c, si, ge, sn, pb ns 2 np 2 zunahme v. dichte, atomradius, metall. charakter abnahme v....

75
C , Si, Ge , Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Upload: helene-ursler

Post on 06-Apr-2016

220 views

Category:

Documents


1 download

TRANSCRIPT

Page 1: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

C , Si, Ge , Sn, Pb

ns2np2

Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter

Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Page 2: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 3: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

C Kohlenstoff

Vorkommen:

Elementar (Diamant, Graphit)Carbonate CaCO3 Kalkstein

Marmor Kreide

MgCO3 Magnesit MgCO3∙CaCO3 Dolomit

div. „Spate“

ErdölKohle (Anthrazit ~ 91%C Steinkohle ~ 85%C Braunkohle ~ 70%C…)

CO2 (in Luft und Wasser)in tierischen und pflanzlichen Organismen

Page 4: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Diamant

Mohshärte 10 (Talk = 1)hohes Lichtbrechungsvermögensp3-hybridisiert – DiamantgitterIsolatorρ = 3,51 kg dm-3

Graphit

weichschwarzsp2-hybridisiert – hexagonales Schichtgitterguter elektrischer Leiterρ = 2,27 kg dm-3

SiO2+3C 2CO↑ SiC+ Si C(gr.)+2000°C >2200°C

Retortengr., Pyrographit, Glasographit, Koks, Ruß, Aktivkohle…

Page 5: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Diamantstruktur

Page 6: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Graphit-Struktur

141,

5pm

335p

m

Page 7: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Fullerene

Buckminsterfulleren

C60

Page 8: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Kohlestruktur nach Shinn (Fuel 63 (1984), 1187

Page 9: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Isotope: 12C 98,89% 13C 1,11% 14C Spuren (radioakt.)

N14 7 n1

0 C14 6 H1

1+ +

(Höhenstrahlung)

als 14CO2 in Atmosphäre14C : (12C + 13C) ≈ 1 : 1012

→ entspr. 15,3 Zerfälle/min/gC

Radiocarbonmethode (W.F. Libby)

Page 10: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

CO Kohlenstoffmono(o)xid+ II

farblos, geruchlos, brennbargiftig! (MAK: 30 ppm)

C O(-) (+)

C O

C O(-)(+)

isoelektronisch mit N2!Darstellung:

Technisch:1) „Generatorgas“

O2 (Luft)+2C (Koks) 2CO (+ N2) ∆H = -221 kJ2) „Wassergas“

H2O+C (Koks) CO H2+ ∆H = +131 kJ3) Boudouard-Gleichgewicht

CO2 C+ 2CO ∆H = +173 kJLabor:4) HCOOH H2O CO+

AmeisensäureVerwendung:Reduktionsmittel; Synthese v. CH3OH, v. gesättigten u. unges. Kohlenwasserstoffen („Fischer-Tropsch“), Ameisensaeure, Phosgen (COCl2)

Page 11: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 12: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

CO2 Kohlenstoffdioxid+ IV

Eigenschaften:

C OO C OO CO O(-)(+) (-) (+)

farblos, geruchlos, NICHT brennbar;hohe Wasserlöslichkeit (1,713 l CO2 pro l H2O bei 0°C, 1 bar)sublimiert bei -78,5°C„Trockeneis“ als KühlmittelDarstellung:Technisch:1) O2+C CO2 ∆H = -394 kJ

2) „Kalkbrennen“CaCO3

∆CaO CO2↑+ ∆H = +176,6 kJ

Labor:3) CaCO3 2HCl+ CaCl2 H2O+ CO2↑+

(im Kipp)

Verwendung:Feuerlöscher; Lebensmittelindustrie (Sodawasser, chockgefrieren, Kaltmahlen…)

Versuch

Page 13: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Treibhauseffekt

Die von der Erde abgestrahlte langwellige elektromagnetische Strahlung liegt zwischen 800 nm und 3000 nm Wellenlänge (IR) und wird von den Treibhausgasen H2O, CO2, O3, N2O und CH4 absorbiert. Ohne diese hätte die Erde eine mittlere Oberflächentemperatur von -18°C!

Gas Konzentration in der Luft

Anteil am natürlichen Treibhauseffekt (%)

Anteil am zusätzlichen Treibhauseffekt (%)

Relativer Anstieg der Konzentration im Jahr (%)

H2O(g) variabel * 62,4

CO2 332 ppm 21,8 50 0,4

O3 0,01-0,10 ppm 7,3 7 0,7 **

H2O 0,31 ppm 4,3 5 0,3

CH4 1,65 ppm 2,4 13 1,0

* bis 4 Vol% ** in der Troposphäre (bodennahes Ozon)

Page 14: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Absorptionsspektrum der Atmosphaere

17 % der eingestrahlten Sonnenenergie werden durch die Atmosphaere absorbiert (durch Gase).

Page 15: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

http://www.eia.doe.gov

Page 16: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

H2CO3 Kohlensäure

CO2(aq) H2O+ H2CO3(aq)

nur 0,1% als H2CO3

K1 =[H+][HCO3

-]

([CO2] + [H2CO3])= 1,72 x 10-4

Jedoch:

K1’ =[H+][HCO3

-]

([CO2] + [H2CO3])= 4,16 x 10-7

Carbonate und Hydrogencarbonate

CO

O O...

2-isoelektronisch mit NO3

-, SO3

NaHCO3 schwerlöslich

Alkalicarbonate gut H2O löslich

Page 17: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

CS2 Kohlenstoffdisulfid

Kp: 46,2°Cchar. Geruch, leicht entzündlich, sehr giftig!

Darstellung:

C (CH4) S2+>600°C

CS2 (+ H2S)

Verwendung:

Lösungsmittel;Darstellung v. Viskoseseide, Zellwolle;Darstellung v. CCl4 (CS2 + 3Cl2 → CCl4 + S2Cl2)

Thiokohlensäure, Thiokarbonate

CS2 + 2NaSH H2S + Na2CS3

CS2 + (NH4)2S (NH4)2CS3

(NH4)2CS3 + HCl NH4Cl H2CS3+

Versuch: 3 N2O + CS2 3 N2 + CO + SO2 + S

Page 18: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

CX4 X = F, Cl, Br, I

CF4

stabilste C-Verbindung

CCl4: als Lösungsmittel, in Feuerlöschern; zieml. giftig; karzinogen?

CBr4, CI4

CF2Cl2: Freon

COX2 X = F, Cl, Br

COCl2: Phosgen sehr giftig!

Page 19: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

HCN Hydrogencyanid

farblose Flüssigkeit (Kp: 26°C)hohe Dielektrizitätskostante ε = 107 (25°C)sehr giftig!Geruch nach bitteren Mandelnwässr. Lösung = BlausäureDarstellung:

1) Oxidation v. Kohlenwasserstoffen in Gegenwart v. NH3, z.B. Andrussov- Prozess:

CH4

- IV+ NH3 3/2 O2

1000 – 1200°CHCN+ II

+ 3H2O+Pt – RhPt - Ir

2) Nebenprodukt bei Herstellg. Organ. Nitrile (z.B. Acrylnitril CH2=CH–CN)Verwendung:für organ. Synthesen, z.B.oder NC(CH2)4CN

Adiponitril

C COOCH3H2CCH3

Methylmethacrylat

HCN-III+I +II

Page 20: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Rettungsset bei einer Blausäurevergiftung• Cyanokit®• Bestandteile: Hydroxocobalamin• Indikation: Nach Vergiftungen mit

Blausäuregas und Cyaniden, beim Einatmen von blausäurehaltigen Rauchgasen, die noch weitere asphyktische Gase enthalten, wodurch die Anwendung von 4-DMAP eingeschränkt ist.

• Zusammensetzung: Es steht in einer Packung mit zwei Flaschen à 2,5 g gefriergetrockneter Substanz plus je 100 ml 0,9 %ige Kochsalzlösung zur Verfügung. Durch eine sterile Überführungseinrichtung gelangt das Antidot in diese Lösung und wird durch kurzes Schütteln restlos aufgelöst.

• Dosierung: Die Initialdosis von 5 g (Kinder: 2,5 g bzw. 70 mg/kgKG) wird i.v. verabreicht. Bei schweren Vergiftungen kann diese Dosis ein- bis zweimal wiederholt werden. 200 mg Hydroxocobalamin binden 1 mg CN.

• Wirkungsmechanismus: Hydroxocobalamin wirkt als Cyanidfänger. Es bindet Cyanid im Plasma indem der Hydroxoligant durch einen Cyanoliganten ersetzt wird. Das dabei entstandene Cyanocobalamin wird rasch im Urin ausgeschieden.

Page 21: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

CN- Cyanide

C N+II -III -

isoelektron. mit CO, N2, NO+, C22-

Pseudohalogenid!

Darstellung:1) Historisch – CASTNER-Verfahren

Na + NH3 NaCN + 3/2 H2C +2) „Neutralisationsprozess“

MOH + HCN(g, l) MCN + H2O

Verwendung:1) „Cyanidlaugerei“ für Au, Ag; z.B.

8CN- + 2H2O4Ag + + O2 4[Ag(CN)2]- 4OH-+2) Galvanotechnik3) Organ. u. anorgan. SynthesenNa4[Fe(CN)6]∙10H2O; K4[Fe(CN)6]∙3H2Oungiftig wegen Stabilität des [Fe(CN)6]4-

Page 22: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

(CN)2 Dicyan

farbloses, giftiges, brennbares Gas

C NCN+III -III+III-III

lineares Molekül

Darstellung:

1) Hg(CN)2∆ Hg + (CN)2

2) 2Cu2+ 4CN-+ + (CN)22CuCN+ I

[Cu(CN)4]3-

Überschuss CN-

Pseudohalogen

(CN)2 2OH-+ OCN-CN- + H2O++ III + II + IV

Page 23: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

C NOH

N HCO

N OCH

C NSH

N HCS

Cyansäure

Isocyansäure

Knallsäure(Fulminate)

Thiocyansäure

Isothiocyansäure

Page 24: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Carbide:

Darstellung:

a) aus den Elementen (T ≥ 2000°C)b) Oxid + Cc) Metall + Kohlenwasserstoffe

1) Salzartige Carbide 1., 2., 13. Gr.; Lanthanoide, Actinoide)

z.B.: C4- Methanide Be2C, Al4C3

C22- Acetylide Na2C2, CaC2, Ag2C2

(C34- Li4C3, Mg2C3)

2) Einlagerungs-Carbide (interstitiäre) Übergangsmetalle, spez. 4., 5., 6. Gr.)

TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, TaC; MoC, WC;M3C (M = Fe, Co, Ni, Mn); Cr-Carbide

3) Kovalente Carbide SiC (Carborundum), Borcarbid

SiO2 + 3C 2CO+el.

OfenSiC

Versuche: CaC2 + 2 H2O Ca(OH)2 + H2C2

Page 25: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Si GeVorkommen:

Silicate (Alkali-Erdalkali-Al-, Fe-…)

SiO2 (Quarz, Bergkristall, div. Halbedelsteine)

Germanit(Cu6FeGe2S8)

Eigenschaften:

spröde, HalbmetalleDiamantstruktur KZ = 4Halbleiter

Variieren d. elektr. Eigenschaften durch Dotieren →

p-Leiter(Defektleitung)(+ B, Ga, In)

n-Leiter(Überschussleitung)(+ P, As, Sb)

Page 26: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Si Ge

Page 27: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Herstellung von reinem Silicium

1) Unreines Si:

SiO2 + 2C (CaC2) 2CO + Si (+ Ca)

(Fe2O3 SiO2+ + C Ferrosilicium)

2) a) SiO2 + 2C + 2Cl2 SiCl4 2CO+Si + 2X2 SiX4

b) Reinigung v. SiX4 durch fraktionierte Destillationc) Reduktion v. SiX4

α) SiCl4 + 4Na Si + 4NaCl

β) SiX4 (X = Cl, Br) + 2H2 Si + 4HX

γ) Therm. Zersetzung von SiI4 („van Arkel-Verfahren“)d) weitere Reinigung durch Zonenschmelzen (Reinheit bis 1 in 106; ppm; und sogar bis 1 in 109; ppb!)

Page 28: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

SinH2n+2 Polysilane n ≤ 15GenH2n+2 Polygermane n ≤ 9

+ 4H2O Si(OH)4SiH4 4H++Si H+ -

mit zunehmender Kettenlänge nimmt Stabilität ab

Darstellung:

1) Mg2Si

Mg2Ge4HCl(aq)+ MgCl2 +

SiH4

GeH4

(+ Polyhydride)

2) SiCl4GeCl4

LiAlH4+ LiCl +SiH4

GeH4

AlCl3+

Page 29: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Beständigkeit von C-H-Verbindungen im Vergleich zu Si-H-Verbindungen

1) E(C-C) ≈ E(C-O) 347 kJ mol-1 352 kJ mol-1

E(Si-Si) << E(Si-O) 222 kJ mol-1 452 kJ mol-1

2) C-Atom hat keine d-Orbitale, dadurch Angriff erschwert; Umwandlung metastabiler C-Verbindungen in stabilere (CO2 + H2O) kinetisch gehemmt. Si-Atom hat d-Orbitale

3) Beim C-Atom Mehrfach-Bindungen möglich; beim Si pπ-pπ schwieriger, weil p-Orbitale weniger überlappen!

Page 30: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

SiX4

GeX4X = F, Cl, Br, I

Beständigkeit nimmt ab F → Ifeuchtigkeitsempfindlich, Hydrolyse mit H2O

Darstellung:

a) Oxid + HXb) Oxid + C + X2

c) Si, Ge + X2

SiF4

gasförmig, zieml. beständig

„Gasätzen“:4HF+SiO2 SiF4 + 2H2O

(SiF4 + 2HF H2[SiF6])Hexafluorokieselsäure

Page 31: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Silicate

SiCl4 Si(OH)4 „Orthokieselsäure“

4NaOH+SiO2 Na4SiO4 + 2H2O

konz. Lsg. = Natronwasserglas

Na4SiO4(aq) + H+ (z.B. HCl) SiO2∙xH2O

Kieselgel (Silicagel)

Die Orthokieselsäure neigt zur KONDENSATION!

2H4SiO4 H2O H6Si2O7+Ortho- Dikieselsäure

→ H2n+2SinO3n+1

Polykieselsäuren (kettenförmig)→ (H2SiO3)n

Metakieselsäuren (ringförmig)

OO

O

O

Si SiO4-Tetraeder

Page 32: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Silicat-Ionen

Page 33: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Silicate

1) Inselsilicate (Orthosilicate) [SiO44-]

Zircon ZrSiO4; Olivin (Mg, Fe)2SiO4

2) Gruppensilicate (Disilicate) [Si2O76-]

Thortveitit Sc2Si2O7

3) Ringsilicate (Metasilicate) [SiO32-]n n = 3; 6

Benitoit BaTiSi3O9 Beryll Al2Be3Si6O18

II IV III II

4) Kettensilicate [SiO32-]∞ „Pyroxene“

… … Enstatit MgSiO3

Diopsid CaMgSi2O6

Page 34: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

5) Bandsilicate [Si4O116-]∞ „Amphibole“

Chrysotil [Mg6(OH)6][Si4O11]xH2O

Hornblendasbest [Ca2(Fe,Mg)s(OH,F)2][Si8O22]II

6) Schichtsilicate (Blatt-) [Si2O52-]∞

Talk [Mg3(OH)2][Si4O10] Kaolinit [Al4(OH)8][Si4O10] Pyrophillit und Montmorillonit [Al2(OH)2][Si4O10]

Alumosilicate (Al3+ statt Si4+)

Glimmer Muscovit [KAl2(OH)2][AlSi3O10]

7) Gerüstsilicate (Tectosilicate)

alle O-Atome mit je 2 Si-Atomen verknüpft → [SiO4/2]∞ = [SiO2]∞

Page 35: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Ersatz v. 1/4 d. Si-Atome durch Al

„Feldspate“z.B. Orthoklas K[AlSi3O8]

Ersatz v. 1/3 d. Si-Atome durch Al

„Zeolithe“z.B. Chabasit [Na2,Ca][Al2Si4O12]∙6H2O

(Trockenmittel, Adsorbens, Molekularsiebe, Ionenaustauscher)

Ersatz v. 1/2 d. Si-Atome durch Al

z.B. Lasurstein (Lapislazu.. → Ultramarin)Na6[Al6Si6O24]xNa2S2

Page 36: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Sodalith, Zeolith & Faujasit

Page 37: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

GLÄSER unterkühlte SilikatschmelzenWeichglas

Na2CO3 + CaCO3 + SiO2

(Na2SO4 + C)

1000°CGLAS

13% Na2O, 12% CaO, 75% SiO2

Kali-Kalk-GlasK2O statt Na2O

GerätegläserSiO2 teilw. d. Al2O3 u. B2O3 ersetzt (Pyrex, Jenaer)

TONWAREN Tongut poröser Scherben Tonzeug dichter ScherbenZEMENT CaCO3 + Tone vermahlen, + H2O, bei 1500°C gesintert („Klinker“), gemahlen: Portlandzement (Ca-Al-Silicate) Mörtel (Ca(OH)2+ Sand + H2O)

Page 38: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

SiO2 Quarz (hex.)Tridymit (hex.)Cristobalit (kub.)

Abarten von Quarz: Bergkristall, Rosen-, Rauchquarz, Amethyst

Quarz in Gesteinen: Granit, Gneis, Glimmerschiefer

Amorph: Opal, Achat, Onyx

OPTISCHE AKTIVITÄT:

SiO2 → saures Oxid ⋯> Silikate

LinksquarzRechtsquarz

QUARZGLAS – unterkühlte QuarzschmelzeSTISHOVIT – Hochdruckmodifikation

GeO2 eher saures Oxid ⋯>

Germanate M4GeO4; (M2GeO3)x

I I

Page 39: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Silicone

polymere Kieselsäurederivate mit Si-O-Si Bindung, einzelne OH-Gruppendurch organische Reste ersetzt.

CH3 ,

ROCHOW-Synthese:

2CH3Cl + Si300-400°C

Cu(CH3)2SiCl2

durch Hydrolyse: Silanole R3SiOHSilandiole R2Si(OH)2

Silantriole RSi(OH)3

Kondensation: ÖleHarzeElastomere

Page 40: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Siliconöle

n(Si) = 20…500

Siliconkautschuk

OSi

OSi

OSi

OSi

CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3

Page 41: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Zinn (Sn) Blei (Pb)

Vorkommen

SnO2 (Zinnstein) PbS (Bleiglanz)PbCO3 (Weiß-)PbCrO4 (Rot-)PbMoO4 (Gelb-)PbWO4 (Scheelbleierz)

Stannum Plumbum

Darstellunga) Röst-Reduktions-Verfahren

1) Rösten zu PbO, SnO2

2) Reduktion mit C in Schachtöfen (SnO2) bzw. Hochöfen (PbO)b) Röst-Reaktions-Verfahren (Pb) 1) Unvollständiges Rösten

3PbS + 3O2 PbS + 2PbO + 2SO2↑2) Reaktion unter Luftabschluss

PbS + 2PbO 3Pb + 2SO2↑

Page 42: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Eigenschaften von Sn und Pb

weiche, niedrigschmelzende Metalle

Sn: silberweiß, auswalzbar (Stanniol!)

α-Sn ⇌ β-Sn13,2°C

grau, KZ 4 metallisch, KZ 6

„Zinnpest“ (Napoleon, Scott)

+ heiße konz. HNO3: SnO2∙xH2O

+ kalte verd. HNO3: Sn(NO3)2

+IV

+II

Pb: bläulich-grau; dehnbar, aber geringe Zugfestigkeit

+½ O2 Pb(OH)2H2OPb +

Bleivergiftung!gegenüber verd. H2SO4 und HCl beständig → PbSO4 und PbCl2 sindschwerlöslich!

Page 43: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Verbindungen v. Sn und Pb

Oxidationsstufe +II u. +IV

Stabilität v. +IV nimmt ab Sn → PbStabilität v. +II nimmt zu Sn → Pb

Sn2+-Vbdgn: typische Salze, Reduktionsmittel!!

Sn(IV)-Vbdgn: eher kovalent, ähnlich den entsprech. Si- und Ge-Vbdgn.

Pb2+-Vbdgn: Salze, beständig (keine Red.-mittel)

Pb(IV)-Vbdgn: wenig beständig, starke Oxidationsmittel!!

alle Pb-Verbindungen sind giftig!

Page 44: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Zweiwertige Verbindungen

Protolyse:H+

Sn(OH)2H2OSn2+ +OH-

[Sn(OH)3]-

[Sn(OH)6]4-

Stannat(II) = Stannit

Pb2+H+

OH-„Pb(OH)2“

OH-

[Pb(OH)3]-

Pb(OH)2∙PbO Plumbat(II) = Plumbit

SnCl2 ← Sn + HClPbX2: schwer löslich in H2O

SnS: keine Thiosalze!

PbCrO4: „Chromgelb“; PbCrO4∙PbO = „Chromrot“

2PbCO3∙Pb(OH)2: „Bleiweiß“

Pb(CH3COO)2: „Bleizucker“

Page 45: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Vierwertige Verbindungen

SnO2 prakt. unlöslich

SnO2H+

Pb3O4 „Mennige“ leuchtend rot

eig. Pb2PbO4 „Blei(II)-orthoplumbat(IV)“

Na2[Sn(OH)6](aq)

+ NaOHSchmelzen

lösl. Stannat

OH-SnO2∙nH2O (als Gel)

(„α-Zinnsäure“)

(„β-Zinnsäure“)Altern

PbO2 starkes Oxidationsmittel

PbO2

OH-

[Pb(OH)6]2- Plumbat(IV)

PbO2

∆½ O2PbO +

+II +IV

PbO 500°C

LuftPb3O4

SnCl4: ← Sn + Cl2

PbCl4: wenig beständig

SnS2: bildet Thiosalze!

M2SnS3; M4SnS4

I I

Page 46: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Bleiakkumulator

Anode:

Pb (s) SO42-+ PbSO4 (s) 2e-+

Kathode:

2e- + PbO2 (s) SO42-+ 4H++ PbSO4 (s) + 2H2O

Die Kathode besteht aus einem Gitter aus Blei, das mit Bleidioxidbeschichtet ist.

Zellpotential:

Das Zellpotential beträgt etwa 2 V; in einer Batterie mit 12 V sind sechsZellen in Serie geschaltet.

Page 47: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 48: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 49: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 50: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 51: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 52: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 53: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 54: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 55: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 56: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 57: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 58: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 59: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 60: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 61: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 62: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 63: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Erdalkalimetalle

Vorkommen:

Nur als VerbindungCaSO4 * 2H2O Gips

CaSO4 Anhydrit

CaF2 Flussspat

Mischungen ausCa5[(OH)(PO4)3], Ca5[F(PO4)3], Ca5[Cl(PO4)3]

sind Apatit

im Knochen: Hydroxylapatit = Ca5[(OH)(PO4)3]

Darstellung: Schmelzflusselektrolyse

Page 64: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Eigenschaften und Verbindungen

bis auf Ra sind es Leichtmetalle < 5g/cm3

Oxidationsstufe +II

Schraegbeziehung Be Al

Be ist carcinogen

Erdalkalimetalle sind unedel und reaktiv

Ca + 2 H2O Ca(OH)2 + H2

Oxide: CaO, MgO, BaO, BaO2

Page 65: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Verwendung:

Mg: LeichtmetalllegierungenGrignard Synthesen

Ca: “Brennen” der Carbonate

CaCO3 CaO + CO2

CaO + H2O Ca(OH)2 H = -63kJ

“geloeschter” Kalk

Verwendung im Moertel (zusammen mit Sand und Wasser)Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O Haerten des Moertels

Sulfate: CaSO4 * 2H2O Gips

CaSO4 Anhydrit

CaSO4 * 1/2H2O gebrannter Gips CaSO4 * 2H2OGipshaertung

H2O

Page 66: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

3 Mg + N2 Mg3N2 H=-1929kJ/molCa3N2 + 6 H2O 3 Ca(OH)2 + 2 NH3

Erdalkali-Carbonate, - Sulfate, -Phosphate sind schwer loeslich, im Gegensatz zu den Alkalimetallen.

Loesen von gesteinsbildenden Carbonaten:

CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2

temporaere Haerte: Durch erhitzen reversibelpermanente Haerte: Erdalkalisulfate

Alkalipolyphosphate (Calgon) verhindern eine Faellung von CaCO3

Page 67: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Vollentsalzung durch Ionenaustauscher:

Kationentauscher: polymere organische Saeuren

2 H+R- + Ca2+ + 2 H2O CaR2 + 2 H3O+

Anionenaustauscher:

2 R’+OH- + SO42- (R’)2SO4 + 2 OH-

Regeneration!

Page 68: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 69: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Alkalimetalle

Vorkommen:

Lithium, Rubidium, Caesium: seltenNatrium, Kalium: weit verbreitet

NaCl- Ablagerung durch Eintrocknen praehistorischer Meere enthaelt auch K- und Mg-Salz

Na+, K+ Physiologie, Zellfluessigkeiten

Interstitium (ECF) Cell (ICF)K+ 4.5 160Na+ 144 7

Concentration (mmol/kg H2O)

Page 70: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 71: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Darstellung

Schmelzflusselektrolyse(Eisen)Kathode (Kohle)Anode

2 NaCl 2 Na + Cl22 KCl 2 K + Cl2

Eigenschaften

Wichtigste Oxidationsstufe: +1sehr reaktiv, unedler Charakter

2 K + 2 H2O 2 K+ + 2 OH- + H2

Aufbewahrung unter Petroleum

2 Li + H2 2 LiH

Schraegbeziehung Li MgBe AlB Si

0 0 +1 -1

Page 72: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Verwendung

lithiumorganische VerbindungenLi2CO3 in der Psychiatrie

Na starkes Reduktionsmittelauch Trockenmittel z.B. fuer Ether

VerbindungenLi2O Lithiumoxid

Na2O2 Natriumperoxid

KO2 Kaliumhyperoxid Ionengitter, Ionenradien!

O2- + H2O 2 OH-

O22- + 2 H2O 2 OH- + H2O2

2 O2- + 2 H2O 2 OH- + H2O2 + O2

Page 73: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität
Page 74: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Hydroxide: stark alkalisch

NaOH Na+aq + OH-

aq

Peroxide:

O22- [ O O ] 2- OZ : -I

diamagnetisch

Alkaliperoxide gelb;Hydrolyse:

Me2O2 2 Me+ + O22-

O22- + 2 H2O H2O2 + 2 OH-

in AtemgeraetenNa2O2 + CO2 Na2CO3 + ½ O2

Als Oxidationsmittel, in Bleichbaedern, Aufschlussmittel

H2O

Versuch

Page 75: C, Si, Ge, Sn, Pb ns 2 np 2 Zunahme v. Dichte, Atomradius, metall. Charakter Abnahme v. Ionisierungsenergie, Elektronegativität

Li Li2O

Na Na2O2

K KO2 Kaliumhyperoxid

HyperoxideHO2 nur unterhalb von -60 Grad Celsius

KO2, RbO2, CsO2: orangerot

[ O O ]-[ O O ]-

paramagnetisch !OZ : -1/2

2 KO2 + 2 H2O 2 KOH + H2O2 + O2

4KO2 + 2 CO2 2 K2CO3 + 3 O2

O2

O2

O2