eigenschaften der elemente der 14. gruppe. 14. gruppe c si,ge sn,pb ns 2 np 2 zunahme von dichte,...

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  • Eigenschaften der Elemente der 14. Gruppe

  • 14. GruppeC Si,Ge Sn,Pbns2np2Zunahme von Dichte, Atomradius, metall. CharakterAbnahme von Ionisierungsenergie, ElektronegativittC Diamant = Nichtmetall Graphit Halbleiter

    Si,Ge Halbleiter

    Sn,Pb Metalle (-Sn!)

  • C_KohlenstoffVorkommen:

    elementar (Diamant, Graphit)

    CarbonateCaCO3 Kalkstein Marmor Kreide MgCO3 Magnesit CaCO3.MgCO3 Dolomit diverse Spate

    ErdlKohle (Anthrazit ~ 91 % C, Steinkohle ~ 85 % C, Braunkohle ~ 70 % C, ... )

    CO2 (in Luft und Wasser)

    in tierischen und pflanzlichen Organismen

  • C_KohlenstoffIsotope:12C98,89 %13C 1,11 %14Cin Spuren (radioaktiv)(Neutron aus Hhenstrahlung)(Halbwertszeit: 5730 Jahre)als 14CO2 in der Atmosphre,

    14C : (12C+ 13C) 1 : 1012

    entspricht 15,3 Zerflle / min / g C

    Radiocarbon-Methode zur Altersbestimmung(nach W.F. Libby)maximal ca. 60.000 Jahre!

  • C_KohlenstoffModifikationenDiamant

    sp3-hybridisiert (Diamantgitter)

    hart (Mohshrte 10)

    durchsichtig

    Isolator

    = 3,51 gcm-3

    Graphit

    sp2-hybridisiert (hex. Schichtgitter)

    weich

    undurchsichtig/schwarz

    rel. guter elektr. Leiter

    = 2,27 gcm-3

  • C_KohlenstoffPhasendiagramm

  • C_KohlenstoffC60 BuckminsterfullerenC60: 20 Sechsecke + 12 Fnfecke(d 700 pm)

    Fullerene: C70, C84, C90, C94

  • C_KohlenstoffVerbindungen:

    CO: isoelektronisch mit N2

    farblos, geruchlos, brennbar;giftig ! (MAK: 30 ppm)

    Darstellung:Technisch:Generatorgas2C (Koks) + O2 (Luft) 2 CO (+ N2) exothermWassergasC (Koks) + H2O CO + H2 endothermBoudouard-GleichgewichtCO2 + C 2 CO endothermLabor:HCOOH H2O + CO (Anhydrid der Ameisensure!)

    Verwendung:Reduktionsmittel; verschiedene Synthesen (Methanol,verschiedene Kohlenwasserstoffe, Ameisensure, Phosgen (COCl2))( )( )( + )( + )

  • C_KohlenstoffVerbindungen:

    CO2:

    farblos, geruchlos, nicht brennbar;hohe Wasserlslichkeit(1,713 Liter CO2 pro Liter Wasser bei 0C, 1 bar);sublimiert bei 78C;Trockeneis als Khlmittel

    Darstellung:Technisch:1)C + O2 CO2 exotherm (Verbrennung)KalkbrennenCaCO3 CaO + CO2 endothermLabor: (z.B. in einem Kippschen Apparat)3)CaCO3 + 2 HCl CaCl2 + H2O + CO2 Verwendung:Feuerlscher; Lebensmittelindustrie (Sodawasser, Getrnke mit Kohlensure, Schockgefrieren, Kaltmahlen, ...)( )( )( + )( + )

  • C_KohlenstoffVerbindungen:

    H2CO3 Kohlensure:

    CO2 (aq) + H2O H2CO3 (aq)(nur 0,1% als H2CO3)

    jedoch:

    Carbonate und Hydrogencarbonate

    planar,isoelektronisch mit NO2-, SO3

    NaHCO3 schwer lslichAlkalicarbonate gut in H2O lslich

    O O 2

    C ...

    O

  • Si_SiliciumWasserstoff-Verbindungen:

    SinH2n+2, Silane:n 15

    wesentlich weniger stabil als Kohlenwasserstoffe,mit zunehmender Kettenlnge nimmt die Stabilitt ab!

    Si H umgekehrte Polarisierung wie bei Kohlenwasserstoffen, dadurch nukleophiler Angriff an das Si-Atom erleichtert!

    auerdem: Si hat bereits d-Orbitale, erleichtert zustzlich den Angriff, daher:

    SiH4 + 4 H2O Si(OH)4 + 4 H2

    Darstellung:

    z.B. Mg2Si + 4 HCl(aq) 2 MgCl2 + SiH4

    +-OH-

  • Technische SilicateGlser:

    unterkhlte Silicatschmelzen unregelmige Anordnung von SiO4-Tetraedern

    WeichglasNa2CO3 + CaCO3 + SiO2 Glasca. 13 % Na2O, 12 % CaO, 75 % SiO2Kali-Kalk-GlasK2O statt Na2O hhere Erweichungstemperatur

    GerteglserSiO2 teilweise durch Al2O3 und B2O3 ersetzt noch hhere Erweichungstemperatur(Pyrex, Jenaer, Supremax, ...)

    Tonkeramik:

    Durch Brennen von Tonen (Schichtsilicate)Tongut (wasserdurchlssig) Tonzeug (dicht; z.B. Porzellan)

    Zement:

    durch Brennen von Gemischen aus CaCO3 + Ton bei etwa 1500C Portlandzement (Ca,Al-Silicate und Aluminate);beim Abbinden mit Wasser komplizierte Hydrateca. 1000C

  • Sn(II) und Pb(II)-VerbindungenProtolyse:

    M2+ + H2O MOH+ + H+ KSn = 10-2KPb = 10-8

    Amphoterie:

    H+Sn2+ Sn(OH)2 [Sn(OH)3]- Stannat(II) OH- OH-

    (Bleihydroxyd lst sich nur in starken konz. Basen)

    SnCl2: aus Sn + HClPbX2: alle schwerlslich

    SnS, PbS: schwerlslich; SnS bildet keine Thiosalze!

    Malerfarben: PbCrO4 = ChromgelbPbCrO4.PbO = ChromrotPbCO3.Pb(OH)2 = Bleiwei

  • Sn(IV) und Pb(IV)-VerbindungenSnO2: praktisch unlslich

    durch Schmelzen (!) mit NaOH lsliche Stannate

    PbO2: starkes Oxidationsmittel

    beim Erhitzen: PbO2 PbO + O2

    Pb3O4: Mennige, leuchtend rot +II +IV eig. Pb2PbO4 (Blei(II)-plumbat(IV)) beim Erhitzen an Luft (ca. 500C): PbO Pb3O4

    SnS2: bildet Thiosalze (Analytik!)

    SnS2 + Na2S Na2SnS3

  • BleiakkumulatorLaden:

    PbSO4 + 2 H + + 2 e - > Pb + H2SO4PbSO4 + 2 H2O > PbO2 + H2SO4 + 2 H + + 2 e -

    2 PbSO4 + 2 H2O > Pb + PbO2 + 2 H2SO4

    Entladen:

    Pb + H2SO4 > PbSO4 + 2 H + + 2 e -PbO2 + H2SO4 + 2 H + + 2 e - > PbSO4 + 2 H2O

    Pb + PbO2 + 2 H2SO4 > 2 PbSO4 + 2 H2O