Gewinnung von Fluor, Brom und Iod

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Clemens Waltz
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1 Inhalt: Einleitung Fluor Gewinnung von Fluor, Brom und Iod *Eigenschaften und Vorkommen *Gewinnungsmethode *Problematik und Verwendung Brom *Eigenschaften und Vorkommen *Gewinnungsmethode *Problematik und Verwendung Iod Raum April 2006 Michaela Goerke Anorganische Chemie Burgsteinfurt *Eigenschaften und Vorkommen *Gewinnungsmethode *Problematik und Verwendung Zusammenfassung Quellen

Einleitung Fluorit ( Flussspat) Fluor, Brom und Iod gehören zu den Halogenen In Industrie und Medizin von Bedeutung Fluor wird vor allem in der Industrie eingesetzt Iod ist essentiell als

2 Einleitung Fluorit ( Flussspat) Fluor, Brom und Iod gehören zu den Halogenen In Industrie und Medizin von Bedeutung Fluor wird vor allem in der Industrie eingesetzt Iod ist essentiell als Spurenelement Brom ist in beiden Bereichen (Industrie,Versorgung) wertvoll Elektrochemische und rein chemische Gewinnungsmethoden Brom verdampft bei Zimmertemperatur Iod auskristallisiert

Fluor relative Atommasse: 18,9984032 Ordnungszahl: 9 Schmelzpunkt: -219,62 C Siedepunkt: -188,14 C Oxidationszahlen: -1 Dichte: 1,696 g/l Härte (Mohs): --- Elektronegativität (Pauling): 3,98

3 Fluor relative Atommasse: 18, Ordnungszahl: 9 Schmelzpunkt: -219,62 C Siedepunkt: -188,14 C Oxidationszahlen: -1 Dichte: 1,696 g/l Härte (Mohs): --- Elektronegativität (Pauling): 3,98 Atomradius: 70,9pm Elektronenkonfiguration: [He]2s 2 2p 5 - Bei Raumtemperatur farbloses, in dicken Schichten grünlich erscheinendes Gas - stechender Geruch - dimeres Molekül (F 2 ) - elektronegativtes Element -extrem reaktiv -extrem giftig Flussspatoktaeder Historisches: *1530 erste Erwähnung im Flussspat *1556 erster Einsatz als Fliessmittel bei der Erzschmelze *1670 Glasätzung durch säurebehandeltes CaF 2 (Flussspat) *1886 Erstherstellung von elementarem Fluor durch Henri Moissan Vorkommen: * In der Natur nur in Form seiner Verbindungen da hoch reaktiv * Wichtigste Verbindungen Flussspat und das Kryolith * Abbaugebiete sind Mexico, China, Südafrika und die USA

Gewinnungsmethode von Fluor Großtechnische Gewinnung auf elektrochemischem Weg Rein chemische Verfahren bekannt, jedoch nicht ökonomisch da zu kompliziert Wichtigster Rohstoff ist Flussspat

4 Gewinnungsmethode von Fluor Großtechnische Gewinnung auf elektrochemischem Weg Rein chemische Verfahren bekannt, jedoch nicht ökonomisch da zu kompliziert Wichtigster Rohstoff ist Flussspat Elektrolyse aus Kaliumfluorid in flüssigem Fluorwasserstoff Benötigter FH wird aus Flussspat gelöst in Schwefelsäure gewonnen Kontinuierliche Zufuhr notwendig für laufenden Prozess Reaktionsgleichung Ladungsträger: KF(s) + HF(l) -> HF 2- + K + HF-Ausgleich: CaF 2 (s) +H 2 SO 4 (l) -> CaSO HF(g) Elektrolyse: a) Kathode: 2e - + 2H + -> H 2 b) Anode: 2HF 2 - -> F 2 + HF + e - 2 HF -> H 2 + F 2 Verwendung von graphitfreien Kohlenstoffelektroden oder Monelzellen ( spezielle Nickel-Kupfer-Legierung) Fluorit

5 Problematik und Verwendung Problematik Aggressive Oxidationskraft des Fluors Vermeidung aller brennbarer Materialien da Entzündungsgefahr Bildung hochexplosiver Gasgemische Lösung Verfahren läuft bei C (Mitteltemperatur-Verfahren) Molverhältnis 1mol KF zu 1,8-2,5mol HF in der Schmelze Vorteile des MV :*Dampfdruck über der Zelle geringer, *weniger Verschleiß, *weitere Varianz der Zusammensetzung ohne Auswirkungen Nutzung von Weichstahlbehältern Temperaturkontrolle durch Kühlung-(an) bzw. Heizung(aus) Nutzung von Gasblenden oder Diaphragmen Schematischer Aufbau einer Elektrolysezelle Hellgrün: HF Einlass Gelb: Kühlmantel Türkis: Fluor Schwarz:Stahl-Kathode (Mantel) Rot: Wasserstoff Braun: Blende für Gastrennung Pink: Elektrolyt Zellendeckel Blau: Kohlenstoff-Anode Verwendung Als Ätzgas zur Barriereschichtbildung an Kunststoffen und Metallen (Autotanks) In der Agrochemie Medizin Bildschirmbeschichtungen

Brom relative Atommasse: 79,904 Ordnungszahl: 35 Schmelzpunkt: -7,25 C Siedepunkt: 58,78 C Oxidationszahlen: 7,5,3,1,-1 Dichte: 3,1226 g/cm² Härte: ----- Elektronegativität (Pauling): 2,96

6 Brom relative Atommasse: 79,904 Ordnungszahl: 35 Schmelzpunkt: -7,25 C Siedepunkt: 58,78 C Oxidationszahlen: 7,5,3,1,-1 Dichte: 3,1226 g/cm² Härte: Elektronegativität (Pauling): 2,96 Atomradius: 114,5 pm Elektronenkonfiguration: [Ar]3d 10 4s 2 4p -bei Raumtemperatur rotbraune Flüssigkeit -bildet hochgiftige rotbraunes Gas schon unterhalb des Siedepunktes - extrem ätzend -in organischen Lösemitteln sehr gut löslich Historisches: *1826 erstmals aus Meeresalgen isoliert von A.-J. Balard *1860 technische Herstellung Vorkommen: * In der Natur nur in Form seiner Verbindungen da hoch reaktiv * In Meerwasser, Solequellen und Salzseen gelöst, vor allem in den USA und Israel

Gewinnungsmethode von Brom Großtechnische Gewinnung durch chemische Umsetzung Wichtigste Reservoirs in Arkansas, Totes Meer Weiterverwendung der Mutterlaugen der Kaliumchloridgewinnung Umsetzung der

7 Gewinnungsmethode von Brom Großtechnische Gewinnung durch chemische Umsetzung Wichtigste Reservoirs in Arkansas, Totes Meer Weiterverwendung der Mutterlaugen der Kaliumchloridgewinnung Umsetzung der Solen mit Chlor Ausblasen des Broms und anschließende Einleitung in Laugen bei schwach konzentrierten Ausgangsgemischen Zwei verschiedene Verfahren je nach Bromkonzentration Reaktionsgleichung 1.Für Carnallit-Endlaugen: 2MgBr +Cl 2 -> Br 2 + MgCl 2.Für Bromidärmere Laugen: 3Br + 6 OH - -> 5Br - + BrO H 2 O nach dem ansäuern (H 2 SO 4 ) 5Br - + BrO H + -> 3 Br 2 + 3H 2 O Brom im Reagenzglas

Problematik und Verwendung Problematik Hochreaktive und ätzende Stoffe involviert Leichte Verunreinigungen der Endsubstanz Mögliche Bildung hochgiftiger Gase Konzentrationen in den Laugen variieren

8 Problematik und Verwendung Problematik Hochreaktive und ätzende Stoffe involviert Leichte Verunreinigungen der Endsubstanz Mögliche Bildung hochgiftiger Gase Konzentrationen in den Laugen variieren Wahl der richtigen Methode Methode 1: bei Carnallit-Endlaugen 80 C warme Lauge wird in, mit Glasringen gefüllten Türmen, senkrecht einem Chlor-Wasserdampfgemisch entgegen geleitet Wasserdampf entfernt das Brom ( strippen) Nach Kondensation werden die Phasen getrennt Evt. Destillation zum Entfernen von Restchlor So bitte nicht Methode 2: bei Meerwasser od. niedriger Konzentration Brom wird durch Luft aus dem kalten Reaktionsgemisch ausgeblasen Brom/Luftgemisch wird in NaOH,KOH eingeleitet Die stark konzentrierte Lösung wird angesäuert Brom scheidet sich ab Verwendung *Agrochemie *Narkosemittel *Flammschutzmittel *Fotoindustrie

9 Iod relative Atommasse: 126,90447 Ordnungszahl: 53 Schmelzpunkt: 113,6 C Siedepunkt: 184,35 C Oxidationszahlen: 7, 5, 3, 1, -1 Dichte: 4,94g/cm³ Härte (Mohs): --- Elektronegativität (Pauling): 2,66 Atomradius: 133,3pm Elektronenkonfiguration: [Kr]4d 10 5s 2 5p 5 - bei Raumtemperatur dunkelgrauer kristalliner Feststoff - sublimiert bei Zimmertemperatur in violetten Dämpfen - Dämpfe wirken stark reizend auf die Augen und Nase - weniger reaktiv als F, Br oder Cl Historisches: * die physiologische Bedeutung war schon 1500 Jahre vor unserer Zeitrechnung bekannt. * 1811 wurde Iod erstmals durch Bernard Courtois aus Seetangasche gewonnen * 1813 begann die Ersterforschung durch N. Clement-Desomes und J.-L. Gay-Lussac. * 1814 erfolgte die Namensgebung Vorkommen: * seltenste der 3, jedoch in Gewässern und Gebirgen weit verbreitet * Kommt in Meerespflanzen vor * Als Abfallprodukt bei der Aufarbeitung von Chilesalpeter * In Erdölbohr- und Mineralwässern

Gewinnungsmethoden von Iod Großtechnische Gewinnung durch chemische Verfahren Hauptquelle sind Mutterlaugen des Chilesalpeters und andere natürliche Solen Gewinnungsmethode ist Ressourcen abhängig 4

10 Gewinnungsmethoden von Iod Großtechnische Gewinnung durch chemische Verfahren Hauptquelle sind Mutterlaugen des Chilesalpeters und andere natürliche Solen Gewinnungsmethode ist Ressourcen abhängig 4 verschiedene Methoden Reaktionsgleichung 1.bei der Salpetergewinnung: a) HIO H 2 SO 3 -> HI + 3 H 2 SO 4 b) HIO HI -> 3 H 2 O + 3 I 2 2. Erdölförderung: a) 2 NaI + Cl 2 -> 2 NaCl + I 2 b) I 2 + SO H 2 O -> 2HI + H 2 SO 4 2 HI + Cl 2 -> 2 HCl + I 2 3.Lösung mit Silbernitrat: a) I - (Sole) + AgNO 3 -> AgI Komplettes Gemisch b) AgI + Fe 2+ -> Ag + FeI 2 (gelöst) Lösung c) FeI 2 + Cl 2 -> FeCl 2 (gelöst) + I 2

Problematik und Verwendung Methode 1 Abtrennung des Salpeters Verfahren wie beim Brom 1 Schwefeldioxid als Reagenz Iod scheidet sich ab Reinigung des Rohiods durch Sublimation Methode 2 Bei der

11 Problematik und Verwendung Methode 1 Abtrennung des Salpeters Verfahren wie beim Brom 1 Schwefeldioxid als Reagenz Iod scheidet sich ab Reinigung des Rohiods durch Sublimation Methode 2 Bei der Gewinnung aus Bohrungssole Umsetzung mit Chlor Ausblasen durch Luft Reinigung durch Umwandlung in HI Erneutes umsetzen mit Chlor Ausscheidung des Iods Methode 3 Klärung der Sole Zugabe der zur Fällung von AgI notwendigen Menge AgNO3 Behandlung der Sole mit Alteisen oder Stahl Bildung von Ag und FeI2 Lösung wird mit Chlor versetzt Iod scheidet sich ab Das verwendete Silber wird mit HNO3 gelöst und wiederverwendet Iodstein Methode 4 Modernste Methode Oxidation der Sole mit Chlor Behandlung der Lösung mit einem Ionenenaustauscherharz (das Iod wird als Polyiodid absorbiert und kann mit Alkali eluiert werden) Die Säule wird danach mit NaCl regeneriert Die Gewinnung aus Meeresalgen hat heutzutage keine Bedeutung mehr Verwendung: * Antiseptikum und Antimykotikum * Röntkenkontrastmittel * Hormonbestandteil ( Stoffwechselsteuerung )

12 Zusammenfassung ca9000 Weltproduktion 1775 Pink: Brom Blau:Iod Grün:Fluor Iod lässt sich am einfachsten handhaben da es weniger reaktiv und weniger gesundheitsgefährdend ist Fluor verursacht durch seine Reaktivität die meisten Probleme, hat aber den größten Einsatzbereich Brom hat mit t die größte Weltproduktion Die am weitesten verbreitete Methode zur Gewinnung von Brom bzw. Iod ist die Umsetzung mit Chlor

13 Quellen Buch: Holleman-Wiberg, Lehrbuch der Anorganischen Chemie N.N. Greenwood, A.Earnshaw, Chemie der Elemente

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