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ALKALIMETALLE
Charakterisierung
Allgemein:
- Elemente der 1. Hauptgruppe (außer Wasserstoff) sind Metalle
- werden als Alkalimetalle bezeichnet
- Wasserstoff bildet Ausnahme, da das Atom nur ein einziges
Elektron und ein Proton
besitzt und zweiatomige Moleküle bildet
Atombau:
- besitzen alle ein Elektron auf äußerstem Energieniveau
(Elektronenschale)/ kann
leicht abgegeben werden
- die leicht heraus lösbaren Elektronen bilden die Grundlage
für Metallverbindungen
- Metallverbindungen sind eine Art chemische Bindung, die
durch Anziehungskräfte
zwischen Metall-Ionen und freien Elektronen verursacht
wird Metallatom 4
Metallionen + Elektronen
- dadurch leicht Ionisierbar
- Abstand der Außenelektronen (Valenzelektronen) zum Atomkern
nimmt innerhalb der
Hauptgruppe in Richtung Francium Fr zu
Eigenschaften:
1. elektrische Leitfähigkeit:
- durch frei bewegliche Elektronen als Ladungsträger in der
Metallverbindung
- wird an ein Metall elektrische Spannung angelegt, wandern
frei bewegliche
Elektronen durch das Atomgitter
2. Ionisierbarkeit:
- geben leicht das Valenzelektron ab, sodass einfach positiv
geladene Ionen
entstehen
3. chemische Reaktionen:
- durch leichte Ionisierbarkeit sehr reaktionsfreudig
- reagieren mit Wasser (daher verrostete Metalle)
- Alkalihydroxide bilden starke Laugen
- Alkalimetalle können durch Reaktion mit Luftsauerstoff
nachgewiesen werden
HALOGENE-Salzbildner
Die Halogene als Elementfamilie
Gemeinsamkeit:
Sieben Valenzelektronen, sehr reaktionsfähig (nach unten hin abnehmend) alle
Halogene liegen in der Natur als negative Ionen (Anionen) mit einer
Elementarladung vor: X-1 ; Ursache dafür ist die gemeinsame
unstabile Elektronenkonfiguration
- aggressive Gase bzw. Feststoffe (I.)
mit hoher Elektronegativität
- befinden sich in der 7. Hauptgruppe des
PSE mit der Wertigkeit I.
- Fluor, Chlor, Brom und Iod sind
Halogene, Astat ist radioaktiv und spielt keine Rolle.
Fluor (lateinisch fluere für 'fließen') in Form
seines Calciumsalzes (Flussspat = CaF2) wurde 1529 von Georgius
Agricola als Hilfsmittel zum Metallschmelzen beschrieben. Es macht Erzschmelzen
und Schlacken dünnflüssiger, lässt sie fließen. 1670 zeigte Schwandhard die
Glasätzung durch säurebehandelten Flussspat . Alle Versuche das freie Halogen
herzustellen scheiterten jedoch - manchmal auf tragische Weise. Erst 1886 gelang
Henri Moissan durch elektrolytische Zersetzung einer Lösung von Kaliumfluorid
(KF) in flüssigem Fluorwasserstoff (HF) bei -55°C reines Fluor zu erzeugen.
Aufschwung nahm die Fluorherstellung im zweiten Weltkrieg
durch die Entwicklung der Atombombe. Die Isotopenanreicherung von Uran erfolgt
über gasförmiges Uranhexafluorid (UF6). Die Herstellung von
Uranhexafluorid kann u.a. mit Hilfe von elementarem Fluor erfolgen. Fluor ist
bei Raumtemperatur ein gelbliches Gas. Es ist stark ätzend und extrem giftig. Es
kann noch in sehr kleinen Konzentrationen am Geruch erkannt werden, der dem
Geruch eines Gemisches aus O3 und Cl2 ähnelt.
Chlor ist bei Raumtemperatur ein gelbgrünes, giftiges, die
Schleimhäute angreifendes Gas. Es ist 2,5mal so schwer wie Luft und durch
Kompression leicht zu verflüssigen. Die kritische Temperatur beträgt 144°C, der
Dampfdruck bei 20°C 6,7bar. Es bleicht und reagiert mit Metallen zu
Metallchloriden. Gemische Chlor und Wasserstoff können explodieren
(Chlorknallgasreaktionen).
Brom ist bei Raumtemperatur eine dunkelbraune Flüssigkeit, die
schon bei -7°C dunkelbraunrot kristallisiert. Es ist das einzige bei
Raumtemperatur flüssige Nichtmetall. Bromdampf (rötlich braun) reizt die
Schleimhäute, flüssiges Brom erzeugt auf der Haut schmerzhafte Wunden und riecht
allgemein stechend, daher auch der Name Brom von gr. Bromos. Brom ist ätzend und
giftig. Wasser ist Brom weniger gut löslich als Chlor. Es ist aber mit unpolaren
Lösungsmitteln (z.B. CCl4, CS2) gut mischbar. Brom
reagiert mit Metall zu Metallbromiden. Bsp.: Alufolie und Brom reagieren heftig
zu Aluminiumbromid
Iod bildet bei Raumtemperatur grauschwarze, metallisch
glänzende, halbleitende Kristalle. Es schmilzt bei 114°C zu einer braunen
Flüssigkeit und siedet bei 185°C unter Bildung eines violetten Dampfes. Alle
Phasen bestehen aus I2-Molekülen. Schon bei Raumtemperatur ist Iod
flüchtig, beim Schmelzen beträgt der Dampfdruck 0,13bar. Man kann daher Iod
sublimieren und durch Sublimation reinigen. Wurde zur Desinfektion (Iodtinktur).
|
Fluor
F |
Chlor
Cl |
Brom
Br |
Iod
I |
Ordnungszahl Z |
9 |
17 |
35 |
53 |
Elektronenkonfiguration |
[He]2s22p5 |
[Ne]3s23p5 |
[Ar]3d104s24p5 |
[Kr]4d105s25p5 |
EN |
4,1 |
2,8 |
2,7 |
2,2 |
Elektronenaffinität in eV |
-3,4 |
-3,6 |
-3,4 |
-3,1 |
Ionisierungsenergie in eV |
17,5 |
13,0 |
11,8 |
10,4 |
Nichtmetallcharakter |
|
|
→
nimmt ab |
|
Reaktionsfähigkeit |
|
|
→ nimmt
ab |
|
Affinität zu
elektropositiveren Elementen |
|
|
→ nimmt
ab |
|
Affinität zu
elektronegativeren Elementen |
|
|
→ nimmt
zu |
|
Nachweis von Halogeniden
Chloride, Bromide und Iodide
reagieren mit Silberionen (die in einer Silbernitratlösung vorliegen) sofort
unter Bildung eines flockigen Niederschlags eines fast unlöslichen Silberhalogenids:
Ag+
+ Cl-
→
AgCl (schwerlösl., gelblichweißes Silberchlorid)
Ag+ + Br-
→
AgBr (schwerlösl., gelbliches Silberbromid)
Vorkommen:
Im Meer bestehen die Salze zu 89%
aus Chlorverbindungen (Kochsalz allein hat einen Anteil von 78%) ; auch in
allen Zellen der Lebewesen finden sich stets Chloridionen. Die
Salzkonzentrationen der Meer beträgt im Mittel 3,5% ; die Ostsee ist mit etwa 1%
recht salzarm. Salzseen wie das Tote Meer haben bis ca. 27% Salzgehalt.
Die größten Salzseen sind:
Eyresee (Australien) ca. 9.000 km2
Gr. Salzsee
(Utah) (27%) ca. 4.400 km2
Anwendungen und Produkte
(Fluor)
Nukleartechnologie:
- Uranhexafluorid (UF6) in der Urananreicherung
- Kunststoffindustrie und Automobilbau
- Fluorierung von Autotanks aus Kunststoff
(Barriereschichtbildung)
- Fluorierung von Kunststoffkanistern und anderen
Verpackungsmitteln (Barriereschichtbildung)
- Erzeugung von selbstreinigenden Niedrigenergieoberflächen
- Zur Verbesserung der Haftung wasserlöslicher Lacke und Farben
auf Kunststoffen; Verbesserung der Verklebbarkeit von Kunststoffen;
Metallisierung von Kunststoffen
Pharmazeutika
- 5-Fluoruracil: Ein vielfach in der Krebstherapie eingesetztes
Cytostatikum
- Arzneimittel zur Chemotherapie von Krebs und HIV-Therapie
- Arzneimittel für die Regulation des Fettstoffwechsels
- Blutersatzstoffe in Chirurgie und Notfallmedizin
- Schmerzmittel
- Tierarzneimittel
Agrochemische Verbindungen:
- Insektizide
- Herbizide
- Fungizide
- Supergifte
- Sarin, Tabun und andere als chemische Waffen verwendete Stoffe
Sonstiges:
- Oberflächenaktive Stoffe
- Oberflächenaktive Substanzen für Spezialanwendungen z.B. in
der Halbleiterindustrie
- Schmiermittel
- Schmiermittel für Computerfestplatten
- Flüssigkristalle
- In fluorierten Flüssigkristallen zur Verwendung in
LCD-Computermonitoren, Mobiltelefondisplays; tragbaren Comuputern und
LCD-Fernsehern
- Halbleiterherstellung und Mikrotechnologie
- Ätzgas
- Als UV-Lichtquelle in der EUV-Lithographie
- In Photolacken für die DUV-Lithographie
- Treibstoff, Treibmittel, Explosivstoffe
- High-Energy-Fuel für Raketenmotoren (im Zusammenspiel mit
einem anderen Brenngas z.B. Hydrazin
- Explosivstoffe
- Lasertechnik, Lasergas im chemischen Laser
- Schwefelhexafluorid
- Als Füllgas für Autoreifen und Tennisbälle und als Polstergas
in Druckausgleichsbehältern
- Zum Befüllen von Isoliergas
- Als Isoliergas in Hochspannungsschaltern
- Als Ätzgas in der Halbleitertechnik
- Stickstofftrifluorid (NF3)
- Als Ätzgas Halbleitertechnik
- In Form von Flusssäure (Lösung von Fluorwasserstoff in Wasser)
als Katalysator in der chemischen Synthese, zum Glasätzen und als Nassätzmedium
in der Halbleiterherstellung und Mikrotechnologie
- Teflon, ein korrosionsbeständiger Kunststoff mit einem sehr
geringen Reibungswiderstand. Daneben werden noch andere Fluorkohlenwasserstoffe
für den Temperaturbereich oberhalb 300°C hergestellt.
- In Form von anorganischem Fluorid z.B. in der Kariesprophylaxe
(Zahnpasta, Fluoridierung von Trinkwasser)
- Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW oder CFC) als Kühl-,
Schäum-, Treib- und Lösungsmittel. (Wegen der die Ozonschicht der Erde
schädigenden Wirkung das den FCKWs enthaltenen Chlors ist der Einsatz von
bestimmter FCKW in vielen Länder inzwischen gänzlich verboten).
- Freone, fluorierte Kohlenwasserstoffe
- In Form wässriger Ammoniumbifluorid-Lösungen zur Reinigung von
Bierleitungen (entfernt Bierstein)
- Zerstörung von Asbest. Auflösung in Flusssäure führt zur
Zerstörung der Faserstruktur
- In Form des von Kryolith als unentbehrliches
Elektroytkomponente in der Aluminiumherstellung
Anwendungen von Bromiden:
- Scavenger zum Entfernen des Bleis aus Zylindern bei Nutzung
von verbleitem Benzin
- Flammschutzmittel für (Elektronik-) Platinen
- Schädlingsbekämpfung
- Wurmmittel
- Desinfektionsmittel (milder als Chlor)
- Arzneimittel (Narkose-, Beruhigungs- und Schlafmittel)
- Fotoindustrie (Silberbromid als Bestandteil der
lichtempfindlichen Suspension)
- Bleichmittel (Alkalihypobromite)
- Farben
- Indikatoren
- Feuerlöschmittel
- Lösungsmittel
- Bromate als Oxidationsmittel
- Bromhaltiger Kautschuk zur Herstellung "luftdichter" Reifen
- Tränengas (Bromaceton)
Man sieht, dass
Halogene oder ihre Verbindungen von großer Bedeutung sind!!
Helena B. (D - 14 Jahre)
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