Chemische Transport-Reaktionen CVT



Ähnliche Dokumente
Durchführung der keramischen Synthese und einige Merkmale

Reaktionsparameter, welche die Produktbildung Beeinflussen Beispiel: Alkalipolychalkogenidschmelzen

Trace Analysis of Surfaces

5. Periodensystem der Elemente 5.1. Aufbauprinzip 5.2. Geschichte des Periodensystems 5.3. Ionisierungsenergie 5.4. Elektronenaffinität 5.5.

Anhang 5. Radionuklid A 1. in Bq. Ac-225 (a) Ac-227 (a) Ac Ag Ag-108m (a) Ag-110m (a)

Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie. Atome. Chemische Reaktionen. Verbindungen

Klassifizierung repräsentativer Elementhydride I II III IV V VI VII. LiH BeH 2 BH 3, CH 4 NH 3 H 2 O HF. NaH MgH 2 AlH 3 SiH 4 PH 3 H 2 S HCl

Periodensystem. Physik und Chemie. Sprachkompendium und einfache Regeln

Grundwissen Chemie 9. Jahrgangsstufe

3. Seminar. Prof. Dr. Christoph Janiak. Literatur: Jander,Blasius, Lehrb. d. analyt. u. präp. anorg. Chemie, 15. Aufl., 2002

EDUKTE PRODUKTE. Bei einer chemischen Reaktion wandeln sich Stoffe in neue Stoffe mit anderen Eigenschaften um. Symbolische Schreibweise: Reagiert zu

Trennungsgang. AC-I Seminar, B.

7) Anwendungen radioaktiver Strahlung in Wissenschaft und Technik (1) Analytische Anwendungen (Radiometrische Titration)

Enthalpie, Entropie und Temperatur des Phasenübergangs flüssig-gasförmig. eine Analyse von Elementen und chemischen Verbindungen

Typische Eigenschaften von Metallen

Elektrische Leitung. Leitung in Flüssigkeit

Grundlagen Chemie. Dipl.-Lab. Chem. Stephan Klotz. Freiwill ige Feuerwehr Rosenheim

Tab. A1: Wassergehalt, Trockenmassen, Trockendichten, Porenzahlen, Porenanteile, Sackungsmaße. Versuchsnummer Einbauwasser- Trockendichte

Synthesen anorganischer Festkörper

Thermische Analyse. Was ist Thermische Analyse?

Wie kommen Metalle vor? CaO, MgO, Al 2 O 3, CaCO 3, CaSO 4 vs. Cu 2 S, HgS, PbS. Welche Kombinationen führen zu hohen Oxidationsstufen?

Strukturchemie. Kristallstrukturen. Elementstrukturen. Kugelpackungen. Kubisch dichte Kugelpackung. Lehramt 1a Sommersemester

Allgemeine Chemie für Studierende mit Nebenfach Chemie Andreas Rammo

6. Seminar. Prof. Dr. Christoph Janiak. Literatur: Jander,Blasius, Lehrb. d. analyt. u. präp. anorg. Chemie, 15. Aufl., 2002

H Wasserstoff. O Sauerstoff

Das Periodensystem der Elemente Das Periodensystem: Entdeckung der Elemente

Versuch V2 Version 12/2012. Legierungsbildung. und. Differential-Thermo-Analyse

Das Periodensystem der Elemente

Vorlesung 2. November Gleichgewichte. 18. Säuren und Basen

Gewinnung und Reinigung der Übergangsmetalle. Von Sebastian Kreft

1.3. Fragen zu chemischen Reaktionen

Die freie Energie wird also bei konstantem Volumen und konstanter Temperatur minimal

Allgemeine und Anorganische Chemie

Fortschritte bei der Synthese anorganischer Nanoröhren und Fulleren-artiger Nanopartikel

Edelstahl. Vortrag von Alexander Kracht

Wie sind Atome aufgebaut Welche Informationen enthält das Periodensystem?

Allgemeine Chemie I 2008/09 ÜBUNGSPRÜFUNG. Prof. J. Hulliger

MO-Theorie: Molekülorbitale, Bindungsordnung, Molekülorbitaldiagramme von F 2, O 2, N 2, H 2 O, Benzol, Wasserstoffbrückenbindungen

[ ] 1. Stoffe und Reaktionen (Kartei 8.8, 8.10 und 8.13) Stoffe + - Moleküle aus gleichen Atomen. Ionen. Moleküle aus verschiedenen Atomen

Einführungskurs 7. Seminar

Grundlagen des Periodensystems der Elemente

Röntgenfluoreszenz-Analytik (RFA) Auswertung von Daten

zu 6 Abs. 1, 8 Abs. 1, 19 Abs. 1, 61 Abs. 1 und 4, 62 Abs. 6, 63 Abs. 3, 64 Abs. 1 sowie 79 Abs. 1 und 2 Voraussetzungen für die Freigabe

Kristallchemie. Atome Ionen Moleküle Chemische Bindungen

Das Chemische Gleichgewicht

Die Synthese von Festkörperverbindungen: Allgemeines

Chemische Bindung. Wie halten Atome zusammen? Welche Atome können sich verbinden? Febr 02

Allgemeine Grundlagen 2

Crystallisation kinetics in synthetic magma chambers

9. Oxidation von Legierungen

Lernziele: Phasen, Komponenten, Freiheitsgrade Die Phasenregel Zweikomponentensysteme: Dampfdruckdiagramme,

Hochgeladene Metallcarbonylanionen

ELEMENTARSTOFFE, VERBINDUNGEN und chemische Formeln LÖSUNG. Hinweis: In den Salzen kommen die Metallatome stets als einatomige Kationen vor.

Besetzung der Orbitale

Physikalische Chemie Physikalische Chemie I SoSe 2009 Prof. Dr. Norbert Hampp 1/9 1. Das Ideale Gas. Thermodynamik

Zustandsbeschreibungen

Schlüsselbegriffe. Übungsaufgaben:

Name: Punktzahl: von 57 Note:

7. Chemische Reaktionen

Welches Element / Ion hat die Elektronenkonfiguration 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6. Geben Sie isoelektronische Ionen zu den folgenden Atomen an

Anorganische Chemie 1 Version 1.5b Thema:

Chrom(VI)-Ersatz auf Zink

Rahmenbedingungen und Ansatzpunkte zur Steigerung der Rohstoffproduktivität

Vorlesung Anorganische Chemie

Atomverband mit festem Atomzahlverhältnis. Anzahl der Atome veränderlich? (bei festem Atomzahlverhältnis) Elektrisch Leitend?

Robert-Koch-Gymnasium Deggendorf. Grundwissen Chemie. 8. Jahrgangsstufe

Periodensystem der Elemente (PSE)

Kapitel 2 Repetitionen Chemie und Werkstoffkunde. Thema 6 Oxidation und Reduktion

Modul BCh 1.2 Praktikum Anorganische und Analytische Chemie I

Periodensystem der Elemente

A6. METALLORGANISCHE CHEMIE Masterstudiengang Chemie

!!! Du darfst eine Teilaufgabe von Nr. 2 und zwei der Teilaufgaben von Nr 4 streichen!!!

Planung, Bau und Betrieb von Chemieanlagen - Übung Allgemeine Chemie. Allgemeine Chemie. Rückblick auf vorherige Übung

Hahn-Meitner-Institut Berlin

Anlage 1. Messzeit: 10 s. Impulszählung (bei Ratemeteranzeige ist S min bei gleicher Messzeit größer als bei Impulszählung)

Thermische Analyse. Einführung ins Thema. Bilderquelle Netzsch

Modul BCh 1.2 Praktikum Anorganische und Analytische Chemie I

Das Chemische Gleichgewicht Massenwirkungsgesetz

Energetik und Kinetik chemischer Reaktionen

i mittels Feststoff-Gasreaktionen

Circular Economy mehr als Kreislaufwirtschaft?

Richtwert JAZ. Limitiert durch Dosisgrenzwert. h T (50) Inhalation. Absorptionsklasse. Überwachungsintervall. Überwachungsverfahren.

Magische Kristalle Prof. Dr. R. Glaum

Abschlussklausur Allgemeine und Anorganische Chemie Teil 2 (Geologie, Geophysik und Mineralogie)

Kristallographisches Praktikum I. Versuch T2: Thermogravimetrie

Wiederholung der letzten Vorlesungsstunde: Thema: Metallbindung

Grundwissen Chemie. Jahrgangsstufe 9 (SG) von Christiane Markreiter und Thomas Gerl

Element. Verbindung. Reinstoff. homogenes Gemisch

Einführung in Werkstoffkunde Phasenumwandlungen

Chemie-Grundwissen der 9.Klasse

Grundlagen der Allgemeinen und Anorganischen Chemie. Atome

Grundwissenkarten Hans-Carossa-Gymnasium. 9. Klasse. Chemie SG

Thema: Chemische Bindungen Wasserstoffbrückenbindungen

GRUNDWISSEN CHEMIE 9 - MuG erstellt von der Fachschaft Chemie


Phasen, Komponenten, Freiheitsgrade

2. Thermische Übergänge 2.1 Zustandsbereiche und thermische Umwandlungen

Enthalpie, Entropie und Temperatur des Phasenübergangs fest-flüssig. eine Analyse von Elementen und chemischen Verbindungen

Grundlagen der Chemie Lösungen Prof. Annie Powell

Darstellung und thermische Eigenschaften von Poly[CuCl(µ 2 -Pyrazin-N,N )]

Transkript:

Chemische Transport-Reaktionen CVT Ein Festkörper wird durch Reaktion mit einem mit einem Transportmittel, z.b. I 2 in die Gasphase gebracht an dem Ort mit T=T1 (= Quelle). An einem zweiten Ort mit T=T2 (= Senke) wird der Feststoff wieder abgeschieden. Für den Transport ist ein reversibles Gleichgewicht Voraussetzung A (solid) + B (gas) AB (gas) Bedingung für Stofftransport: Gasbewegung durch Strömung, Diffusion oder Konvektion Realisierung: Temperaturgefälle in dem meist geschlossenen Reaktionsgefäß

Chemische Transport-Reaktionen CVT Transportmittelmenge: wenige mg/cm 3 Ampullenvolumen T1 Transportmittel (z.b. I 2 ) T2 Beispiel: Reaktion von Ti mit I 2, Bildung von gasförmigem TiI 4, Zersetzung von TiI 4 in Ti und I 2 Van Arkel-de Boer- Verfahren Bildung von TiI 4 : exotherm Einzelschritte: 1. Chemische Reaktion bei T1, Gleichgewicht zwischen FK und Gasspezies 2. Massentransport von T1 nach T2 3. Deposition des FK bei T2 durch Zersetzung 4. Diffusion des Transportmittels zurück zu T1

Transportrichtung und Beispiel für CVT-Reaktionen Transportrichtung hot cold or cold hot hängt von der Enthalpiebilanz der Transportreaktion ab A (solid) + B (gas) AB (gas) H =??? H > 0 (endotherm): heiss kalt H < 0 (exotherm): kalt heiss Beispiele für Transportreaktionen: T1/T2 o C W + 3Cl WCl 2 6 400/1400 (exo) Ni + 4CO Ni(CO) 4 50/190 (exo) 2Al + AlCl 3 3 AlCl 1000/600 (endo) 4Al + Al 2 S 3 3Al 2 S 1000/900 (endo) Anwendung des Verfahrens: Kristallisation und Reinigung von Festkörpern

Chemischer Gasphasentransport AlCl 3 bildet oft flüchtige Komplexe (1) (2) Transport von 2 Substanzen in unterschiedliche Richtungen (1) CuCl bildet sich exotherm aus Cu 2 O mit HCl (2) CuCl bildet sich endotherm aus Cu mit HCl kalt heiß Cu Cu + Cu 2 O Cu 2 O Trennung heterogener Feststoffe durch endo- und exothermen Transport

Synthesen mit dem chemischen Gasphasentransport Nb reagiert nicht mit SiO 2 unterhalb von 1100 C Aber: SiO 2 (s) + H 2 SiO(g) + H 2 O 3 SiO(g) + 8 Nb Nb 5 Si 3 + 3 NbO Bildung eines Nickel-Chrom-Spinells: Edukt Cr 2 O 3 gelangt durch O 2 als CrO 3 in die Gasphase CrO 3 wandert zum festen NiO CrO 3 reagiert mit NiO zu NiCr 2 O 3 NiO + Cr 2 O 3 NiCr 2 O 4 Cr 2 O 3fest + O 2 2 CrO 3 gas NiO fest + CrO 3 gas Ni 2 CrO 4fest

Synthesen in reaktiven Schmelzen Reaktionen in Schmelzen sind mit Reaktionen in Flüssigkeiten verwandt Erhöhte Diffusion und schnelle Homogenisierung In Schmelzen ionischer Verbindungen liegen Baugruppen/Ionen dissoziiert vor Es besteht nur eine Nahordnung Ionenabstände sind bis zu 9% kürzer als im FK, CN kleiner Volumen der Schmelze im Vergleich zum FK um bis zu 25% grösser, d.h. erhebliches Leervolumen liegt vor Schmelzen eignen sich zur Züchtung von Einkristallen Reaktive Schmelzen: Komponenten in Schmelze beteiligen sich an chemischer Reaktion Klassische Anwendung von Schmelzreaktionen: Aufschluss schwerlöslicher Verbindungen (z.b. Freiberger Aufschluss) 2 SnO 2 + 2 Na 2 CO 3 + 9 S 2 Na 2 SnS 3 + 3 SO 2 + 2 CO 2

Reaktionsparameter, welche die Produktbildung beeinflussen Oxidationskraft des Chalkogens: Te < Se < S Basizität der Schmelze: K 2 S 3 < Rb 2 S 3 < Cs 2 S 3 Natur und Grösse des Kations: K + < Rb + < Cs + Reaktionstemperatur steuert die Kettenlänge des Anions Kettenlänge des Anions ist für die Oxidationskraft verantwortlich Chelat-Eigenschaften: S 3 2- <S 5 2-800 700 600 500 (nach J. S. Thomas, A. Rule) K 2 S K 2 S 2 Reaktionszeit 400 Edukt-Quellen: Metall / Block; Metall / Pulver; Metall/aktiviert 300 200 K 2 S 3 K 2 S 5 K 2 S 6 100 K 2 S 4 30 40 50 60 70 80 Gew.-%S

Schmelzfluß-Synthesen in reaktiven Alkalipolychalkogenidund Alkalipolythiophosphat-Schmelzen Chalkogene S, Se, Te P 2 S 5, P 4 S 3 Alkalimetall- Polychalkogenide Na 2 S 3, K 2 S 3, K 2 S 5 K 2 Se 5, Cs 2 S 3 Übergangsmetalle / Seltene Erden Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cu, Ce, Sm, Eu, Gd Reaktive Spezies Lösungsmittel

Die M 2 Q 11 -Einheit: Baustein für den Aufbau molekularer und polymerer Übergangsmetall-Chalkogenide K 2 S 3 +Nb+ S 2 : 4 : 1 350 C; 3 d K 4 Nb 2 S 11 [Nb 2 S 11 ] 4-2.18-2.2 S 2 2- Hanteln : 2.06-2.08 4-2.43-2.51 ~ 2.50 µ 2, η 1, η 1 -S 2-2.78-2.90 µ 2, η 2, η 1 -S 2 2- η 1, η 1 -S 2 2- η 1 -S 2-

Mono- und dimere Polychalkogenide aus Nb 2 Q 11 -Einheiten [Nb 4 S 22 ] 6- [Nb 2 S 11 ] 4- [Nb 2 S 14 ] 4- [Nb 4 S 25 ] 6-

[Zr 6 Se 30 ] 8- -Ketten in K 8 Zr 6 Se 30 Synthese: K 2 Se 3 +Zr+Se = 3 : 2 : 6, Schmelze: K 6 Zr 2 Se 15, T = 350 C

Cs 3.17 VP 2 S 8 - Hexamere aus [V(PS 4 ) 3 ]-Einheiten Synthese: Cs 2 S 3 +VP+P 4 S 3 +S = 4:2:1:12, T = 500 C V bidentat S tetradentat

Bi-prismatische Ta 2 S 12 -Einheit

Chirale Tunnel in K 0.38 TaPS 6 Synthese: K 2 S 3 +TaS 2 +P 2 S 5 +S = 1:4:2:8, T = 600 C

Hochtemperatur- versus Niedertemperatur-Synthese in flüssiger Phase Hohe Reaktionstemperaturen Steine kochen Niedrige Diffusionsraten Thermodynamische Kontrolle Instabilität der Q-Q-Bindung Keine molekularen Einheiten Geringe strukturelle Vielfalt Meist dicht gepackte Strukturen Eingeschränkte Syntheseplanung Niedrige Reaktionstemperaturen molten-flux- und Hydrothermal- Synthese Hohe Diffusionsraten Thermodynamische und kinetische Kontrolle Stabile Q-Q-Bindungen Molekulare Einheiten Q x unterschiedlicher Länge Grosse strukturelle Vielfalt Meist offene Strukturen Gezielte Syntheseplanung möglich

Thermische Abbaureaktionen Der thermische Abbau wird durch folgende Größen beeinflusst: Temperatur-Zeit-Programm Probeneigenschaften Wärmeleitung Atmosphäre im Probenraum Beispiel: Thermische Zersetzung von Calciumcarbonat CaCO T 3 CaO + CO 2 Masseänderung 2 mg 130 mpa Vakuum 13 mpa Vakuum 130 Pa Vakuum 96 kpa, Luft 96 kpa, CO 2 500 600 700 800 900 1000 o Temperatur [ C]

Thermische Zersetzung von CuSO 4 5 H 2 O T T T CuSO 4 5 H 2 O CuSO 4 3 H 2 O CuSO 4 H 2 O CuSO 4 - m (willk. Einheiten) -14.6% -14.3% -28.6% -7.2% -7.3% Heizrate: 20 C/min. Heizrate: 2 C/min. 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 Temperatur / C

Thermische Zersetzung von [Mn(tren)] 2 Sb 2 S 5

Struktur von [Mn(tren)] 2 Sb 2 S 5

Thermische Abbaureaktion von [(hexyl) 4 N] 2 [MoS 4 ] - Darstellung poröser HDS-Katalysatoren 100 TG T onset =212 T p =239 m, T, dm/dt in arbitrary units 80 60 40 20 DTG DTA endo exo T p =167 T onset =162-79.6 T p =292 50 100 150 200 250 300 350 Temperature/ C Thermochimica Acta, 2006

Thermische Abbaureaktion von [(hexyl) 4 N] 2 [MoS 4 ] - poröses MoS 2