Dies ist eine Auswahl der in der Vorlesung „Einführung in die Anorganische Chemie“im WS 2007/08 gezeigten Powerpoint-Folien im pdf-Format, ohne Abbildungen. Ausschließlich als Lehrmaterialien für den universitätsinternen Gebrauch bestimmt. Die Inhalte dieses Dokuments unterliegen dem Urheberrecht.Für die Inhalte wird keine Gewähr übernommen.

Technische Gewinnung von H2 zur Zeit fast ausschließlich aus fossilen Rohstoffen(Milliarden m3/Jahr, Welt):

gezielt:Steam Reforming (Erdgas): 190partielle Oxid. von Schweröl: 120als Nebenprodukt bei:Reforming von Benzin: 90Koksherstellung: 50Ethylen-Produktion: 30

Steam Reforming von Erdgas (Beispiel Methan):

CH4

(g) + H2

O(g) CO(g) + 3 H2

(g)

CO(g) + H2

O(g) CO2

(g) + H2

(g)

900°C

Co3

O4

(Kat)

450°C

Ni(Kat)

anschließend Kohlenoxid-Konvertierung:

Entfernung durch Auswaschen mit Wasser (CO2 löst sich gut in Wasser, H2 dagegen fast nicht)

Synthesegas

Wasserstoffgewinnung bei der Koks-Herstellung: Kohlevergasung

C(s) + H2

O(g) CO(g) + H2

(g) 1000°C

anschließend Kohlenoxid-Konvertierung

Wassergas

Koks entsteht durch starkes Erhitzen von Steinkohle (Verflüchtigung organ. Verunreinigungen)

Dabei kann durch Teilverbrennung des C auch H2 gewonnen werden

Endotherme Reaktion; Erhalt der Reaktionstemperatur durch Zufuhr von O2 teilweise Verbrennung des C

(mit elektropositiven Hauptgruppen-Metallen, z.B. NaH, MgH2

, LiAlH4

)

(mit Nichtmetallen, z.B. NH3

, H2

O, SiH4

)

(mit vielen Übergangsmetallen,oft nichtstöchiometrisch, z.B. PdH0-1

)

ionisch

Na+

Na+Na+

Na+

H- H

Pd

PdPd

Pd

Einlagerung

(NaH: NaCl-Struktur)

N

HHH

(H in Oktaederlücken)

kovalent

Die EdelgaseDie EdelgaseHelium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe), RaHelium (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Krypton (Kr), Xenon (Xe), Radon (Rn)don (Rn)

Vorkommen: Bestandteile der Luft, Argon am hVorkommen: Bestandteile der Luft, Argon am hääufigsten mit 1% Volumenanteilufigsten mit 1% VolumenanteilHelium wesentlicher Bestandteil der SonneHelium wesentlicher Bestandteil der Sonne

Eigenschaften: unter Normalbedingungen Gase, liegen atomar vor. Eigenschaften: unter Normalbedingungen Gase, liegen atomar vor. Chemisch sehr inert, da stabile Elektronenkonfiguration (Oktett)Chemisch sehr inert, da stabile Elektronenkonfiguration (Oktett). Erst 1962 . Erst 1962 wurden erstmals Verbindungen von Edelgasen beschrieben (Xewurden erstmals Verbindungen von Edelgasen beschrieben (Xe--Fluoride).Fluoride).

He, Ne, Ar: bis heute keine stabilen Verbindungen bekanntHe, Ne, Ar: bis heute keine stabilen Verbindungen bekanntVerbindungen Kr, Xe: in erster Linie Fluoride und OxideVerbindungen Kr, Xe: in erster Linie Fluoride und Oxide

Xe + FXe + F22

XeFXeF22Xe + 2 FXe + 2 F22

XeFXeF44Xe + 3 FXe + 3 F22

XeFXeF66XeFXeF66

+ 3 H+ 3 H22

O XeOO XeO33

+ 6 HF+ 6 HF

Elektrochemische Darstellung aus HF:

von F2

Aggressive, stark Aggressive, stark äätzende Fltzende Flüüssigkeitssigkeit

HBr

ist eine starke Säure!

Singulett Singulett -- SauerstoffSauerstoff

Triplett – Sauerstoff (3O2 ) ist der „normale“ Sauerstoff und enthält zwei ungepaarte Elektronen mit gleichem Spin. Eine energiereiche, sehr kurzlebige Form mit entgegengesetzten Elektronenspins, der Singulett – Sauerstoff (1O2 ) , kann photochemisch (in Gegenwart vonSensibilatoren) aus O2 erzeugt werden. Singulett – Sauerstoff entsteht auch als Primärprodukt bei bestimmten Reaktionen, z.B. der Oxidation von H2 O2 durch NaOCl. Das rötliche Leuchten ist auf den Übergang von 1O2 zu 3O2zurückzuführen, wobei Energie in Form von Licht frei wird.

92 kJ/Mol

Triplett O2(Grundzustand)

Singulett – O2 (angeregter Zustand)

Singulett – Sauerstoff ist ein viel aggressiveres Oxidationsmittelals Triplett – Sauerstoff !

Ozon Ozon -- UmweltproblematikUmweltproblematikWieso ist in 25 km Höhe (Stratosphäre) zu wenig Ozon („Ozonloch“), boden –nah in Großstädten aber zeitweise zu viel Ozon („Ozonwarnung“, Smog) ?1) Ozonloch:In 25 km Höhe entsteht und zerfällt Ozon durch Einwirkung kurzwelliger UV –

Strahlung. Es baut sich eine Gleichgewichtskonzentration auf ( eines von

100000 Gasmolekülen ist Ozon). Das Ozon absorbiert UV –

Strahlung im Bereich240 –

310 nm fast vollständig, die sonst bis zur Erdoberfläche durchdringen würde:

O2

2 O O + O2

O3

2 O3 3 O2

Fluorkohlenwasserstoffe (z.B. CF3

Cl) gelangen in die Stratosphäre und werden dortebenfalls gespalten:

CF3

Cl F3

C + Cl

Chlorradikale katalysieren den Zerfall von Ozon. Ein Cl –

Radikal kann 10000 O3

–Moleküle zerstören! Deutliche Abnahme der stratosphärischen Ozon-Konzen

–

tration in den letzten Jahrzehnten

Verwendung von FCKW ist durch Umweltgesetzgebung bereits stark eingeschränkt(ist aber nicht die einzige Ursache für Ozonabbau)

hν

hν

(220nm)

Cl + O3

ClO + O2

ClO + O3

Cl

+ 2 O2

hν

(240-310nm)

Ozon Ozon -- UmweltproblematikUmweltproblematik

2) Ozonwarnung (Smog):Voraussetzungen: intensive Sonneneinstrahlung (Sommer) und Autoabgase (Stickoxide)

NO2

NO + O (stark vereinfachte Darstellung)

O2

+ O O3

So können sich gefährliche Lokalkonzen –trationen von O3

(stark giftig!) aufbauen

UV - Licht

Viele Metallsulfide sind schwer löslich.

Schwache Säure

(z.B. NaHS) (z.B. Na2 S)

SO3

ist das Anhydrid der Schwefelsäure

:

mittelstarke Säure

nicht isolierbar(vgl. Kohlensäure)

(z.B. NaHSO3 ) (z.B. Na2 SO3 )

SchwefelsSchwefelsääure Hure H22 SOSO44

Technische Darstellung aus Schwefel in mehreren Teilschrittennach dem „Kontaktverfahren“

S + O2 SO2 SO3 H2 SO4

½ O2 H2 O

Kat.

SO2 – Oxidation erfordert einen Katalysator (S verbrennt an der Luft zu SO2 , nicht zu SO3 )

SO3 wird nicht in Wasser, sondern in H2

SO4

eingeleitet, da essich in Wasser zu langsam löst.

Das Wasser wird der Schwefelsäure (bzw. Dischwefelsäure)zugesetzt.

Verwendung der SchwefelsVerwendung der Schwefelsääureure

60 % für die Herstellung von Düngemitteln, Aufschluss vonCalciumphosphat zum löslichen Superphosphat (Ca(H2

PO4

)2

.

2 CaSO4

)

Darstellung anderer Säuren (HCl , H3PO4)Sulfonierung / Nitrierung organischer VerbindungenElektrolyt im Bleiakkumulator

starke, zweiprotonige Säure

(z.B. NaHSO4 ) (z.B. Na2 SO4 )

Die physikalische Trennung zur Gewinnung von sehr reinem Stickstoff erfolgt in der Technik durch Verflüssigung und nachfolgende fraktionierende Destillation(Linde-Verfahren)

Darstellung von StickstoffDarstellung von Stickstoff

(Linde –

Verfahren)

Chemische EigenschaftenChemische Eigenschaften

schon bei Raumtemperatur:

glühend

freiwerdende, molare Reaktionswärme

Chemische EigenschaftenChemische Eigenschaften

kJ

N2

+ 3 H2

2 NH3

Einfluß

von Druck und Temperaturauf die Gleichgewichtsreaktion von N2

und H2

zu NH3

hohe NH3 -Ausbeuten bei: -

geringer Temperatur, da exotherm

(aber: dann Reaktion zu langsam)-

hohem Druck, „Flucht vor dem Zwang“

Haber-Bosch-Verfahren:T = 500°C, p = 200 bar, Fe –

Katalysator

(heterogene Katalyse)

Physikalische Eigenschaften des AmmoniaksPhysikalische Eigenschaften des Ammoniaks

trigonal - pyramidal

HydrazinHydrazin

H2 N – NH2

Chemische EigenschaftenChemische Eigenschaften

Gleichgewicht bei Raumtemperatur rechts

Biologische Relevanz von NOBiologische Relevanz von NO

NO: Neurotransmitter, entscheidend für Ausbildung des Langzeitgedächtnisses. Es wirkt auch gefäßerweiternd und blutdrucksenkend.

Eisen–NO–Komplexe und Nitroglycerin setzen im OrganismusNO frei Medikamente!Wirkungsweise von NO: aktiviert ein Fe – haltiges Enzym(Guanylat – Cyclase) durch Koordination an Fe

Umweltrelevanz von NOUmweltrelevanz von NO

Im Autoabgas, aus N2

und O2

bei hohen Temperaturen; Autokatalysator: katalysiert u.a. den Zerfall von NO in die Elemente.

P4 O10

P4 O10

Darstellung von NDarstellung von N22 OO55

P4 O10 , das Anhydrid der Phosphorsäure, hat stark

wasserbindende Eigenschaften

HNO3

Eigenschaften der salpetrigen SEigenschaften der salpetrigen Sääureure

+ H2

O

GroGroßßtechnische Darstellung von Salpeterstechnische Darstellung von Salpetersääureure

Verwendung vor allem in Düngmitteln(z.B. als NH4

NO3

)

Physikalische EigenschaftenPhysikalische Eigenschaften

SprengstoffeSprengstoffe

Schwarzpulver: KNO3(Salpeter) + C + S

Schießbaumwolle: Nitrocellulose

TNT: Trinitrotoluol