Dies ist eine Auswahl der in der Vorlesung Einführung in die Anorganische Chemie im WS 2007/08 gezeigten Powerpoint-Folien im pdf-format, ohne

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Dies ist eine Auswahl der in der Vorlesung Einführung in die Anorganische Chemie im WS 2007/08 gezeigten Powerpoint-Folien im pdf-format, ohne"

Heiko Eberhardt
vor 5 Jahren
Abrufe

1 Dies ist eine Auswahl der in der Vorlesung Einführung in die Anorganische Chemie im WS 2007/08 gezeigten Powerpoint-Folien im pdf-format, ohne Abbildungen. Ausschließlich als Lehrmaterialien für den universitätsinternen Gebrauch bestimmt. Die Inhalte dieses Dokuments unterliegen dem Urheberrecht. Für die Inhalte wird keine Gewähr übernommen.

2 Technische Gewinnung von H2 zur Zeit fast ausschließlich aus fossilen Rohstoffen (Milliarden m 3 /Jahr, Welt): gezielt: Steam Reforming (Erdgas): 190 partielle Oxid. von Schweröl: 120 als Nebenprodukt bei: Reforming von Benzin: 90 Koksherstellung: 50 Ethylen-Produktion: 30

3 Steam Reforming von Erdgas (Beispiel Methan): 900 C CH 4 (g) + H 2 O(g) CO(g) + 3 H 2 (g) Ni(Kat) anschließend Kohlenoxid-Konvertierung: 450 C CO(g) + H 2 O(g) CO 2 (g) + H 2 (g) Co 3 O 4 (Kat) Synthesegas Entfernung durch Auswaschen mit Wasser (CO 2 löst sich gut in Wasser, H 2 dagegen fast nicht)

4 Wasserstoffgewinnung bei der Koks-Herstellung: Kohlevergasung Koks entsteht durch starkes Erhitzen von Steinkohle (Verflüchtigung organ. Verunreinigungen) Dabei kann durch Teilverbrennung des C auch H 2 gewonnen werden 1000 C C(s) + H 2 O(g) CO(g) + H 2 (g) Wassergas Endotherme Reaktion; Erhalt der Reaktionstemperatur durch Zufuhr von O 2 teilweise Verbrennung des C anschließend Kohlenoxid-Konvertierung

(mit Nichtmetallen, z.b. NH 3, H 2 O, SiH 4 ) (mit elektropositiven Hauptgruppen- Metallen, z.b. NaH, MgH 2, LiAlH 4 ) (mit vielen Übergangsmetallen, oft nichtstöchiometrisch, z.

5 (mit Nichtmetallen, z.b. NH 3, H 2 O, SiH 4 ) (mit elektropositiven Hauptgruppen- Metallen, z.b. NaH, MgH 2, LiAlH 4 ) (mit vielen Übergangsmetallen, oft nichtstöchiometrisch, z.b. PdH 0-1 ) kovalent N ionisch Na + Einlagerung Pd H H H Na + H - Na + Pd H Pd Na + Pd (NaH: NaCl-Struktur) (H in Oktaederlücken)

6 Die Edelgase Helium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe), Radon (Rn) Vorkommen: Bestandteile der Luft, Argon am häufigsten h mit 1% Volumenanteil Helium wesentlicher Bestandteil der Sonne Eigenschaften: unter Normalbedingungen Gase, liegen atomar vor. Chemisch sehr inert, da stabile Elektronenkonfiguration (Oktett).. Erst 1962 wurden erstmals Verbindungen von Edelgasen beschrieben (Xe-Fluoride). He, Ne, Ar: bis heute keine stabilen Verbindungen bekannt Verbindungen Kr, Xe: in erster Linie Fluoride und Oxide Xe + F 2 XeF 2 Xe + 2 F 2 XeF 4 Xe + 3 F 2 XeF 6 XeF H 2 O XeO HF

7 von F 2 Elektrochemische Darstellung aus HF:

10 Aggressive, stark ätzende Flüssigkeit

12 HBr ist eine starke Säure!

13 Singulett - Sauerstoff Triplett Sauerstoff ( 3 O 2 ) ist der normale Sauerstoff und enthält zwei ungepaarte Elektronen mit gleichem Spin. Eine energiereiche, sehr kurzlebige Form mit entgegengesetzten Elektronenspins, der Singulett Sauerstoff ( 1 O 2 ), kann photochemisch (in Gegenwart von Sensibilatoren) aus O 2 erzeugt werden. Singulett Sauerstoff entsteht auch als Primärprodukt bei bestimmten Reaktionen, z.b. der Oxidation von H 2 O 2 durch NaOCl. Das rötliche Leuchten ist auf den Übergang von 1 O 2 zu 3 O 2 zurückzuführen, wobei Energie in Form von Licht frei wird. 92 kj/mol Triplett O 2 (Grundzustand) Singulett O 2 (angeregter Zustand) Singulett Sauerstoff ist ein viel aggressiveres Oxidationsmittel als Triplett Sauerstoff!

15 Ozon - Umweltproblematik Wieso ist in 25 km Höhe (Stratosphäre) zu wenig Ozon ( Ozonloch ), boden nah in Großstädten aber zeitweise zu viel Ozon ( Ozonwarnung, Smog)? 1) Ozonloch: In 25 km Höhe entsteht und zerfällt Ozon durch Einwirkung kurzwelliger UV Strahlung. Es baut sich eine Gleichgewichtskonzentration auf ( eines von Gasmolekülen ist Ozon). Das Ozon absorbiert UV Strahlung im Bereich nm fast vollständig, die sonst bis zur Erdoberfläche durchdringen würde: hν (220nm) O 2 2 O O + O 2 O 3 hν ( nm) 2 O 3 3 O 2 Fluorkohlenwasserstoffe (z.b. CF 3 Cl) gelangen in die Stratosphäre und werden dort ebenfalls gespalten: CF 3 Cl hν F 3 C + Cl Chlorradikale katalysieren den Zerfall von Ozon. Ein Cl Radikal kann O 3 Moleküle zerstören! Deutliche Abnahme der stratosphärischen Ozon-Konzen tration in den letzten Jahrzehnten Cl + O 3 ClO + O 2 ClO + O 3 Cl + 2 O 2 Verwendung von FCKW ist durch Umweltgesetzgebung bereits stark eingeschränkt (ist aber nicht die einzige Ursache für Ozonabbau)

16 Ozon - Umweltproblematik 2) Ozonwarnung (Smog): Voraussetzungen: intensive Sonneneinstrahlung (Sommer) und Autoabgase (Stickoxide) NO 2 UV - Licht NO + O (stark vereinfachte Darstellung) O 2 + O O 3 So können sich gefährliche Lokalkonzen trationen von O 3 (stark giftig!) aufbauen

17 Schwache Säure (z.b. NaHS) (z.b. Na 2 S) Viele Metallsulfide sind schwer löslich.

18 SO 3 ist das Anhydrid der Schwefelsäure

19 : nicht isolierbar (vgl. Kohlensäure) mittelstarke Säure (z.b. NaHSO 3 ) (z.b. Na 2 SO 3 )

20 Schwefelsäure H 2 SO 4 Technische Darstellung aus Schwefel in mehreren Teilschritten nach dem Kontaktverfahren ½O 2 H 2 O S + O 2 SO 2 SO 3 H 2 SO 4 Kat. SO 2 Oxidation erfordert einen Katalysator (S verbrennt an der Luft zu SO 2, nicht zu SO 3 )

21 SO 3 wird nicht in Wasser, sondern in H 2 SO 4 eingeleitet, da es sich in Wasser zu langsam löst. Das Wasser wird der Schwefelsäure (bzw. Dischwefelsäure) zugesetzt.

22 Verwendung der Schwefelsäure 60 % für die Herstellung von Düngemitteln, Aufschluss von Calciumphosphat zum löslichen Superphosphat (Ca(H 2 PO 4 ) 2. 2 CaSO4 ) Darstellung anderer Säuren (HCl, H 3 PO 4 ) Sulfonierung / Nitrierung organischer Verbindungen Elektrolyt im Bleiakkumulator

23 starke, zweiprotonige Säure (z.b. NaHSO 4 ) (z.b. Na 2 SO 4 )

24 Darstellung von Stickstoff Die physikalische Trennung zur Gewinnung von sehr reinem Stickstoff erfolgt in der Technik durch Verflüssigung und nachfolgende fraktionierende Destillation (Linde-Verfahren)

25 Chemische Eigenschaften

26 Chemische Eigenschaften schon bei Raumtemperatur: glühend kj freiwerdende, molare Reaktionswärme

27 Einfluß von Druck und Temperatur auf die Gleichgewichtsreaktion von N 2 und H 2 zu NH 3 N H 2 2 NH 3 hohe NH 3 -Ausbeuten bei: - geringer Temperatur, da exotherm (aber: dann Reaktion zu langsam) - hohem Druck, Flucht vor dem Zwang Haber-Bosch-Verfahren: T = 500 C, p = 200 bar, Fe Katalysator (heterogene Katalyse)

28 Physikalische Eigenschaften des Ammoniaks trigonal - pyramidal

29 Hydrazin H 2 N NH 2

30 Chemische Eigenschaften Gleichgewicht bei Raumtemperatur rechts

Eisen NO Komplexe und Nitroglycerin setzen im Organismus NO frei Medikamente!

31 Biologische Relevanz von NO NO: Neurotransmitter, entscheidend für Ausbildung des Langzeitgedächtnisses. Es wirkt auch gefäßerweiternd und blutdrucksenkend. Eisen NO Komplexe und Nitroglycerin setzen im Organismus NO frei Medikamente! Wirkungsweise von NO: aktiviert ein Fe haltiges Enzym (Guanylat Cyclase) durch Koordination an Fe Umweltrelevanz von NO Im Autoabgas, aus N 2 und O 2 bei hohen Temperaturen; Autokatalysator: katalysiert u.a. den Zerfall von NO in die Elemente.

32 Darstellung von N 2 O 5 P 4 O 10 P 4 O 10 P 4 O 10, das Anhydrid der Phosphorsäure, hat stark wasserbindende Eigenschaften

33 Eigenschaften der salpetrigen SäureS HNO 3 + H 2 O

34 Großtechnische Darstellung von Salpetersäure Verwendung vor allem in Düngmitteln (z.b. als NH 4 NO 3 )

35 Physikalische Eigenschaften

36 Sprengstoffe Schwarzpulver: KNO 3 (Salpeter) + C + S Schießbaumwolle: Nitrocellulose TNT: Trinitrotoluol

Ähnliche Dokumente

3. Übung Grundlagen der Hauptgruppenchemie

Allgemeine und Anorganische Chemie 3. Übung Grundlagen der Hauptgruppenchemie Aufgabe 1: Beschreiben Sie die Herstellung von Schwefelsäure nach dem Kontaktverfahren mit Hilfe von chemischen Gleichungen