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Chemie (Fach) / AC7 (Lektion)

AC7

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  • Mangan Eigenschaften Verwendung Verbindungen Kaliumpermanganat starkes Oxidationsmittel  Manganometrie: KMnO4 ermöglicht Redoxtitration ohne weiteren Indikator (Verwendung für Eisensalze und in der Wasseranalytik)  Mn-Ionen in wässriger Lösung:  sauer: MnO4- + 8 H3O + 5 e- --> Mn2+ + 12 H2O   neutral: MnO4- + 2 H2O + 3 e- --> MnO2 + 4 OH- (Braunstein)  basisch: MnO4- + e- --> MnO42-  (Manganat)  Hypomanganat: MnO43-  blau 2 MnO43- + 2 H2O --> MnO42- + MnO2 + 4 OH-  (Disproportionierung)  Mn(OH)2  Mangan II hydroxid luftempfindlich: 2 Mn(OH)2 + 1/2 O2+ H2O  --> 2 MnO(OH)2 Oxide:   2 KMnO4 + H2SO4 --> Mn2O7 + K2SO4 + H2O  (Mangan VII oxid)  2 Mn2O7 (erhitzen) --> 2 MnO2 + 3 O2  (Mangan IV oxid)  MnO2 + 4 H3O+ + 4 Cl- --> Mn2+ + 2 Cl-  + Cl2 + 6 H2O "Glasmacherseife", damit Entdeckung von Chlor
  • Braunstein Reaktion mit HCl Mischung aus Mn-Oxiden, hauptsächlich MnO2 MnO2 + 4 HCl --> Cl2 + MnCl2 + 2 H2O 
  • Reaktion Kaliumpermanganat und Schwefelsäure 2 KMnO4 + H2SO4 --> Mn2O7 + K2SO4 + H2O Mn2O7  (Mangan VII oxid) ist grün-schwarzes Öl zersetzt sich beim Erwärmen explosionsartig  2 Mn2O7 --> 4 MnO2 + 3 O2 
  • Darstellung Eisen im Labor Pyrolyse von Fe(CO)5 (Eisenpentacarbonyl)  Fe(CO)5 (bei 250°) --> Fe + 5 CO Reduktion mit H2 Fe2O3 + 3 H2 (bei 600-700°) --> 2 Fe + 3 H2O
  • Eisenoxide Hämatit: Fe2O3  Korundstruktur hdp der O2-  Fe3+ in 2/3 der Oktaederlücken Magnetit Fe3O4 Inverses Spinell kdp von O2-  Fe2+ in 1/4 der Oktaederlücken  Wüstit FeO NaCl-Struktur kdp von O2- Fe2+ in allen Oktaederlücken 
  • Eisen Häufigkeit, Mineralien, Verwendung, Oxstufen, Verbindungen vierthäufigstes Element in der Erdkruste Atomkern besonders stabil --> hohe Kernbindungsenergie wichtigste Mineralien: Hämatit (Fe2O3), Magnetit (Fe3O4): natürlicher Magent, inverse Spinellstruktur, Siderit (Fe[CO3]), Pyrit FeS2 (Fe2+ S22-) Roheisen wird in Hochofen dargestellt, Reineisen wird selten verwendet Verwendung: Verarbeitung zu Stahl Verbindungen:  Eisen erstes Nebengruppenelement, das nicht mehr seine Gruppenwertigkeit (VIII, d0) erreicht formale Oxidationsstufen -2 bis +6 hohe Oxidationsstufen nur mit elektronegativen Elementen und Π-Donor-Liganden (O2-) höchste FeXn Verbindung ist FeX3 Oxide: "FeO" hat NaCl Struktur mit Eisenfehlstellen (Fe0,84-0,95O) FeO42- purpurrot, noch stärkeres Oxidationsmittel als MnO4-  blutrotes Eisenthiocyanat (Rhodanid) ist ein Charge-Transfer-Komplex [Fe(SCN)(H2O)5]2+      [Fe(SCN)2(H2O)4]+     [Fe(SCN)3(H2O)3]
  • Ruthenium und Osmium Vorkommen, Darstellung, Verwendung sehr seltene Elemente oft zusammen mit anderen Platinmetallen oder Münzmetallen Darstellung aus Platinerzen: aus dem Anodenschlamm, der bei der elektrolytischen Nickel-Raffinierung anfällt  Platinerz: Königswasser --> Au, Pd, Pt Ag, Rh, Ir, Ru, Os: PbCO3 + HNO3 --> Ag NaHSO4 --> Rh Na2O2 --> Ir im Rückstand Cl2, erhitzen --> OsO4, RuO4  Zugabe dazu: NaOH + Alkohol --> Ru HCl --> Os Verwendung: Os zur Herstellung von sehr harten Legierungen Ru und Os (wie alle Platinmetalle) sehr wirksame Katalysatoren, z.B. Metathese-Katalysatoren, Grubbs-Katalysator
  • Hochofen-Prozess aus aufbereiteten Eisenerzen wird in kontinuierlichem Schmelz- und Reduktionsprozess Roheisen erzeugt Beschickung mit Erz, Koks und Kalkstein heiße Luft wird am Fuß des Hochofens eingeblasen C + O2 --> CO2 CO2 + C --> <-- 2 CO 3 CO + Fe2O3 --> 3 CO2 + 2 Fe Temperatur: 2000°C unten, 200°C oben T flüssiges Eisen ca. 1450°C  Abstechen des Hochofens Roheisen 95%, enthält C, Si, S, P Zugabe von Mn: S --> MnS Zugabe Kalkstein CaCO3 : Si --> CaSiO3
  • Verfahren zur Stahlherstellung aus Roheisen Reinheitsgrade Bessemer-Verfahren, ursprüngliche Methode, Luft zum Frischen  Siemens-Martin-Verfahren: Verbesserung des Bessemer-Verfahrens, Zugabe eines bestimmten Anteils an rostigem Schrott, Roheisenerze, Kalk --> geben Sauerstoff an die Schmelze ab Blasverfahren/Linz-Donawitz-Verfahren: Reiner Sauerstoff wird in den Ofen eingeblasen Elektroschmelzverfahren: durch Induktion oder Lichtbogen wird Metall geschmolzen --> hochwertige Stähle Gusseisen: 2 - 4 % Kohlenstoff Werkzeugstahl: 0,4 - 1,7 % C Baustahl: unter 0,4 % C 
  • Ruthenium und Osmium Oxstufen Halogenidverbindung wichtige Verbindungen Oxidationsstufen -2 bis +8 hohe Oxidationsstufen nur mit elektronegativen Elementen und Π-Donor-Liganden (O2-) höchste RuCln Verbindung: RuCl3 RuO4 und OsO4 sehr giftig, sehr flüchtig (Sdp RuO4 40°C, OsO4 130°C), RuO4 explosiv lösen sich in allen gängigen org. LM OsO4: Verwendung für die Oxidation von Doppelbdg in org. Chemie reagiert auch mit der Retina der Augen --> Erblindung 
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  • Biochemie des Eisen Hämoglobin Eisen-Schwefel-Proteine:  Eisen-Schwefel-Cluster Fe4S4(SR)4 Fe-S-Proteine können als e- Überträger wirken Oxidationsstufe beim Eisen liegt zwischen II und III

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