4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(1)

4 Nichtmetalle

(2)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste 4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste

(3)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste 4.1 Häufigkeit der Elemente in der Erdkruste

(4)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.2 Wasserstof 4.2 Wasserstof

(5)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.2 Wasserstof 4.2 Wasserstof Eigenschaften

(6)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

- leichtestes Gas; bei 0 °C Dichte  = 0,08987 g • l^-1

(Luft ist 14,4 mal so schwer) Eigenschaften

(7)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Größtes Diffusionvermögen aller Gase

deshalb auch von allen Gasen die größte Wärmeleitfähigkeit

Eigenschaften

(8)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.2 Wasserstof 4.2 Wasserstof H₂ 2 HH = + 436 kJ/mol Eigenschaften

(9)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

H₂ 2 HH = + 436 kJ/mol

Cu₂O + H₂  2 Cu + H₂O Eigenschaften

(10)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

H₂ 2 HH = + 436 kJ/mol

Cu₂O + H₂  2 Cu + H₂O

Knallgasreaktion Eigenschaften

(11)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

H₂ 2 HH = + 436 kJ/mol

Cu₂O + H₂  2 Cu + H₂O

(12)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(13)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Wasserstoffisotope

1H leichter Wasserstoff, Protium

2H (D) schwerer Wasserstoff, Deuterium

3H (T) überschwerer Wasserstoff, Tritium (-Strahler)

(14)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Wasserstoffisotope

1H leichter Wasserstoff, Protium

2H (D) schwerer Wasserstoff, Deuterium

3H (T) überschwerer Wasserstoff, Tritium (-Strahler)

(15)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.2 Wasserstof 4.2 Wasserstof Wasserstoffisotope

Große relative Massendifferenz der Isotope führt zu signifikanten Unterschieden der physikalischen Eigenschaften

(16)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.2 Wasserstof 4.2 Wasserstof Vorkommen und Darstellung

(17)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Vorkommen und Darstellung - häufigstes Element

im Kosmos

(ca. 2/3 der Gesamt- masse)

(18)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Vorkommen und Darstellung - häufigstes Element im Kosmos

- in der Erdkruste das zehnthäufigste Element

(19)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Vorkommen und Darstellung

- häufigstes Element im Kosmos

- entsteht bei Rkn. von elektropositiven Metallen mit Wasser:

(20)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

- häufigstes Element im Kosmos

- entsteht bei Rkn. von elektropositiven Metallen mit Wasser:

(21)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Technische Darstellung erfolgt z.B. durch das Steam-Reforming- Verfahren:

(22)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Technische Darstellung erfolgt z.B. durch das Steam-Reforming- Verfahren:

P: bis 40 bar

(23)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Technische Darstellung erfolgt z.B. auch aus Partieller Oxidation von schwerem Heizöl:

(24)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Technische Darstellung erfolgt z.B. auch aus Partieller Oxidation von schwerem Heizöl:

P: 30 bis 40 bar

(25)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Eine weitere Möglichkeit bietet die Kohlevergasung:

(26)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Eine weitere Möglichkeit bietet die Kohlevergasung:

Die für diesen endothermen Prozeß benötigte Wärme stammt aus

(27)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Bei allen drei Verfahren

(28)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Vorkommen und Darstellung Bei allen drei Verfahren

muß das entstehende CO anschließend konvertiert werden:

(29)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Vorkommen und Darstellung Bei allen drei Verfahren

muß das entstehende CO anschließend konvertiert werden:

Das auftretende GG ist das Wassergasgleichgewicht.

(30)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Das auftretende GG ist das Wassergasgleichgewicht.

GG liegt bei 1000 °C auf der linken; unterhalb 500 °C praktisch vollständig auf der rechten Seite.

(31)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

als Nebenprodukt fällt Wasserstoff bei der Chloralkalielektrolyse (s. u.) und beim Crackverfahren für Benzin an.

(32)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Vorkommen und Darstellung Verwendung

findet Wasserstoff als Grundstoff für Synthesen:

+ Ammoniak

(33)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

findet Wasserstoff als

Grundstoff für Synthesen:

+ Ammoniak

(Haber-Bosch-Verfahren seit 1913)

N + 3 H > 2 NH

(34)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

+ Ammoniak + Methanol

(35)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

+ Ammoniak + Methanol + Blausäure + Salzsäure + Fetthärtung

(36)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

+ Fetthärtung

(37)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

besteht für Wasserstoff weiterhin als

+ Raketentreibstoff

(38)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

besteht für Wasserstoff weiterhin als

+ Raketentreibstoff

(39)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

besteht für Wasserstoff weiterhin als + Raketentreibstoff

+ als Heizgas

(40)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

+ als Heizgas

(41)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

+ als Heizgas

+ zum Autogenschweißen und -schneiden

+ als Reduktionsmittel zur Darstellung bestimmter Metalle (W, Mo, Ge, Co) aus Metalloxiden.

(42)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.2 Wasserstof 4.2 Wasserstof Wasserstoffverbindungen

(43)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Wasserstoff bildet mit fast allen Elementen Verbindungen.

(44)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Wasserstoffverbindungen

Wasserstoff bildet mit fast allen Elementen Verbindungen. Nach der Bindungsart unterscheidet man drei Gruppen von

Wasserstoff- verbindungen:

(45)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

1. Kovalente Wasserstoffverbindungen

(46)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(47)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

2. Salzartige Wasserstoffverbindungen (Hydride)

3. Legierungs- oder Metallartige Wasserstoffverbdg. (Hydride)

(48)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(49)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Flüchtige Hydride, die mit Nichtmetallen ähnlicher Elektro- negativität

CH₄, SiH₄

(50)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Flüchtige Hydride, die mit Nichtmetallen ähnlicher Elektro- negativität

CH₄, SiH₄

(51)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(52)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

- werden mit stark elektropositiven Metallen gebildet

(53)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

- entstehen aus den Elementen, z.B.:

(54)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

- entstehen aus den Elementen, z.B.:

(55)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

- können so in schwer zugänglichen Gebieten zur Wasserstoff- erzeugung eingesetzt werden

(56)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

2. Salzartige Wasserstoffverbindungen (Hydride) - können so in schwer

zugänglichen Gebieten zur Wasserstoff-

erzeugung eingesetzt werden

(57)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

- oder dienen der Trocknung von Lösungsmitteln

(58)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

- oder dienen der Trocknung von Lösungsmitteln

(59)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

3. Legierungs- oder Metallartige Wasserstoffverbdg. (Hydride)

(60)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

3. Legierungs- oder Metallartige Wasserstoffverbdg. (Hydride) Einlagerungsverbindungen aus Wasserstoffatomen in Übergangs- metallen sind meist nicht stöchiometrisch zusammengesetzt und ihrem Charakter nach metallartig.

(61)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.3 Edelgase 4.3 Edelgase Gruppeneigenschaften

(62)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(63)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(64)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(65)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Edelgase sind aufgrund der abgeschlossenen Elektronenkon- figuration chemisch sehr inaktiv.

(66)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Wegen des Fehlens ungepaarter Elektronen liegen sie als einzige Elemente atomar vor; bei RT als atomare Gase.

(67)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Zwischen den Edelgasatomen nur Van-der-Waals-Kräfte möglich, daher niedrige Schmelz- und Siedepunkte.

(68)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Zwischen den Edelgasatomen nur Van-der-Waals-Kräfte möglich,

(69)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.3 Edelgase 4.3 Edelgase Vorkommen, Gewinnung, Verwendung Edelgase sind Bestandteil der Luft.

Sie können durch fraktionierende Luftverflüssigung gewonnen werden.

(70)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.3 Edelgase 4.3 Edelgase Vorkommen, Gewinnung, Verwendung

Edelgase sind Bestandteil der Luft.

He ist bis zu 8% in Erdgasen enthalten (Weltreserve 5 Mrd. m³).

Gewinnung vor allem von Argon auch aus Industrieabgasen.

(71)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Verwendung finden die Edelgase als + Schutzgas beim

Lichtbogenschweißen oder Umschmelzen

(72)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Verwendung finden die Edelgase als

+ Schutzgas beim Lichtbogenschweißen oder Umschmelzen

+ Edelgasfüllung in Gasentladungsröhren

(73)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

+ Edelgasfüllung in Gasentladungsröhren + Ar, Kr und Xe als Füllgase in

Glühlampen

herkömml. Glühlampe

(74)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

+ Edelgasfüllung in Gasentladungsröhren

(75)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Verwendung finden die Edelgase als + Schutzgas beim Lichtbogen- schweißen oder Umschmelzen + Edelgasfüllung in Gas-

entladungsröhren

+ Ar, Kr und Xe als Füllgase in Glühlampen

Flutlichtanlage

(76)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(77)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

+ He Füllung für Luftballons, Blimps und in der Tief- temperaturtechnik, Zusatz als Tauch-Atemgas

(78)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(79)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(80)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Glühlampen

(81)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.3 Edelgase 4.3 Edelgase Vorkommen, Gewinnung, Verwendung Verwendung finden die Edelgase als

+ N₂als Schutzgas in Labor

(82)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.3 Edelgase 4.3 Edelgase Vorkommen, Gewinnung, Verwendung Verwendung finden die Edelgase als

+ N₂als Schutzgas in Labor und Lebensmitteltechnik

(83)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

+ N₂als Schutzgas in Labor und Lebensmitteltechnik

Weinkeller früher... und heute

(84)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.3 Edelgase 4.3 Edelgase Edelgasverbindungen

(85)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.3 Edelgase 4.3 Edelgase

Edelgasverbindungen Edelgashalogenide

(86)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Als Fluorierungsmittel kommt nur durch Bestrahlung, el. Entladung oder Erwärmung aktiviertes elementares Fluor in Frage; die

Fluorierung erfolgt sukzessive nach den folgenden GG-Reaktionen:

(87)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

So entstandene E. sind bei RT beständig, zersetzen sich aber bei Er- wärmung. Bei Redoxreaktionen bildet sich stets Xe.:

(88)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Alle E. reagieren mit Wasser.

z. B.:

(89)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Alle E. reagieren mit Wasser.

z. B.:

oder:

(90)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Edelgasverbindungen

Edelgashalogenide, Edelgasoxide und Edelgasoxidfluoride

Neben Fluor vermag aufgrund seines EN-Wertes von 3,5 nur noch Sauerstoff mit Edelgasen kovalente Bindungen auszubilden

(91)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Struktur der Edelgasverbindungen

(92)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(93)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(94)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(95)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.4 Halogene 4.4 Halogene Gruppeneigenschaften

(96)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Die Entdeckung der „Salzbildner“

(97)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Fluor

(98)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Fluor

Chlor

(99)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Fluor

Chlor

Brom

(100)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Fluor

Chlor

(101)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(102)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(103)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(104)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(105)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Anlagerung eines Elektrons ist ein exothermer Prozeß (s. EA).

Für Fluor ist –1 deshalb die einzige, für Cl, Br, und I eine häufige Oxidationszahl.

(106)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Cl, Br und I treten darüber hinaus noch in weiteren Ox-Zahlen auf:

(107)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Cl, Br und I treten darüber hinaus noch in weiteren Ox-Zahlen auf:

Alle bekannten Isotope des Astats sind radioaktiv; das stabilste besitzt eine Halbwertszeit von 8,3 h.

(108)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.4 Halogene 4.4 Halogene Vorkommen

Aufgrund der großen Reaktionsfähigkeit kein elementares Vork..

(109)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Wichtige Rohstoffquellen sind: (F) Flußspat CaF₂,

(110)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Apatit Ca₅(PO₄)₃(OH,F)

(111)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Apatit Ca₅(PO₄)₃(OH,F) Kryolith Na₃AlF₆

G R Ö N L A N D

(112)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

(113)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Chlor und Brom als

Halogenide in Salzlagerstätten:

Steinsalz NaCl Sylvin KCl

(114)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Chlor und Brom als Halogenide in Salzlagerstätten:

(115)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Iod kommt als Beimengung im Chilesalpeter (v.a. NaNO₃) als Iodat Ca(IO₃)₂ vor.

(116)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.4 Halogene 4.4 Halogene

Vorkommen

(117)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

Weiterhin wird Iod aus Meerwasser im Tang angereichert.

(118)

4 Nichtmetalle 4 Nichtmetalle

4.4 Halogene 4.4 Halogene Physikalische Eigenscahften

(119)