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Chemie (Fach) / AC9 (Lektion)

AC9

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  • Alkalimetalle Trends in der Gruppe Li (rot), Na (gelb), K (violett), Rb (rotviolett), Ca (blauviolett) zunehmend: Atomradien, Ionenradien, Reaktivität, Reduktionsvermögen abnehmend: Ionisierungsenergien, Hydratationsenthalpie schwache gebundenes e- , dadurch:  niedrige Siede- und Schmelzpunkte, Dichte, Sublim./Verdampf./Diss.energien gute Redauktionsmittel stark negative Standardpotentiale 
  • Alkalimetalle Hydride Hydride:  M + 1/2 H2 --> MH nützlich als Trockenmittel:  MH + H2O --> MOH + H2  4 LiH + AlCl3 --> LiAlH4 + 3 LiCl  (auch mit AlBr3 möglich) --> Alanat 6 NaH + 2 BF3 (200°C) --> B2H6 + 6 NaF 4 NaH + BF3 (EtO2 / 120°) --> NaBH4 + 3 NaF 4 NaH + TiCl4 (400°) --> Ti + 4 NaCl + 2 H2 (für die Titandarstellung) 
  • Alkalimetalle Sauerstoffverbindungen Hydroxide Halogenide 1/2 O2 + 2 Li --> LiO   Oxid O2-  O2 + 2 Na --> Na2O2   Peroxid O22- O2 + K --> KO2             Hyperoxid O2-  (hat tetragonal verzerrte NaCl-Struktur) MO2 nur stabil für K, Rb, Cs Disproportionierung: 2 KO2 + 2 H2O --> 2 KOH + O2 + H2O2 Hydroxide: M + H2O --> MOH + 1/2 H2 Halogenide:  MOH + HX --> MX + H2O 
  • Alkalimetalle: Carbonate Na2CO3 Soda   (Waschmittel, Glasindustrie)  Darstellung im Solvay-Prozess:  2 NaCl + 2 H2O + 2 NH3 + 2 CO2 --> 2 NaHCO3 + 2 NH4Cl Recycling NH4Cl: dafür CaCO3 --> CaO + CO2 (Recycling)  CaO + 2 NH4Cl --> CaCl2 + H2O + 2 NH3 (Recycling)  2 NaHCO3 (erhitzen) --> Na2CO3 + H2O + CO2 (Recycling)  Bilanz: 2 NaCl + CaCO3 --> Na2CO3 + CaCl2  K2CO3 Pottasche   (Glasindustrie, Kaligläser, Seifen) 2 KOH + CO2 --> K2CO3 + H2O 
  • Organolithiumverbindungen C4H9Br + 2 Li --> LiBr + C4H9Li  (Butyllithium) 
  • Vorkommen Erdalkalimetalle Be:   Beryll           Be3Al2[Si6O18] Mg:   Dolomit       [CaMg(CO3)2]          Magnesit     (MgCO3) Ca:    Aragonit      CaCO3           Calcit           CaCO3            Marmor        CaCO3            Gips             CaSO4 . 2 H2O         Flussspat/Fluorit         CaF2 Sr:   Strontianit       SrCO3 Ba:   Schwerspat    BaSO4 Ra:   sehr selten, Gewinnung durch Aufarbeitung von Uranerzen 
  • Darstellung Erdalkalimetalle Be: Reduktion von BeF2 mit Magnesium Schmelzflusselektrolyse von BeCl2 Mg:  Schmelzflusselektrolyse: MgCl2 (700-800°, Elektrolyse) --> Mg + Cl2 Ca: Schmelzflusselektrolyse mit CaCl2 aluminothermisch (Variante der Reduktion): 6 CaO + 2 Al (1200°) --> 3 Ca + 3 CaO . Al2O3 Sr:  Schmelzflusselektrolyse mit SrCl2  Ba:  Reduktion von BaO: 3 BaO + 2 Al --> Al2O3 + 3 Ba 3 BaO + Si --> BaSiO3 + 2 Ba
  • Erdalkalimetalle: Eigenschaften Schrägbeziehung abnehmend: 1./2. Ionisierungsenergie  zunehmend: Hydratationsenthalpie, Reaktivität, basischer Charakter der Hydroxide Be2+ hat hohe Ladungsdichte --> kovalenter --> Schrägbeziehung: ähnelt mehr dem Al haben ähnliche Wasserstoffverbindungen (kovalent und polymer), Oxide und Chloride Be-Verbindungen stark giftig 
  • Verwendung Erdalkalimetalle Legierungen (Mg: Flugzeugbau) Feuerwerk Reduktionsmitte in der Metallurgiel: Ca Fenster Röntgenröhren: Be
  • Bindungsordnung (Bindende Valenzelektronen - antibindende VE) geteilt durch 2
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  • 3. Hauptgruppe Eigenschaften zunehmend: Beständigkeit der M(I) Verbindungen, basischer Charakter der Oxide und Hydroxide, Salzcharakter der Chloride, Dichte Ionisierungsenergien und EB nehmen ab 3. Periode zu (Effekt des inerten Elektronenpaars)  abnehmend: Siedetemperatur (schwächer werdende Bdg), Schmelztemperatur (Gallium am niedrigsten mit 30°C)
  • Verwendung Aluminium Folien, Drähte (Dehnbarkeit)  Beschichtung, Beständigkeit gg. Säueren und Laugen (Passiiverung, Oxidschicht)  Aluminothermie --> Herstellung metallischer Elemente aus ihren Oxiden z.B. 3 Fe3O4 + 8 Al --> 4 Al2O3 + 9 Fe allg. 3 EO + 2 Al --> Al2O3 + 3 E ist ein stark exothermes Verfahren, T bis 2450° C 
  • Hydride des Aluminiums (Alane) Alan:  2 Al + 3 H2 --> 2 "AlH3"  --> liegt vor als (AlH3)n  mit 2-Zentren-3-Elektronen-Bdg Alanate M[AlH4]  z.B. Li[AlH4]  Reduktionsmittel Darstellung: 4 LiH + AlCl3 --> LiAlH4 + 3 LiCl    (auch mit AlBr3 möglich)  Addukte zwischen Lewis-Säure und Lewis-Base
  • Aluminium Halogenide AlF3  Al 6-fach koordiniert (Oktaeder über Ecken verknüpft) dient neben Kryolith zur Al-Herstellung Al2O3 + 6 HF (400-600°C) --> 2 AlF3 + 3 H2O  Fluoroaluminate z.B. Kryolith Na3(AlF6) Typen:     M+1[AlF4]    M2+1[AlF5]     M3+1[AlF6] AlF6-Oktaeder AlCl3 (Aluminiumchlorid)  hygroskopisch, Herstellung wasserhaltig: Al(OH)3 + 3 HCl + 3 H2O --> [Al(H2O)6]Cl3 Herstellung wasserfrei: Chlorierung von flüssigem Aluminium:  2 Al + 3 Cl2 (750-800°) --> 2 AlCl3 hat je nach Temperatur unterschiedliche KZ AlCl3 im Kristall KZ 6 erhitzen: KZ 4 weiter erhitzen: KZ 3 ist wie auch BF3 und BCl3 eine Lewis-Säure wichtiger Katalysator, z.B. Friedel-Crafts-Rkt RCl + AlCl3 --> R+AlCl4_ (+ C6H6) --> Benzol substitieriert + HCl + AlCl3 AlBr3 / AlI3  Lewissäuren im festen Zustand Dimere --> Al2X6 Moleküle 
  • Sauerstoffverbindungen des Aluminiums Al(OH)3 Aluminiumhydroxid amphoter Löslichkeit im Sauren unter pH 6:         Al(OH)3 + 3 H3O+ --> [Al(H2O)6]3+ Löslichkeit im Basischen: über pH 8:    Al(OH)3 + OH- --> [Al(OH)4]- drei kristalline Modifikationen Methylaluminoxam (MAO) metallorganische Verbindung  Cokatalysator für Ziegler-Natta-Katalysatoren starke Lewis-Säure Herstellung: partielle Hydrolyse von Al(CH3)3 Struktur linear, cyclisch oder polycylisch Al2O3 Aluminiumoxid alpha-Al2O3 --> Korund Herstellung aus Bauxit durch Glühen Sauerstoffatome in hdp Al3+ in 2/3 der Oktaederlücken  Verwendung: Aluminiumgewinnung, Schleif- und Poliermittel, hochfeuerfeste Geräte, künstliche Edelsteine (Al2O3 Schmelze mit Verunreinigungen) 
  • Salze des Aluminiums Sulfate Aluminiumsulfat Al2(SO4)3. 18 H2O Darstellung: 2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 --> Al2(SO4)3 + 6 H2O  Alaune M+M3+(SO4)2.12 H2O --> Doppelsalze wässrige Lösung: Reaktionen der Einzelkomponenten ( M+ M3+ SO42- )  Kalialaun: KAl(SO4)2 . 12 H2O

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