgewärmt.
Reduktionszone
400
Eisenoxid wird dorch CO und C reduziert. Das dabei
entstehende Eisen ist noch fest.
Fe2O3 + 3 CO 2 Fe + 3 CO2
Kohlungszone
900
Es bildet sich ein Eisen-Kohlenstoffgemisch, dessen
Schmelzpunkt bei etwa 1.100 - 1.200 Grad Celsius liegt.
1.200
Schmelzzone
Der Koks verbrennt an der eingeblasenen Luft und
bringt das Eisen-Kohlenstoffgemisch zum Schmelzen.
Restliche Eisenverbindungen werden von CO und C zu
Eisen reduziert.
1.800
2.000
Luft
Schlacke
h
c
ti
Roheisen
Luft
Abstic
h
Roheisen
Roheisen enthält etwa 3-4% Kohlenstoff. Es ist deshalb
spröde und nicht schmiedbar.
Dr. Peter Unfried
A
s
b
EISEN
FERRUM Fe
Der »Geruch« des Eisens
Reines Eisen ist geruchlos!
Der typische, als metallisch klassifizierte Geruch, wenn
man Eisengegenstände berührt, entsteht durch eine
chemische Reaktion von Stoffen des Schweißes und des
Fetts der Haut mit den sich dabei bildenden zweiwertigen
Eisenionen.
O
H2C
CH3
1-Octen-3-on
Einer der wichtigsten Duftträger ist 1-Octen-3-on, das
noch in großer Verdünnung pilzartig-metallisch riecht.
Die zweiwertigen Eisenionen entstehen durch Korrosion
des Eisens bei Berührung mit dem Handschweiß, der
korrosive organische Säuren und Chloride enthält.
CH2
CH3
CH2
H3C
N
N
Fe
2
N
N
CH3
H3C
O
OH
O
OH
»Häm« des Hämeglobins
Und der Knoblauchduft von Stahl? Organophosphine
heißen hier die Schuldigen. Gusseisen und Stahl enthalten
Kohlenstoff und Phosphor. Wenn das Metall durch die
Säure des Schweißes aufgelöst wird, können daher
Kohlenwasserstoffe und Phosphin (PH3) entstehen, die
sich wiederum zu Organophosphinen verbinden. Zwei
davon, Methylphosphin und Dimethylphosphin, erzeugen
dann die liebliche Knoblauchfahne.
Dr. Peter Unfried
Beim Verreiben von Blut auf der Haut entsteht ein
ähnlicher Geruch. Blut enthält ebenfalls Eisenionen. Und
ein feiner Spürsinn für frisches Blut könnte für unsere
Vorfahren überlebenswichtig gewesen sein.
EISEN
FERRUM Fe
Vitrine
A
B
C
EISEN
FERRUM Fe
Fach A
1
2
1. Rost (xFeO.yFe2O3.zH2O)
Chemisch gesehen setzt sich Rost allgemein aus Eisen(II)-oxid, Eisen(III)-oxid und Kristallwasser
zusammen. Rost ist somit ein wasserhaltiges Oxid des Eisens (Oxidhydrat). Er entsteht durch
die Oxidation des Eisens, ohne dass höhere Temperaturen erforderlich wäre und bildet lockere
Gefüge geringer Festigkeit. Die Oxidation bewirkt eine Zunahme der Masse und des Volumens.
Letztere führt zu Spannungen und zum Abplatzen der Rostschicht
2. Stahlwolle
Handelsübliche Stahlwolle besteht aus einem dicken Band aus scharfkantigen feinen Metallfasern. Diese Fasern haben idealerweise einen 3- oder 4-eckigen Querschnitt, sodass der
gewünschte „Ziehklingeneffekt“ entsteht, wenn mit den Stahlwollefasern rechtwinklig zur
Schleifrichtung gearbeitet wird. Stahlwolle wird zur Bearbeitung unterschiedlichster Oberflächen
wie Holz, Metall, Kunststoff, Stein und Glas eingesetzt, auch zum Mattschleifen von polierten
und lackierten Flächen.
EISEN
FERRUM Fe
Fach B
3
5
4
3. Werkzeugstahl (Fe mit Cr, Mo, W legiert)
Legierte Werkzeugstähle werden in höher beanspruchten Werkzeugen eingesetzt.
4. Waffen und Feuerschlag-Eisen
(Sammlung: Dr.Unfried)
5. „NIRO“-Halbzeug (Fe mit Cr, Ni legiert)
Nichtrostender („rostfreier“) Stahl zeichnet sich durch einen Anteil von mehr als 10,5 % Chrom
aus. Weitere Legierungsbestandteile wie Nickel, Molybdän, Mangan und Niob führen zu einer
noch besseren Korrosionsbeständigkeit oder günstigeren mechanischen Eigenschaften.
EISEN
FERRUM Fe
Fach C
6
8
7
9
10
6. „Rotes“ Eisen(III)-Oxid Fe2O3
Eisen(III)-oxid wird als Pigment verwendet und als Eisenoxidrot bezeichnet. Der Farbton variiert
dabei etwa zwischen rotorange und tiefrot;] auch ist es Hauptbestandteil der natürlichen roten
Erden.
7. Eisenbahnschiene
(„Schmalspur“) Fe/Mn-Legierung
8. „Eisenvitriol“, Eisen(II)-sulfat-heptahydrat FeSO4.7H2O
Früher: Ab dem dem 3. Jahrhundert v. Chr. wurde Eisengallustinte, eine aus Eisen(II)-sulfat,
Galläpfeln, Wasser und Gummi arabicum hergestellte Tinte, als dokumentenechte schwarze Tinte
zum Schreiben auf Pergament und später Papier gebräuchlich. Heute: Bei der Abwasserreinigung
dient es als Fäll- und Flockungsmittel. Besonders große Kläranlagen verwenden häufig
Eisen(II)-sulfat zur Phosphat- elimination.
9. Berlinerblau“ (stark verdünnt) Fe(III) + „Gelbes Blutlaugensalz“ K4[Fe(CN)6]
Berliner Blau wird bis heute für Aquarell-, Öl- und Druckfarben verwendet. Das 1709 durch Pieter
van der Werff in Rotterdam geschaffene Gemälde „Die Grablegung Christi“ stellt den frühesten
bisher bekannten Nachweis der Verwendung des Pigments in der Malerei dar.
10. Eisen-Drehspäne mit den typ. „Anlauf-Farben“
„Anlauffarben“, auch „Anlassfarben“, sind oberflächliche, irisierende bunte Färbungen eines
Stoffes, die durch Interferenz an dünnen Schichten entstehen. Auf Metallen entstehen die
Anlauffarben meist durch eine Oxidation der Oberfläche. Die Dicke der Oxidschicht wird durch
die Tiefe bestimmt, in die die Sauerstoffatome diffundieren können. Diese Tiefe ist stark von der
Temperatur abhängig.
SCHWEFEL
Symbol: S (Sulpur)
Ordnungszahl: 16
Massenanteil an der Erdhülle:
0,048 %
3
Dichte: 2,07 g/cm
Mohshärte: 2
Schmelzpunkt: 115,21 °C
SULPUR S
Elementarer Schwefel
Erhitzt man Schwefelpulver auf über 119°C, bildet sich eine hellgelbe
leichtbewegliche Flüssigkeit. Bei weiterem Erhitzen entsteht bei
ca. 187°C eine dunkelgelbe zähe Masse. Bei Temperaturen über
187°C wird die Schmelze rotbraun und immer dünnflüssiger.
Siedepunkt 444°C!
Beim »Abschrecken« bleiben die verschiedenen Zustände mit ihren Farben
erhalten. Daher gibt es um Vulkanschlote immer das bunte Farbenspiel des
Schwefels von weißgelb über braun bis rot ...
Vulkanischer Schwefel auf der Insel Java
Wichtigste Verbindungen
90% des »elementaren Schwefels« werden direkt zu Schwefelsäure H2SO4 (Salze: Sulfate)
weiterverarbeitet. 60% davon gehen in die Düngemittelindustrie. Wichtige Säuren sind die
Schwefelige-Säure (Salze: Sulfite) und die Schwefelwasserstoff-Säure (Salze: Sulfide).
• Natriumsulfat Na2SO4.10H2O (»Glaubersalz«): Waschmittel, Lebensmittel (E 514), Dünger
• Kupfersulfat CuSO4.5H2O (»Kupfervitriol«): Galvanotechnik, Weinbau
• Ammoniumaluminiumsulfat NH4Al(SO4)2.12H2O (»Ammonalaun«): Papierindustrie,
Gerberei und Lebensmittelindustrie (E 523), Kosmetikindustrie »Adstringens«
• Calciumsulfat CaSO4.2H2O (»Gips«)
• Natriumsulfit Na2SO3
• Natriumsulfid Na2S
Gewinnung
Früher wurde Schwefel ausschließlich bergmännisch in der Nähe von
Vulkanschloten abgebaut. Auch heute geschieht dies noch auf primitivste
und »höchst ungesunde« Weise in den ärmsten Teilen der Welt.
Die heißen Dämpfe enthalten ätzende und giftige Schwefeloxide und Säuren
und zerstören die Schleimhäute der Arbeiter/-Innen in kürzester Zeit.
Um zur heißbegehrten Schwefelsäure - als
wichtigsten Bestandteil der Düngenmittelindustrie
– im Tonnenmaßstab zu gelangen, bewährt
sich die Methode Sulfidische Erze zu rösten,
wie z.B. Pyrit FeS2. Das so erhaltene SO2 wird
dann direkt zu SO3 und Schwefelsäure (H2SO4)
weiterverarbeitet.
Rohschwefel fällt zum Großteil bei der
Entschwefelung von Erdöl und Erdgas an.
Er wird direkt zu Schwefeldioxid verbrannt
und über Schwefeltrioxid mit Wasser zu
Schwefelsäure weiterverarbeitet.
Dr. Peter Unfried
Schwefel aus Erzen
Schwefel aus Erdöl
Vulkanisieren
SCHWEFEL
SULPUR S
»Schwarze und Weiße Raucher«
Die Vulkanisation ist ein 1839 von Charles Goodyear
entwickeltes chemisch-technisches Verfahren.
Kautschuk wird unter Einfluss von Zeit, Temperatur
und Druck gegen atmosphärische und chemische
Einflüsse sowie gegen mechanische Beanspruchung
widerstandsfähig gemacht (Gummi).
Eine Kautschukmischung, bestehend aus
Rohkautschuk und 1,8 bis 2,5 % Schwefel,
wird auf 120 bis 160° C erhitzt. Dabei gehen die
plastischen Eigenschaften des Kautschuks bzw. der
Kautschukmischung verloren; der Stoff wird in einen
elastischen Zustand überführt.
Im austretenden Wasser der »Raucher« (hydrothermale
Quellen am Grund der Tiefsee) sind vor allem Sulfide und
andere Salze von Eisen, Mangan, Kupfer und Zink gelöst.
Das beim Austritt zum Teil über 400 °C heiße Wasser
trifft mit dem 2 °C kalten Wasser des Meeresgrundes
zusammen. Bei der Abkühlung werden Mineralien in feinen
Partikeln »ausgefällt«, die die »Rauchfahne« bilden. Durch
Sedimentation entsteht der Schornstein oder Kegel. Ist die
Sedimentwolke reich an Eisensalzen (z. B. Pyrit), bildet sich
die charakteristische schwarzgraue Farbe des »Schwarzen
Charles Goodyear bei der
Rauchers«, sind dagegen in größerer Menge Sulfate, wie
Entdeckung der Vulkanisation.
Anhydrit und Gips oder Siliziumdioxid gelöst, wird die helle
Sedimentwolke des »Weißen Rauchers« gebildet. Mit 464 Grad Celsius werden die höchsten Wassertemperaturen von »Schwarzen Rauchern« auf dem Mittelatlantischen Rücken – in
3000 Metern Tiefe bei einem Wasserdruck von 298 bar – gemessen. Die Schlote erreichen Höhen bis zu 60
Meter. Hydrothermale Tiefseequellen sind nur ungefähr 20 Jahre aktiv. Dann verstopfen die ausgefällten
Mineralien die Röhren und Spalten und die Quellen versiegen.
»Saurer Regen«
Bekämpfung der Symptome
Als Gegenmaßnahme versucht man in vielen Gegenden Europas (in der
Schweiz verboten) mit Kalk, der per Hubschrauber verstreut wird, die
Übersäuerung zu neutralisieren. In der Nähe von Kalk- oder Zementwerken
mit schlechter Entstaubung kann die unbeabsichtigte Emission von
Kalkstaub im Extremfall sogar zur Umkehrung des Phänomens führen
und es entsteht basischer Regen. Dieser entsteht auch bei großflächigen
Waldbränden oder Vulkanausbrüchen.
Bekämpfung der Ursachen
Seit den 80er-Jahren werden Rauchgase zum Gutteil entschwefelt.
Dabei wird das SO2 aus dem Abgas entfernt und meist zu CaSO4 (Gips)
umgewandelt, welches sich als REA-Gips (RauchgasEntschwefelungsAnlage)
nutzen oder deponieren lässt. Aus Kraftstoffen wie Benzin, Diesel, Kerosin
und Erdgas wird der Schwefel mittels spezieller Verfahren entfernt.
Dadurch konnte zumindest in den Industrieländern der Eintrag von SO2 in
die Atmosphäre erheblich verringert werden.
Übersäuerung durch Schwefelsäure:
Dieser Reaktionsmechanismus benötigt das Wasser erst
zur Bildung der Schwefelsäure aus dem Schwefeltrioxid
(z. B. Regen oder Wassertropfen im Nebel ):
2 SO2 + O2
2 SO3
SO3 + H2O
H2SO4
Übersäuerung durch Salpetersäure:
Bei jedem Blitzschlag und bei jeder Verbrennung entstehen
durch Umwandlung des im Brennstoff und in der Luft
enthaltenen Stickstoffs Stickoxide (NOx). Diese bilden mit
Wasser und Sauerstoff Salpetersäure (HNO3).
2 NO2 + H2O
HNO2 + HNO3
N2O4 + H2O
HNO2 + HNO3
Die Schwefelsäure ist zu etwa zu zwei Drittel, die
Salpetersäure zu etwa zu einem Drittel für die Versauerung
der Niederschläge verantwortlich.
Dr. Peter Unfried
Hauptverantwortlich dafür ist die Luftverschmutzung durch Abgase.
Insbesondere durch Einsatz schwefelhaltiger fossiler Brennstoffe, wie Kohle
und Heizöl, entstehen Schwefeloxide (SOx). Vornehmlich entsteht bei der
Verbrennung zunächst Schwefeldioxid, das mit Wasser und Sauerstoff
letztlich Schwefelsäure (H2SO4) bildet.
SCHWEFEL
SULPUR S
»Die Schwefelkugel« –
Der Jupitermond Io
Ios Oberfläche unterscheidet sich gravierend von den
Oberflächen aller anderen Körper im Sonnensystem.
Zunächst einmal gibt es dort offenbar keine Einschlagkrater, was
bedeutet, dass die Oberfläche extrem jung ist. Stattdessen besitzt
Io eine verblüffende Vielfalt von Geländeformen. Es gibt dort
Seen flüssigen Schwefels, die sich in Calderen (Krater) befinden,
Berge nichtvulkanischen Ursprungs, Lavaströme und vulkanische
Öffnungen. Außerdem zeigt sich Io in einer reichen Farbenpracht,
die durch das Vorherrschen von Schwefel und seinen Verbindungen
hervorgerufen wird.
Manche der über 300 Calderen auf Io, die bis zu 200 Kilometer im
Durchmesser erreichen und bis zu mehreren Kilometern tief sind,
sind aktive Vulkane. Diese Entdeckung war der erste Beweis dafür,
dass das Innere anderer erdähnlicher Körper heiß und aktiv ist.
Bislang wurden auf Io etwa 300 Vulkane entdeckt, die Rauchwolken
von bis zu 300 Kilometer Höhe eruptieren.
Das ausgeworfene Material besteht
offenbar hauptsächlich aus Schwefel
und Schwefeldioxid. Nach einer
Eruption kondensiert das ausgeworfene
Material wieder und bildet eine Art
Ascheregen wahrscheinlich aus weißem
Schwefeldioxidschnee.
Ios gesamte Oberfläche ist von diesen
vulkanischen Ablagerungen überzogen.
Io besitzt eine sehr dünne Atmosphäre
aus Schwefeldioxid, Kochsalzdampf,
Schwefelmonoxid, zweiatomigem Schwefel
und vermutlich noch anderen Gasen.
Dr. Peter Unfried
Jupitermond Io
SCHWEFEL
SULPUR S
Vitrine
A
B
C
SCHWEFEL
SULPUR S
Fach A
1
2
17
3
1. Schwefeltrioxids SO3
Anhydrid der Schwefelsäure. Bildet bei Normbedingungen farblose, nadelförmige Kristalle,
die äußerst hygroskopisch sind und sehr heftig (explosiv) mit Wasser reagieren. Gasförmiges
Schwefel-trioxid dient hauptsächlich zur Herstellung von Schwefelsäure.
2. Schwefelsäure H2SO4
Technisch wichtigste Chemikalie überhaupt! Zählt zu den meistproduzierten chemischen
Grundstoffen. Wird im „Millionen-Tonnen-Maßstab“ jährlich weltweit produziert und vor allem
in der Düngemittelproduktion und zur Darstellung anderer Mineralsäuren, etwa der Salzoder Phosphorsäure verwendet.
3. Vulkanisierter Autoreifen
Der Großteil der industriellen Gummiproduktion geht in die Reifenherstellung. Naturkautschuk
ist bernsteinfarben und wird für Autoreifen mit künstlich hergestelltem Ruß zur Modifikation der
Eigenschaften (z. B. Abrieb, Reißfestigkeit, Härte) gemischt. Daraus resultiert die schwarze Färbung. Naturkautschuk besteht aus langen Polyisopren-Ketten, welche durch Zusatz von Schwefel
unter Druck und Hitze vernetzt werden können, wodurch ein elastisches Material entsteht. Dieser
Vulkanisation genannte Vorgang wurde 1839 von Charles Goodyear entdeckt. Laut Archäologen
des MIT kannten mittelamerikanische Ureinwohner das Erhitzen von Kautschuk mit Schwefel
allerdings schon vor 3600 Jahren.
SCHWEFEL
SULPUR S
Fach B
4
6
5
7
4. CdS
Cadmium ist ein Schwermetall, das bereits in relativ niedriger Dosierung die menschliche
Gesundheit schädigen kann. Cadmium schädigt die Nieren und die Knochen und beeinflusst das
Hormonsystem. Jede Freisetzung aus weiteren Quellen ist daher nach Möglichkeit zu unterbinden.
Bei Produkten mit bedeutenden Cadmiumgehalten wie Nickel/Cadmium-Akkus ist unbedingt auf
eine Entsorgung als Sondermüll und nicht als Hausmüll zu achten.
5. Schwarzpulver
Schwarzpulver besteht im Mittel aus 75 % Salpeter (Kaliumnitrat), 10 % Schwefel und 15 % Holzkohle. Schwarzpulver ist wenig schlag- und reibungsempfindlich. Die Zündtemperatur liegt sehr
niedrig (ca. 170 °C). Ein wichtiger Einsatzort ist im Steinbruch zur Gewinnung wertvoller Werksteine
wie Marmor oder Granit. Aufgrund der stark zerstörenden Wirkung von Detonationssprengstoffen
kommen diese dort nicht zum Einsatz. Da Sprengpulver nicht brisant ist, sondern schiebende Wirkung hat, wird das Gestein relativ schonend losgebrochen, man erhält Bruchstücke in verwendbarer
Größe und es entstehen keine Haarrisse.
6. MnSO4.H2O
Mangan(II)-sulfat findet Verwendung in der Landwirtschaft, der Porzellanfabrikation,
zur Desinfektion, in der Färberei und in der Holzbeize.
7. „Ultramarin-Blau“
Farbloser Sodalith (ein Mineral) hat sehr kleine Hohlräume. Diese Hohlräume sind so klein, dass
nur wenige Atome in diese Käfige passen. Bei den Ultramarinen enthalten die Hohlräume einfach
negativ geladene Polysulfid-Radikalanionen. Diese „eingesperrten“ S3-Ionen verhalten sich anders
als elementarer Schwefel. Sie absorbieren das Licht bestimmter Energie, dies entspricht einer
bestimmten Wellenlänge: Sie bilden ein „Farbzentrum“. Fällt weißes Licht – wie etwa Sonnenlicht –
auf das Pigment, so fehlt nach der Reflexion durch das Pigment der absorbierte Anteil des Lichts.
Der Mensch empfindet nun eine Farbe. „Ultramarin“ wird aus dem Mineral „Lapislazuli“ gewonnen,
von dem der beste nur an einem Fundort in Nord-Afghanistan vorkommt. Das Pigment wurde
schon im Mittelalter am Seeweg nach Europa gebracht und hier mit Gold aufgewogen ...
SCHWEFEL
SULPUR S
Fach B
9
8
8. Zinnober HgS
Historische Anwendung fand Zinnober (Mineral: „Cinnabarit“) als rotes Pigment, dem „Zinnoberrot“.
Als Pigment wurde das Mineral seit dem Altertum in der Wand-, Tafel- und Buchmalerei eingesetzt.
Weiters wurde das enthaltene Quecksilber nach Reduktion des Quecksilbersulfids als Material für
Spiegel verwendet.
9. Ammonalaun (Ammoniumaluminiumsulfat-dodekahydrat)
NH4Al(SO4)2.12H2O
Alaun (englisch: Alum, französisch: Alun, lateinisch: Alumen) wurde früher nur das kristallisierte
wasserhaltige schwefelsaure Doppelsalz von Kalium und Aluminium (Kaliumaluminiumsulfat)
genannt. Neuerdings bezeichnet man so bisweilen auch das entsprechende Ammoniumaluminiumsalz, während der Name Alaune für alle schwefelsauren Doppelverbindungen gleichartiger
chemischer Konstitution gilt MIMIII(SO4)2.12H2O, wobei dann das für Kalium bzw. Aluminium
eintretende Metall der Bezeichnung vorgesetzt wird, zum Beispiel Chromalaun für das
schwefelsaure Doppelsalz von Kalium und Chrom. Hauptsächlich wird Alaun in der Papierfabrikation, in der Gerberei zum Weißgarmachen der Häute, in der Kattundruckerei und in der
Zeugfärberei zum Beizen vorkommt. Das Pigment wurde schon im Mittelalter am Seeweg nach
Europa gebracht und hier mit Gold aufgewogen ...
SCHWEFEL
SULPUR S
Fach C
10
11
12
10. Erdöl
direkt aus der „AWP“ – Adria-Wien-Pipeline
(ÖMV/Raffinerie-Schwechat)
11. Kristallisierter Schwefel auf Calzit
(Sizilien/Italien)
12. Schwefel-Brocken und „Schwefel-Blumen“
direkt aus der Entschwefelung des Rohöls gewonnen (ÖMV/Raffinerie-Schwechat)
Ca. 95% des so gewonnenen Schwefels wird zu Schwefeldioxid verbrannt (DONAUCHEMIE,
Werk „Pischelsdorf“) und direkt zu Schwefelsäure (H2SO4) weiterverarbeitet.
Diese geht dann fast quantitativ in die Düngemittelproduktion ...
GESTEIN
Vitrine
A
B
C
GESTEIN
Fach A
2
1
1. Vulkanischer Schwefe (Kraterrand von Vulcano/Liparische Inseln/Italien)
2. Obsidian und Bimsstein
(Lipari/Liparische Inseln/Italien)
Der Name „Obsidian“ leitet sich von dem Römer Obsius her, der in der Antike den ersten Obsidian von Äthiopien nach Rom gebracht haben soll. Obsidian entsteht bei rascher Abkühlung von
Lava mit einem Massenanteil an Wasser von maximal 3–4 %. Bei höheren Gehalten an flüchtigen
Stoffen (neben Wasser hauptsächlich CO2) würde sich sonst, auch bei schneller Abkühlung, das
Gestein zu Bimsstein aufblähen. D.h. Obsidian und Bimsstein sind chemisch ident und verhalten
sich wie erstarrte Flüssigkeit mit erstarrtem Schaum ...
Die Bildung vulkanischer Gläser ist in hohem Maße von der Zähflüssigkeit und deshalb vom
Kieselsäuregehalt (je höher, desto zähflüssiger) der Lava abhängig. Aufgrund der raschen
Abkühlung kommt es nicht zur Ausbildung regelmäßiger Kristallstrukturen. Das Glas, aus dem
der Obsidian besteht, hat damit ein chaotisches, amorphes Gefüge. Obsidian war wegen seines
scharfen muscheligen Bruchs von der Steinzeit bis zum Mittelalter heiß begehrt für Messerklingen oder Pfeilspitzen.
GESTEIN
Fach B
4
3
6
7
5
3. Olivinbombe (Kapfenstein, Stmk)
Dieses Mineralgeschoß aus dem obersten Erdmantel wurde vor ca. zwei Millionen Jahren mit
dem Magma durch die gesamte Erdkruste transportiert und bei einem stark explosiven Vulkanausbruch durch die Luft gewirbelt. Diese eisenhältigen und daher schweren Kristalle gehören zu
den ersten Mineralbildungen einer abkühlenden Gesteinsschmelze.
4. Granitplatte rot
5. Flußspat-Gang (Erzgebirge, Sachsen)
6. Versteinerte Auster (Stetten bei Korneuburg)
Das größte fossile Austernriff der Welt liegt am Teiritzberg bei Stetten. Die Hauptsedimentations-Phase im Korneuburger Becken setzt erst im Karpatium vor ca. 17 Millionen Jahren ein.
Nun beginnt der Untergrund rasch abzusinken. Gleichzeitig liefern Flüsse genug Sand und
Schlamm, um dieses Absinken auszugleichen. Obwohl das Becken im Laufe der Zeit hunderte
Meter absinkt, bleibt das Meer daher immer sehr seicht und wird kaum tiefer als 20-30 Meter.
Vor 16 Millionen Jahren endete das Absinken des Untergrundes. Das Meer zieht sich aus dem
Korneuburger Becken zurück.
7. Uraninit aus 1000 m Tiefe (Dolny Rozinka/Tschechien)
Dolny Rozinka ist das letzte noch aktive Uran-Bergwerk in Europa. Das Erz (Uraninit) enthält
Uranoxid („Pechblende“) im hundertstel Prozent-Bereich. Das Erz wird in weitverzweigten Stollen
in 1000 m Tiefe bergmännisch abgebaut, in Hunten kilometerweit zum Förderschacht gebracht,
zu Tage befördert und über Tage nasschemisch aufgeschlossen.
GESTEIN
Fach C
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10
9
8. Basalt (Fundort: Fichtelgebirge)
Basalt: Entsteht bei der Aufschmelzung des Erdmantels, dünnflüssiges, SiO2-armes Magma
erkaltet an der Erdober-fläche oder im Ozean beim Austritt relativ schnell zu Basaltlava. Die Magmenhaben bei ihrem Austritt in der Regel Temperaturen zwischen 900 °C und 1200 °C abhängig
von ihrem Chemismus. Es befinden sich häufig auch Einschlüsse von Mineralen oder ganzen
Gesteinen mit einem höheren Schmelzpunkt darin, die beim Aufstieg mitgerissen wurden. Basalt
ist, betrachtet man sowohl die Festländer als auch den Grund der Meere, das Gestein mit der
größten Verbreitung.
9. Roter Sandstein (Fundort: Langen bei Darmstadt/ Deutschland)
Sandstein: Entsteht durch die Verkittung (Zementation) von lockerem Sand und Beimengungen
groberer oder feinerer Sedimentpartikel (Ton, Silt, Gerölle). Er ist, im Gegensatz zu chemischen
und biogenen (überwiegend aus Resten von Lebewesen zusammengesetzten) Gesteinen, wie
Kalkstein oder Kohle, klastischen (detritischen) Ursprungs, besteht also aus Kleinsttrümmern
verwitterter und abgetragener Gesteine. (Quelle: Wikipedia)
10. Granate in Glimmerschiefer (Fundort: Donnersbachwald / Steiermark)
Granate: Kommen in massiver Form oder körnig, häufig aber auch als makroskopische Kristalle
vor, die bis zu 700 kg schwer werden können. Besonders häufig findet man Granate in metamorphen Gesteinen wie Gneis oder Glimmerschiefer; daneben treten sie auch in magmatischen
Gesteinen und sedimentär in Schwermineralseifen (Strandsedimente, Flusssedimenten) auf.
Die Korngröße von Glimmerschiefer ist mittel- bis grobkörnig, die aufbauenden Minerale sind
parallel zueinander eingeregelt.
Glimmerschiefer: Wie für Schiefer charakteristisch, zeigt Glimmerschiefer ebene, unebene oder
gewellte Schieferungsflächen, anhand derer das Gestein zu Platten aufgespalten werden kann.
Typisch für frisch aufgebrochene Glimmerschieferplatten ist der intensiv schimmernde Glanz.
Glimmerschiefer entsteht durch Umwandlung (Metamorphose) von Tonmineralen, Tonsteinen
oder sandigen Gesteinen in Glimmerminerale . Infolge von mittleren bis hohen Temperaturund Druckverhältnissen werden die Gemengeteile (d.h. die gesteinsaufbauenden Minerale)
aufgeschmolzen, anschließend erfolgt die Rekristallisation und durch den dabei vorherrschenden
einseitigen Druck entsteht das charakteristische Schiefergefüge.
GESTEIN
Fach C
11
13
12
11. Granitplatte (Gesteinsfund: Herschenberg / Niederösterreich)
Granite entstehen durch die Erstarrung von Gesteinsschmelzen (Magma) innerhalb der
Erdkruste, meistens in einer Tiefe von mehr als zwei Kilometern unter der Erdoberfläche. Im
Gegensatz dazu stehen die vulkanischen Gesteine, bei denen das Magma bis an die Erdoberfläche dringt. Granit ist deshalb ein Tiefengestein (Fachausdruck: Plutonit). Die Schmelztemperatur
von granitischen Magmen unter Atmosphärendruck liegt bei 960 °C. Granite entstehen in den
meisten Fällen nicht aus Material des Erdmantels, sondern aus aufgeschmolzenem Material der
unteren Erdkruste. (Quelle: Wikipedia)
12. Glimmer aus einem Pegmatitgang (Fundort: Königsalm / Niederösterreich)
Glimmer : Eine ganze Reihe von Schichtsilikaten mit Aluminium-Silizium-Sauerstoff-Tetraeder
als Grundbausteine, die in Ebenen angeordnet sind. Diese Kristallgitterschichten werden durch
Elemente wie Mg, Ca, Na, K, Al u.a. locker zusammengehalten. Als Folge dieses schichtartigen
Aufbaus lassen sich Glimmer sehr gut spalten.
Pegmatit: Grobkristalline Ganggesteine, die aus sehr großen, meist etwa 2 bis 2,5 cm großen
Kristallen bestehen und im wesentlichen der Zusammensetzung von Granit entsprechen.
Sie bestehen also hauptsächlich aus den Mineralen Feldspat, Quarz und Glimmer und
haben durch die hellen Hauptbestandteile Quarz und Feldspat ein sehr helles Aussehen.
13. Magnetkies, „Pyrrhotin“
(Fundort: Erzgebirge/Sachsen)
Pyrrhotin, veraltet auch als Magnetkies bezeichnet, ist ein häufig vorkommendes Mineral aus der
Mineralklasse der „Sulfide und Sulfosalze“. Bronzefarbenes bis braunes, metallisch glänzendes,
undurchsichtiges, ferromagnetisches Mineral der näherungsweisen Zusammensetzung FeS,
dazu etwas Nickel.
NICKEL
NICCOLUM Ni
Symbol: Ni (Niccolum)
Ordnungszahl: 28
Massenanteil and der Erdhülle: 0,015 %
Dichte: 8,908 g/cm3
Mohshärte: 4,0
Schmelzpunkt: 455 °C
Der größte Teil der Ni-Produktion wird für nichtrostenden Stähle
(»Chrom-Nickel-Stahl«) und Münzen (z.B. in unserem Euro) verwendet.
Die Reserven an nach heutigen Gesichtspunkten abbauwürdigen
Nickelvorkommen liegen zwischen 70 und 170 Millionen Tonnen.
Gegenwärtig werden weltweit jährlich weit mehr als eine Million Tonnen
(2006: 1,340 Mio. Tonnen) gefördert. Reinstes Nickelmetall wird darüber
hinaus in feinverteilter Form als Katalysator bei der Hydrierung
ungesättigter Fettsäuren (Margarine-Herstellung) verwendet.
Electrolytisch raffiniertes 99,9% Nickel als Knolle
Nickelmetall dient weiters als Überzugsmetall zum Korrosionsschutz
(»Vernickeln«) von Metallgegenständen: Wegen seiner vor Oxidation schützenden
Eigenschaften werden Metalle (insbesondere Eisen) mittels galvanischer Technik
für bestimmte technische Zwecke mit einer Nickelschicht überzogen.
Nickel in Akkus hat zwar große technologische Bedeutung, fällt aber
mengenmäßig nicht sonderlich ins Gewicht.
Das Fünf-Cent-Stück ist eine Münze der Vereinigten Staaten. Sein Wert entspricht
einem Zwanzigstel US-Dollar. Die seit 1866 aus unedlem Metall (Kupfernickel)
geprägte Münze hat den Übernamen Nickel bekommen, der sich
als allgemein gebräuchliche Bezeichnung durchgesetzt hat.
Seit 1938 ist auf der Vorderseite der Münze das Porträt von
Thomas Jefferson, dem dritten US-Präsidenten, abgebildet
und auf der Rückseite (mit einer kurzen Unterbrechung
2004/05) sein Landsitz Monticello.
Nickelchlorid NiCI2
Nickelsulfat NiSO4 7H2O
NICKEL
NICCOLUM Ni
Vitrine
A
B
C
NICKEL
NICCOLUM Ni
Fach A
1
1. Schalen aus Nickel
„Abdampfschalen“, wie sie in chemischen Laboratorien verwendet werden.
Fach B
2
3
2. Cis-/trans-cyclohexandiammin-Nickel (gelb bzw.violett)
[Ni(cis-chxn)2]Cl2:
blassgelbes, feinkristallines Komplexsalz. Diamagnetisch; planar-quadratische Konfiguration.
[Ni(trans-chxn)2(H2O)2]Cl2:
violettes feinkristallines Komplexsalz. Paramagnetisch; oktaedrische Konfiguration.
3. Hexamminnickel(II)-chlorid [Ni(NH3)6]Cl2
Löst man etwas Nickelchlorid NiCl2 in Wasser auf, so erhält man eine Lösung in der die
Nickel(II)-Ionen von je 6 Wassermolekülen umgeben sind: [Ni(H2O]6]2+ Die Lösung ist grün!
Gibt man ausreichend Ammoniaklösung hinzu (NH3), färbt sich die Lösung intensiv violett !
Durch „Ligandenaustausch“ hat sich volettes [Ni(NH3)6]2+ gebildet, das sich beim Einengen mit
zwei Cl Gegen-ionen vereinigt und als tiefviolettes Salz auskristallisiert ...
NICKEL
NICCOLUM Ni
Fach C
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4
5
4. Chromnickel-Stahl Halbzeug und Laborgeräte
5. Nickel(II)-nitrat-hexahydrat Ni(NO3)2.6H2O
Besonderheiten:
Starkes Oxidationsmittel!
Gibt beim Erhitzen ab 45°C das
Tetrahydrat Ni(NO3)2.4H2O, ab 80°C das Dihydrat Ni(NO3)2.2H2O und bei 120°C basisches
Nickelnitrat Ni(OH)NO3. Beim Abkühlen bildet sich das u.A Nanohydrat Ni(NO3)2.9H2O!
Verwendung:
- als braunes Pigment in der
Keramikindustrie
- in der Färberei als Beizmittel
- zum elektrolytischen Vernickeln
- zum Herstellen von reinstem
Katalysatornickel