Eigenschaften der Alkalimetalle

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1 Eigenschaften der Alkalimetalle Z χ F P K P Flammenfärbung Li Na 11 0, K 19 0, Rb 37 0, Cs 55 0, Fr 87 0, rot gelb violett violett-rot blau

2 Eigenschaften der Alkalimetalle Valenzelektronenkonfiguration [Edelgas]ns 1 niedrige Ionisierungsenergie I 1 : 3,89(Cs) - 5,39(Li) ev Ionenwertigkeit immer M + weiche, silberweiße Metalle (Cs goldgelb durch Spuren von Verunreinigungen) Leichtmetalle 0,53(Li) 1,87(Cs) gcm -3 niedrige Schmelzpunkte 28(Cs) 181 o C (Li) Atomradien 152 (Li) 266(Cs) pm Ionenradien 76 (Li + ) 167(Cs + ) pm

3 Eigenschaften der Alkalimetalle unedel, ε o = -3,05(Li) -2,92 (Cs) V kristallisieren im Wolfram-Typ (W-Typ) gute thermische und elektrische Leitfähigkeit sehr reaktiv mit Zunahme vom Li zum Cs Lithium zeigt chemische esonderheiten und ist mit dem Magnesium verwandt (Schrägbeziehung im PSE) Francium (Fr) ist radioaktiv und existiert nur in Spuren in der Erdkruste

4 Wolfram-Typ (kubisch-innenzentriert) KZ = 8 KP = Würfel KZ = KP = Rhombendodekaeder

5 Energieniveauschemata von O 2 -Spezies Spezies d/pm O =bin. -anti. eispiele π g * O = 4-3 Peroxide O ,5 = Hyperoxide O = 4-2 Sauerstoff O ,5 =4-1.5 Dioxygenylsalze

6 Schrägbeziehung Li - Mg Hydroxide Carbonate Phosphate Reaktion mit O 2 Reaktion mit N 2 Lithium und Magnesium schwer löslich schwer löslich schwer löslich Oxide O 2- : Li 2 O, MgO Li 3 N, Mg 3 N 2 Natrium leicht löslich leicht löslich leicht löslich Peroxid mit O 2 2- : Na 2 O 2 keine Nitride

7 Schema einer Downs-Zelle NaCl Cl 2 Na(fl.) ringförmige Eisen-Kathode ringförmige Eisen-Kathode Graphit-Anode Schmelze (NaCl+CaCl 2 +acl 2 )

8 Alkalimetallsuboxide b a c c Rb+0 O+0 b a Cs+0 O+0 Rb 9 O 2 Cs 11 O 3

9 Die Kristallstruktur des NaCl 281 pm NaCl 6/6 AγαCβAγαCβ Na+1 Cl-1

10 Die Kristallstruktur des CsCl 356 pm CsCl 8/8 Cs+1 Cl-1

11 Eigenschaften der Erdalkalimetalle Z χ F P K P Flammenfärbung e 4 1, Mg 12 1, Ca Sr a 56 0, ziegelrot rot grün Ra 88 0,

12 Eigenschaften der Erdalkalimetalle Valenzelektronenkonfiguration [Edelgas]ns 2 niedrige Ionisierungsenergie I 1 : 5,2(a) - 9,3(e) ev relativ niedrige I 2 : 10,0(a) - 18,2(e) ev Ionenwertigkeit immer M 2+ weiche, silberweiße Metalle Leichtmetalle 1,85(e) 3,62(a) gcm -3 Schmelzpunkte 726(a) 1285 o C (e) Atomradien 111 (e) 217(a) pm Ionenradien 45 (e) 135(a) pm

13 Eigenschaften der Erdalkalimetalle unedel, ε o = -1,85(e) -2,91 (a) V kristallisieren im Mg-Typ (e, Mg) Cu-Typ (Ca, Sr) W-Typ (a) gute thermische und elektrische Leitfähigkeit reaktiv sind Ca, Sr, a eryllium zeigt chemische esonderheiten und ist mit dem Aluminium verwandt (Schrägbeziehung im PSE) Radium ist radioaktiv

14 Schrägbeziehung e - Al eryllium und Aluminium Magnesium Hydride Chloride Hydroxide kovalentes (eh 2 ) x und (AlH 3 ) x kovalentes (ecl 2 ) x und (AlCl 3 ) x amphoter salzartiges MgH 2 salzartiges MgCl 2 basisch

15 Mg-Typ (hexagonal-dichteste Packung) hexagonal primitive Elementarzelle, a = b, c, α = β= 90 o, γ = 120 o KZ = 12 KP = Antikuboktadeder

16 Mg-Typ (hexagonal-dichteste Packung) A A A hexagonal dicht gepackte Ebene 3 6 -Netz

17 Die Kristallstruktur des CaF pm CaF 8/4 AαββγCγαAαββγCγα Ca+2 F-1

18 Die Kristallstruktur des CaF2

19 Übersicht 13. Gruppe Z χ F ( C) P K ( C) P * Al 13 1, Ga 31 1, In 49 1, Tl 81 1, * Sublimation

20 Übersicht 13. Gruppe Al Ga In Tl Metallcharakter Affinität zu elektropositiven Elementen Affinität zu elektronegativen Elementen Saurer Charakter der Hydroxide Salzcharakter der Halogenide eständigkeit der H-Verbindungen Stabilität der max. Ox-Stufe Höchste Wertigkeit gegen O, F ohne Vorzeichen Höchste Wertigkeit gegen H, I ohne Vorzeichen nimmt zu nimmt ab nimmt zu nimmt ab nimmt zu nimmt ab nimmt ab 3 3

21 Übersicht 13. Gruppe Al Ga In Tl F /oc P K /oc P ε o (III/0)/V -0,87-1,68-0,53-0,34 0,72 εo(i/0)/v ,13-0,34 εo(iii/i)/v ,44 1,25 Aggregatzustand bei RT s s s s s Kristallstruktur 3[] 3[Al] 3[Ga] 3[In] 3[Tl]

22 Kristallstruktur des α-or (hr) A C +0 A

23 Kristallstruktur des α-or (hr) 13 MO mit 26e pm 2e3c 202 pm 2e2c 171 pm

24 Kristallstruktur des β-or (hr) A C A

25 Kristallstruktur des β-or (hr)

26 Korund: Al 2 O 3

27 Gibbsit: Al(OH) 3

28 Schmelzflusselektrolyse zur Al- Herstellung

29 Thermit-Verfahren geeignet für Fe, Cr, Ni größte edeutung: Aluminothermie (auch Thermit-Schweißen ) 3Fe 3 O 4 +8Al 4Al 2 O 3 + 9Fe (fl.) T bis 2500 C

30 Vor dem Schweißen werden die Schienen mit Keilen eingerichtet, danach wird eine entsprechend große Lücke frei geschnitten. Thermitschweißen Um diese Lücke kommt eine Form, die mit einem Sandgemisch abgedichtet wird. Über diese Form kommt ein Tiegel mit Spezialinhalt der gezündet wird. Dann

31 ...leuchtet es aus dem Tiegel wie bei einem Feuerwerk. Danach rinnt der flüssige Stahl aus dem Tiegel in die Form. Der überflüssige Stahl wird in einer Schale aufgefangen. Nach dem Abkühlen wird die Form abgebrochen......und die Schiene auf Zehntelmillimeter genau geschliffen.

32 Die Kristallstruktur des Aluminiums: Cu-Typ Die kubisch-flächenzentrierte Elementarzelle KZ = 12 KP = Kuboktaeder

33 Dichteste Kugelpackungen: Cu-Typ C A A C C A A C C A

34 Korund: Al 2 O 3 A A A A Aγ 2/3 γ 2/3 Aγ 2/3 γ 2/3 Aγ 2/3

35 Gallium Geschichte 1871Vorhersage von Eka-Al durch Mendelejew 1875 spektroskopischer Nachweis von Ga durch Paul-Emil Lecoq de oisbaudron Name: Zu Ehren Frankreichs (Gallia) Vorkommen 0,01% in auxit durch Ersatz von Al 3+ durch Ga 3+ CuGaS 2 Gallit Ga(OH) 3 Söhngeit

36 Gallium Physikalische Eigenschaften silberglänzendes, weiches Metall sehr niedriger Schmelzpunkt F P = 29,8 o C K P = 2403 o C kristallisiert orthorhombisch im Ga-Typ KZ = 7 und Ausbildung von Ga 2 -Hanteln gute thermische und elektrische Leitfähigkeit Verwendung Herstellung von Halbleitern GaAs, GaSb, GaP

37 Die Kristallstruktur des Galliums b c b c a Ga pm 269 pm 273 pm KZ pm 278 pm 273 pm

38 Indium Geschichte 1863 spektroskopischer Nachweis von In durch F. Reich und H. Richter in Zinkblende aus Freiberg Name: von Indigo aufgrund der blauen Spektrallinie Vorkommen bis zu 0,2% in speziellen Zinkblenden FeIn 2 S 4 Indit CuInS 2 Roquesit

39 Indium Physikalische Eigenschaften silberglänzendes, weiches Metall niedriger Schmelzpunkt F P = 156,6 o C K P = 2080 o C kristallisiert tetragonal verzerrt im W-Typ KZ = gute thermische und elektrische Leitfähigkeit Verwendung Legierungszusatz für Speziallote

40 Thallium Geschichte 1861 spektroskopischer Nachweis von Tl durch Sir W. Crookes im leikammerschlamm Name: von thallos (gr.) = grüner Zweig aufgrund der grünen Spektrallinie Vorkommen geringe Mengen in Sulfiden und Kalisalzen (Cu,Tl,Ag) 2 Se Crookesit TlAsS 2 Lorandit

41 Thallium Physikalische Eigenschaften Silber glänzendes, weiches Schwermetall niedriger Schmelzpunkt F P = 303,1 o C K P = 1457 o C kristallisiert im Mg - Typ KZ = 12, hexagonal dichteste Kugelpackung gute thermische und elektrische Leitfähigkeit giftig Verwendung TlCl für optisch IR durchlässige Fenster Tl 2 S für Photozellen, Tl 2 O für Gläser