Saurer Regen, was ist das?

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1 Saurer Regen, was ist das? 1. SO x (x=2,3) => SO 2 und SO 3 SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 (schwefelige Säure) SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 (Schwefelsäure) 2. NO x (x=1,2) 2 NO + H 2 O + ½O 2 2 H NO 2 (salpetrige Säure) 3. CO x (x=1,2) 2 NO + H 2 O + 1½O 2 s. Kohlendioxid 2 H NO 3 (Salpetersäure) Oxide, sind ReakJonsprodukte der Umsetzung/ReakJon mit Sauerstoff Oxida;on, ist der Vorgang der Umsetzung/ReakJon mit Sauerstoff Element + O 2 Element O x (Oxide) Oxyde + H 2 O (O 2 ) Säure

2 Kohlendioxid CO 2 ist ein lineares, symmetrisch gebautes Molekül Es ist das einzige thermodynamisch stabile Kohlenstoffoxid und kann, als schwaches OxidaJonsmiVel, nur mit stark elektroposijven Metallen, Wasserstoff oder Koks reduziert werden (RedukJon zu CO bei ca C, RedukJon zu C bei ca C). Dieser Vorgang kommt in der Technik beim Hochofenverfahren zur MetalloxidredukJon zum Einsatz. CO 2 ist kein (permanenter) Dipol. Doch aufgrund einer Biegeschwingung entsteht ein temporäres Dipolmoment und CO 2 ist somit IR akjv: C O O O=C=O O O C

3 Kohlendioxid/Kohlensäure/"Sodawasser" I "Sodawasser" wurde vom englischen Chemiker Joseph Priestley entwickelt und stellt eine Lösung von CO 2 in Wasser dar. Die Lösung wird in einer Dose oder Flasche bei einem CO 2 Druck von 200 bis 300 kpa verschlossen. Aufgrund der guten physikalischen Löslichkeit von 1L CO 2 / 1L H 2 O können über 3L CO 2 gelöst werden. Beim Öffnen der Flasche entweicht das CO2 teilweise aufgrund der Druckerniedrigung. In Folge der schnellen Expansion des Gases kommt es im Bereich des Flaschenhalses zu einer kurzzeijgen Abkühlung auf bis zu 30 C. Durch diese niedrigen Temperaturen kondensiert der Wasserdampf und sinkt zusammen mit dem schwereren CO 2 als feiner Nebel am Flaschenrand nach unten.

4 Kohlendioxid/Kohlensäure/"Sodawasser" II Die Druckerniedrigung hat außerdem eine Wiedereinstellung des Gleichgewichts zwischen gasförmigem und gelöstem CO 2 zur Folge. Die Kohlenstoffdioxidmoleküle bilden an KondensaJonskeimen winzige Mikrobläschen, die kurze Zeit später als größere Blasen sichtbar werden und aus dem Wasser entweichen. CO 2 haljge Getränke regen den Kreislauf und die Atmung an und haben einen säuerlichen Geruch und Geschmack. Dies ist darauf zurückzuführen, dass CO 2 in Wasser Kohlensäure bildet, welche in HydrogencarbonaJonen HCO 3 und Hydronium / Oxoniumionen (Bezeichnung für protoniertes Wasser) H 3 O + dissoziiert. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO 3 + H + 99,8% der unbeständigen Säure liegen jedoch als hydrajsiertes CO 2 vor. Kohlensäure ist somit prakjsch eine schwache Säure. Es ist also falsch, das Kohlenstoffdioxid in Mineralwässern als Kohlensäure zu bezeichnen, wie man es häufig auf den EJkeVen der Flaschen lesen kann.

5 Versuch KurzzeiJge NeutralisaJon von Mineralwasser Material 5mL 1M NaOH Phenolphthalein Mineralwasser Reagenz oder Becherglas Durchführung 100 ml Mineralwasser (nicht kohlensäurearmes oder abgestandenes Wasser verwenden!) werden in einem nicht zu großen Becherglas mit 4 5 Tropfen Phenolphthalein Lösung versetzt. Nun werden ca. 5mL 1M NaOH zu der farblosen Flüssigkeit zugegeben. Beobachtung Die farblose Lösung färbt sich rot. Nach wenigen Sekunden ensärbt sich die Lösung wieder, da sich der ph Wert durch Nachbildung von Kohlensäure aus gelöstem CO 2 wieder erniedrigt.

6 Kohlenmonoxid Kohlenstoffmonoxid ist ein farb, geruch und geschmackloses gitiges Gas. Es entsteht bei der unvollständigen OxidaJon von kohlenstoualjgen Substanzen. Dies erfolgt zum Beispiel beim Verbrennen dieser Stoffe, wenn nicht genügend Sauerstoff zur Verfügung steht oder die Verbrennung bei hohen Temperaturen stavindet (siehe auch: Boudouard Gleichgewicht). Kohlenstoffmonoxid selbst ist brennbar und verbrennt mit blauer Flamme zusammen mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid. Die Länge der Bindung (111 pm) weist darauf hin, dass es sich um eine parjelle Dreifachbindung handelt. Das Molekül hat ein geringes Dipolmoment (0,12 D) und wird ot wie folgt dargestellt Zu beachten ist, dass die OkteVregel in den beiden rechten Strukturformeln nicht eingehalten wird. Die ungewöhnliche Stabilität erklärt sich auch damit, dass Kohlenstoffmonoxid mit dem sehr stabilen SJckstoffmolekül isoelektronisch ist.

7 Schwefeldioxid / Schwefeltrioxid 18 e = 6 e kommen vom Schwefel + 2 x 6 e kommen vom Sauerstoff 24 e = 6 e kommen vom Schwefel + 3 x 6 e kommen vom Sauerstoff

8 SJckstoffmonoxid / SJckstoffdioxid 17 e = 5 e kommen vom SJckstoff + 2 x 6 e kommen vom Sauerstoff 11 e = 5 e kommen vom SJckstoff + 6 e kommen vom Sauerstoff

9 Ozon

10 Energie, Strahlung, Wellenlänge

11 Hochofenverfahren zur MetalloxidredukJon Ia Gicht 200 C 400 C Ein Hochofen unterteilt sich prinzipiell in vier Bereiche, denen vier ReakJonszonen zugeordnet werden können: Schacht 900 C FeO + C FeO + CO Fe + CO Fe + CO kJ Gestell Bis 2300 C CO 2 + C + 173kJ 2 CO ( Koksüberschuss, Boudouard Gleichgewicht s. S. 65 in Chemie 1 Allgemeine und anorganische Chemie, Dr. Franz Neufingerl, 2006 ) C + O 2 ( Lutüberschuss ) CO kJ

12 Hochofenverfahren zur MetalloxidredukJon Ib s. Seite 165 in Chemie 1 Allgemeine und anorganische Chemie, Dr. Franz Neufingerl, 2006

13 Hochofenverfahren zur MetalloxidredukJon II Im Bereich des Gestells wird Koks mit Hilfe von über Ringleitungen eingeblasener Heißlut zu CO 2 oxidiert. In Folge dieser exothermen ReakJon entstehen Temperaturen bis zu 2300 C. Im darüberliegenden Bereich, der Rast, wird das entstandene CO 2 unter Koksüberschuss zu CO reduziert. Diese GleichgewichtsreakJon, die als Boudouardgleichgewicht bezeichnet wird, ist endotherm und es kommt zu einer Abkühlung auf ca C. Das Boudouardgleichgewicht weist als endotherme Volumenvermehrung sowohl eine Druckabhängigkeit, als auch eine Temperaturabhängigkeit (s.u.) auf.

14 Temperaturabhängigkeit des Boudouardgleichgewicht

15 Hochofenverfahren zur MetalloxidredukJon III Das entstandene CO reduziert im Schacht das Fe(II) oxid zu elementarem Metall Fe. Die niedrigen Temperaturen im Schacht ( C) haben eine Neueinstellung des Boudouardgleichgewichts zugunsten des CO 2 zur Folge. Dabei entsteht vermehrt Kohlenstoff, der jedoch seinerseits eine direkte RedukJon der Metalloxide bewirkt. In der Gicht befindet sich ein Gasfang, über den die Abgase abgeführt und gereinigt werden. Über einen Fülltrichter wird der Ofen hier abwechselnd mit Schichten von Koks und Erz beschickt. Im Gemisch schmilzt das reduzierte Eisen im Bereich der Rast und kann im Gestell abgestochen werden. Der Hochofen arbeitet also im Gegenstromverfahren: die Gase strömen von unten nach oben, die Beschickung erfolgt von oben nach unten. Verunreinigungen werden durch gezielte Beimengung von Zuschlägen als leichtere Schlacke, meist Calcium Aluminium Silikate, im Gestell über dem flüssigen Metall abgestochen.