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Chemie (Subject) / AC3 (Lesson)
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- Vorkommen und Eigenschaften und Darstellung Gallium, Indium, Thallium Begleiter des Zinks in der Zinkblende (ZnS), Thallium außerdem Begleiter des Eisens im Pyrit (FeS2) Ga: sehr weich, schmilzt bei 30°C Tl: weich wie Blei, Verbindungen sehr giftig Darstellung durch Elektrolyse
- Effekt des inerten Elektronenpaars - Wachsende Kernladung wird durch d unf f Elektronen weniger gut abgeschirmt - Effekt bei kugelsymmetrischen Orbitalen besonders wirksam
- Gallium: Verwendung, Ga1 und Ga3 Verbindungen -Halbleiterindustrie: III-V Halbleiter Ga/As -Ga I : Ga2O, GaCl, GaBr, GaI -Ga III : ähneln Al III Verbindungen GaH3 viskose Flüssigkeit GaCl3, GaBr3, GaI3 dimere Verbindungen -> Ga2Cl6 usw
- Indium I und III Verbindungen: Stabilität In I stabiler als Ga I In III ähnlich zu Al III und Ga III
- Thallium Verbindungen Tl I stabiler als Tl III Tl I verhalten sich wie Alkalimetallverbindungen, z.b. TlOH, Tl2CO3, Tl2SO4 oder wie Silberverbindungen: TlCl, Tl2O, Tl2S Tl III Verbindungen sind starke Oxidationsmittel Thallium und Verbindungen hochgiftig, typisches Zeichen: Haarausfall, Tl 3+ wird im Körper zu Tl + reduziert und mit K + verwechselt (Verteilung mit Natrium-Kalium-Pumpe in Gewebe und Organe)
- Eigenschaften und Vorkommen Zinn und Blei Sn: Schwermetall mit niedrigem Smp Pb: Verbindungen sehr giftig Sn: selten elementar, Zinnstein/Cassiterit SnO2 , Zinnkies/Stannin Cu2FeSnS4 Pb: Bleiglanz PbS, Weißbleierz PbCO3 , Anglesit PbSO4 , natürliche Pb Verbindungen sind Pb II Verbindungen
- Darstellung und Verwendung Zinn und Blei Sn: Durch Reduktion von Zinnerzen, Elektrolyse SnO2 + 2 C -> 2 CO + Sn Pb: Röstreduktionsverfahren 2 PbS + 3 O2 -> 2 PbO + 2 SO2 Rösten PbO + CO -> Pb + CO2 Röstreduktionsverfahren Verwendung: Sn Legierungsbestandteil (Mit Cu Bronze), Pb Strahlenschutz, Elektrotechnik, Maschinen-und Apparatebau, Militärtechnik
- Alpha und beta Zinn alpha: kubische Diamantstruktur, KZ 4, grau, nichtmetallisch, bei Temperaturen unter 13°C stabile Modifikation beta: verzert oktaedrisch, KZ 6, weiß, metallisch, stabile Modifikation bei hohen Temperaturen Zinnpest: allotrope Umwandlung, Übergang von beta zu alpha Zinn, kann durch Zusatz von z.B. Bismut, Antimon, Blei, Arsen verhindert werden
- Zinn II und IV Verbindungen Sn II: SnCl2 (Sn + 2 HCl -> SnCl2 + H2) Sn IV: SnCl4 (SnCl4 + 2 H2O -> SnO2 + 4 HCl) SnO2 Zinnstein, unlöslich in Säuren und Basen, sehr unreaktiv, kann mit Freiberger Aufschluss nachgewiesen werden, 2 SnO2 + 2 Na2CO3 + 9 S -> 2 Na2SnS3 + 3 SO2 + 2 CO2 , Na2CO3 ist löslich, Sn somit nachweisbar
- Pb II und IV Verbindungen Pb II: PbO: kommt in 2 Modifikationen vor rot, tetragonal -> weiß/gelb, rhombisch bei 488°C (Thermochromie) (Blei II-oxid) PbI2 (Pb II Halogenid) Pb IV: PbO2 (Blei IV-oxid) Pb3O4 (Blei II,IV-oxid)
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- Funktionsweise Autobatterie Bleiakku besteht aus Pb-Elektrode, Pb-IV-oxid-Elektrode und 20%iger Schwefelsäure als Elektrolyt Negative Elektrode, Anode, Oxidation: Pb + SO42- -> PbSO4 + 2 e- (Pb 0 wird zu Pb II) Positive Elektrode, Kathode, Reduktion: PbO2 + SO42- + 4 H3O+ + 2 e- -> PbSO4 + 6 H2O (Pb IV wird zu Pb II, PbO2 ist ein starkes Oxidationsmittel) Gesamt: Pb + PbO2 + 2 H2SO4 -> 2 PbSO4 + 2 H2O Spannung des Bleiakkus beträgt 2,04 V, Konzentration der Schwefelsäure nimmt mit Entladung ab
- Übergangsmetalle Definition, Eigenschaften, Häufigkeit Elemente, die in häufigsten Oxidationsstufen teilweise gefüllte d und f Schalen besitzen, Zuordung nicht eindeutig Übergangsmetallatome haben s2dn Konfiguration und ihre Kationen eine dn Konfiguration zur Energieminimierung Nebengruppen, Lanthanoide, Actinoide große Vielzahl an Verbindungen und Farbigkeit, besonders häufig ungepaarte e- (dadurch paramagnetisch und farbig, HG diamagnetisch und farblos wegen gepaarter e-) am häufigsten in der Erdkruste Eisen mit ca 5%, 4g im menschlichen Körper viele ÜM bilden das Zentrum von Enzymen
- Metallischer Zustand und Oxidationsstufen Übergangsmetalle metallischer Glanz elektrische und thermische Leitfähigkeit (Bändermodell) Duktil/verformbar Verschiedene stabile Ox.stufen möglich durch Beteiligung der inneren Orbitale Max. Ox.stufe durch Gruppennummerierung bis VIII wiedergegeben (beginnend mit III für die Scandiumgruppe) Beständigkeit der höchsten Ox.stufe steigt von oben nach unten im PSE, z.B. FeO4 nicht existent, RuO4 explosiv, OsO4 stabil Lanthanoide meistens + III weil f-Orbitale am Bindungsgeschehen nicht teilnehmen Zn, Cd, Hg fast nur + II wegen voller d-Schale, sind damit Hauptgruppenelementen ähnlich (Zn hat dann z.B: [Ar]3d04s10)
- Radius der Elemente innerhalb einer Gruppe nach Anzahl der d-Schalen Radius 4d ist wie erwartet 6-11% größer als Radius 3d Radius 5d ist nur 2% größer als Radius 4d Das liegt an der Lanthanoidenkontraktion F-Orbitale sehr groß und diffus, schlechtere Abschirmung, stärkere effektive Kernladung, stärkere Anziehung der 5s und 5p Elektronen