NAOH NATRIUM 1 2 ALUMINIUM NATRIUMKARBONAT 3 4
Chloralkali-Elektrolyse Elektrolyse einer NaCl-Lösung mit Eisenkathode und einer Titananode Kathode: 2 H2O + 2 e - H2 + 2 OH - 2 H + + 2 e - H2 Anode: 2 Cl - Cl2 + 2 e - Diaphragma-Verfahren: um eine möglichst Cl - freie NaOH-Lösung zu erhalten, wird der Anodenraum vom Kathodenraum durch ein Diaphragma getrennt da das Diaphragme für Ionen durchlässig ist, wandern auch Cl -Ionen in den Kathodenraum und OH -Ionen in den Anodenraum bei zu hoher OH -Konzentration würde Abschiebung erfolgen Entgegenwirken durch Erzeugen von verdünnten Laugen (bis 15%) verdünnte Lauge wird eingedampft, NaCl fällt fast vollständig aus und wird erneut elektrolysiiert Membranverfahren: Verwendung einer Membran, die undurchlässig für Cl und OH -Ionen ist (nur durchlässig für Na + ) Verbindungen unedler Metalle sind chemisch nur schwer zum Metall zu reduzieren unedle Metalle werden daher häufig durch elektrochemische Reduktion gewonnen durch Elektrolyse wässriger Lösungen ist Herstellung nicht möglich (Wasserstoff würde sich abscheiden Elektrolyse von geschmolzenen Salzen! Schmelzelektrolyse (Gewinnung von Li, Na, Be, Mg, Al) Natrium: Verwendung von NaCl (Downs-Verfahren) Schmelztemperatur durch Zusatz von CaCl2 auf etwa 600 C herabgesetzt Kathode: 2 Na + + 2 e - 2 Na Anode: 2 Cl - Cl2 + 2 e - Bayer-Verfahren Bauxit + NaOH 170 C Na[Al(OH)4] Impfen Al(OH)3 1200 C Al2O3 Druck + Fe2O3 + NaOH + H2O Al2O3 hat einen Schmelzpunkt von 2050 C zur Schmelzpunkterniedrigung wird Al2O3 in Kryolith (Na3AlF6) gelöst Bildung eines Eutektikums Elektrodenmaterial Kohlenstoff Dissoziation von Kryolith: 2 Na3AlF6 6 Na + + 2 AlF6 3- Anode: Al2O3 + 2 AlF6 3-3/2 O2 + 4 AlF3 + 6 e - Karhode: 6 Na + + 6 e - 6 Na 6 Na + 2AlF3 2 Al + 6 NaF NaF reagiert mit dem überschüssigen AlF3 der Anodenreaktion 2 AlF3 + 6 NaF 2 Na3AlF6 gehört zu den wichtigsten Produkten der chemischen Industrie Waschmittel/Glas wichtigstes Sodamineral: Na2CO3 NaHCO3 2H2O wasserfreies Soda löst sich unter Erwärmung und alkalischer Reaktion un Wasser: CO3 2- + H2O HCO3 - + OH - aus wässrigen Lösungen kristallisiert unterhalb 32 C das Decahydrat Na2CO3 10H2O (Kristallsoda aus) Soda wird überwiegend nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (Solvay-Verfahren) hergestellt, bei dem die relative Schwertlöslichkeit von NaHCO3 ausgenutzt wird NaCl + H2O + NH3 + CO2 NaHCO3 + NH4Cl (Einleiten der Gase) 2 NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2 (thermische Zersetzung) das restliche CO2 wird durch Brennen von Kalkstein gewonnen: CaCO3 CaO + CO2 CaO + 2 NH4Cl CaCl2 + 2 NH3 + H2O Bruttogleichung: 2 NaCl + CaCO3 Na2CO3 + CaCl2 Gesamtreaktion: Al2O3 2 Al + 3/2 O2
SILIZIUM BLEI HYDRAZIN 5 6 NH3 NO 7 8
Röstreduktionsverfahren: Röstarbeit: PbS + 1,5 O2 PbO + SO2 (Oxidation von PbS) Reduktionsarbeit: PbO + CO Pb + CO2 (Reduktion von PbO im Hochofen) Röstrektionsverfahren: Röstarbeit: 3 PbS + 3 O2 PbS + 2 PbO + 2SO2 (unvollständige Oxidation) Reaktionsarbeit: PbS + 2 PbO 3 Pb + SO2 (Erhitzen unter Luftausschluss) bei der technischen Darstellung von Silizium wird Quarz mit Koks im elektrischen Ofen reduziert 1200 C SiO2 + 2 C Si + 2 CO im Labor verwendet man Mg oder Al als Reduktionsmittel 3 SiO2 + 4 Al 3 Si + 2 Al2O3 für die Halbleitertechnik benötigt man extrem reines Silicium. Technisches Si wird mit HCl zu SiHCl3 (Trichlorsilan) umgesetzt, dieses durch Destillation gereinigt und dann zu Si reduziert 300 C Si + 3 HCl HSiCl3 + H2 (man erhält polykristallines Silicium) 1100 C Czochralski-Verfahren Raschig-Synthese NH3 + NaOCl NaOH + NH2Cl NH2Cl + HNH2 + NaOH H2N NH2 + NaCl + H2O Konkurrenzreaktion: 2 NH2Cl + N2H4 2 NH4Cl + N2 katalysiert durch Schwermetalle ( Zugabe von Komplexbildnern) Oswald-Verfahren NH3 wird in exothermer Reaktion katalytisch zu NO oxidiert 800-950 C 4 NH3 + 5 O2 4 NO + 6 H2O Pt ein NH3-Luft.Gemisch wird über einen Platinnetz-Katalysator geleitet NO wird sofort aus der heißen Reaktionszone entfernt und auf Temperaturen abgeschreckt, bei denen das metastabile NO nicht mehr in die Elemente zerfällt im Labor kann NO durch Reduktion von Salpetersäure mit Kupfer hergestellt werden 8 H + + 2 NO3 - + 3 Cu 3 Cu 2+ + 2 NO + 4 H2O NO besitzt 11 Valenzelektronen, das π*-orbital ist nur mit einem Elektron besetzt paramagnetisch, Bindungsordnung = 2,5 Dimerisierung in kondensiertem Zustand: 2NO N2O4 mit O2 reagiert NO spontan zu NO2 2 NO + O2 NO2 Haber-Bosch 3 H2 + N2 NH3 H B=-46 kj/mol auch bei Verwendung von Katalysatoren ist die Reaktionsgeschwindigkeit erst bei 400-500 C ausreichend groß (GGW liegt bei diesen Temperaturen jedoch links) Anwendung von hohen Drücken 250-250 bar Synthese ist ein Kreislaufprozess: in einem Druckreaktor findet die Umsetzung statt, das gebildete NH3 wird durch Kondensation aus dem Kreislauf entfernt und das unverbrauchte Synthesegas in den Reaktor rückgeführt Reaktor besteht aus Cr-Mo-Stahl der gegen H2 beständig ist Al2O3 und CaO (Struckturpromotoren) stabilisieren die Oberflächenstruktur und verhindern das Zusammensintern der Eisenpartikel K2O (elektronischer Promotor) verringert die Aktivierungsenergie der Dissoziation der absorbierten N2-Moleküle Fe3O4 wird von H2 zum eigentlich aktiven α-fe reduziert der geschwindigkeitsbestimmende Schritt ist die dissoziative Adsorption (Chemisorption) von N2 an der Eisenoberfläche H2 2 Hads. N2 N2 ads. 2 Nads. Nads. + Hads. NHads. NHads. + Hads NH2 ads. NH2 ads. + Hads. NH3 ads. NH3
SALPETERSÄURE PHOSPHORSÄURE PHOSPHORHALTIGE DÜNGEMITTEL SCHWEFEL SO2 SCHWEFELSÄURE 9 10 EISEN FLUOR 11 12
Claus-Prozess aus H2S-haltigen Gasen (Erdgas, Kokereigas) 1) H2S + 1,5 O2 SO2 + H2O in einer Brennkammer wird H2S verbrannt 2) 2 H2S + SO2 3 S + H2O Gemisch reagiert katalytisch zu Schwefel durch Verbrennen von Schwefel: S + O2 SO2 Kontaktverfahren: SO2 wird mit Luftsauerstoff zu SO3 oxidiert SO2 + 0,5 O2 SO3 H = -99 kj/mol mit zunehmender Temperatur verschiebt sich das GGW in Richtung SO2, da die Reaktion exotherm ist bei Raumtemperatur keine Reaktion; bei höherer Temperatur GGW-Lage bei SO2 Verwendung von Katalysatoren! V2O5 auf SiO2 als Trägermaterial; 420-44 C V2O5 + SO2 V2O4 + SO3 Sauerstoffübertragung durch den Katalysator V2O5 V2O4 + 0,5 O2 SO3 löst sich schneller in H2SO4 als in H2O. Es entsteht Dischwefelsäure SO3 + H2SO4 H2S2O7 + H2O H2S2O7 2 H2SO4 wird großtechnisch durch Einleiten von N2O4 in Wasser hergestellt, wobei zur Oxidation noch Sauerstoff erforderlich ist N2O4 + H2O + 0,5 O2 2 HNO3 einzelne Reaktionsschritte: 1) N2O4 + H2O HNO3 + HNO2 Disproportionierung 2) 3 HNO2 HNO3 + 2 NO +H2O HNO2 ist instabil & disproportioniert 3) 2 NO + O2 N2O4 NO regiert mit O2 zu NO, das dimerisiert nasser Weg: Aufschluss mit verdünnter H2SO4 Ca3(PO4)2 + 3 H2SO4 3 CaSO4 + 2 H3PO4 Superphosphat: Doppelsuperphosphat: 20-35 C 3-10bar Ca3(PO4)2 + 2 H2SO4 Ca(H2PO4)2 + 2 CaSO4 Ca3(PO4)2 + 4 H3PO4 3 Ca(H2PO4) Frischen: Sauerstoff wird in frisches Eisen geblasen flüssiges Eisenoxid + gelöster Sauerstoff an der Grenzfläche Metall Oxid oxidiert das Eisenoxid die Begleitelemente die Reaktionsprodukte lösen sich in Eisenoxid Si + 2 FeO SiO2 + 2 Fe Mn + FeO MnO + Fe 2 P + 5 FeO P2O5 + 5 Fe zur Verschlankung der Oxide wird CaO zugesetzt: C + O CO Desoxidation: im Stahl gelöster Sauerstoff verursacht beim Erstarren schädliche Oxideinschlüsse 2 Al + 3 O Al2O3 Entschwefelung: der gelöste Schwefel wird in Sulfid überführt Entgasung: unter vermindertem Druck werden gelöste Gase entfernt Wegen seines hohen Standardpotenzials kann Fluor aus seinen Verbindungen nicht durch chemische Oxidation freigesetzt werden Herstellung von F2 durch anodische Oxidation von F - Ionen da wasserfreies HF ein schlechter Leiter ist, verwendet man zur Elektrolyse wasserfreie Schmelzen der Zusammensetzung KF xhf Ladungsträger: KF (s) + HF (l) HF2 - + K + HF-Ausgleich: CaF2 (s) + H2SO4 (l) CaSO4 + 2 HF (g) Kathode: 4 HF + 2 e - H2 (g) + 2 HF2 - Anode: 2 HF2 - F2 (g) + 2 HF + 2 e - Gesamt: 2 HF H2 + F2 Darstellung auf chemischem Weg: K2MnF6 + 2 SbF5 150 C 2 KSbF6 + MnF3 + 0,5 F2