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Elemente des Periodensystems

Natürliche Häufigkeit der Elemente

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Der Wasserstoff

• Vorkommen• Eigenschaften• Gewinnung• Verwendung• Verbindungen

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VorkommenInterstellare Wasserstoffwolken

Orion-Nebel

…und auf der Erde

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Eigenschaften

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Ein Element – verschiedene Bindungstypen

im Inneren des Jupiter(90 % H2, 10 % He)

T = 20 000 K

p > 4 Mio bar

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Darstellung im Labor

Herstellung im Labor im Kipp´schen Apparat

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Technische Verfahren zur H2-Gewinnung

Ca. 90 % des Wasserstoffs werden aus fossilen Energieträgern gewonnen

Kohlevergasung (Wassergas, Synthesegas)

Basis für die Synthese organischer Chemikalien (z. B. Methanol, Alkane, Alkene)

Kohlenoxid-Konvertierung oder Wassergas-Shift-Reaktion(an Co3O4-Kat. bei 450°C)

liefertEnergie

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Elektrolyse von Wasser

Das lohnt sich nur bei günstig verfügbarer Elektroenergie.

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Wasserstofftechnologie der Zukunft

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Reaktionen

Knallgas-Reaktion

H2 ist bei Raumtemperatur reaktionsträge.Reaktion durch Zündung initiiert.

ΔH = - 572 kJ/mol

eine Kettenreaktion die zur Explosion führt

1986: Challenger-Katastrophe

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Verwendung als Brenngas

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Wasserstoffverbindungen

Ionische Hydride (1. und 2. Hauptgruppe)

Kovalente Wasserstoffverbindungen (3. – 7. Hauptgruppe)mehr oder weniger polar

HF

Metallische Hydride (Einlagerungsverbindungen)meist nicht stöchiometrisch

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Industrielle Verwendung von Wasserstoff

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Wasserstoff – Energieträger der Zukunft

Anode H2 2 H+ + 2 e-

Katode O2 + 2 e- O2-

2 H+ + O2- H2O

Elektrolyt Protonenaustauscher-MembranProton Exchange Membrane (PEM)

Funktionsprinzip einer PEM-Brennstoffzelle

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Zusammenfassung - Wasserstoff

Leichtestes Gas mit niedrigem Siede- und Schmelzpunkt

Technische Gewinnung durch Steam-Reforming aus CH4 oder Koks und Wasserdampf

Darstellung im Labor durch Reaktion unedler Metalle mit Säuren oder Wasser

Hohe Bindungsenergie der H-H-Bindung erfordert meist höhere Reaktionstemperaturen

Mit Elementen der 1. und 2. HG bilden sich salzartige Hydride mit dem H- Anion

H2 reagiert mit vielen Nichtmetallen zu Molekülen mit (polar) kovalenten Bindungen, in denen H partiell positiv geladen ist

H2 kann viele Metalloxide zum Metall reduzieren

H2 wird als Brennstoff und in vielen chemischen Synthesen gebraucht

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Weitere Elemente der 1. Hauptgruppe (Alkalimetalle)

• Eigenschaften• Vorkommen• Gewinnung• Verwendung• Wichtige

VerbindungenHelp!!! There

is water in here!

Help!!! He isstealing my

electron

Look! He´s positive...Somebody stole his

electron

„al-qary“ (arabisch)

= salzhaltige Asche

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Eigenschaften der Elemente

weiche Metalle geringer Dichte (Li, Na und K schwimmen auf dem Wasser)

mit dem Messer schneidbar

Natrium Kalium

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Eigenschaften der Elemente

Heftige Reaktion mit Wasser

M + H2O MOH + ½ H2 M M+ + e- H+ + e- ½ H2

Reaktion mit den meisten Nichtmetallen

z. B. Halogene, Sauerstoff, Wasserstoff

Ionischer Charakter, großer Radius, geringe Ladungsdichte

immer als M+-Kationen auf, Bildung leicht löslicher, farbloser Salze

Stabilisierung großer, niedrig geladener Anionen (z. B. HCO3-, O2

-)

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Natürliche Vorkommen

LiAl[Si2O6]Spodumen

NaCl(Steinsalz, Halit)

NaAl[Si3O8](Natronfeldspat, Albit)

Na2CO3 . 10 H2O (Soda) NaNO3 (Chlilesalpeter) Na3AlF6 (Kryolith)

KCl (Sylvin) KAl[Si3O8] (Kalifeldspat)

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Gewinnung der Alkalimetalle - Alkalichloridelektrolyse

Kathode:Kathode: NaNa++ + e+ e-- Na (flNa (flüüssig)ssig)

Anode:Anode: 2Cl2Cl-- ClCl22 ((gasfgasf.) + 2 e.) + 2 e--

SmpSmp. 580 . 580 °°CC

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Verwendung der Alkalimetalle

Natrium

Synthese einer Vielzahl von Natriumverbindungen z. B. Na2O2, NaNH2,NaH, NaCN

Als Reduktionsmittel zur Gewinnung von Metallen, z. B. von Titan

Trockenmittel für organische Lösungsmittel

Na-Dampflampen

Kalium, LithiumSynthese von Li- und K-organischen VerbindungenK- und Na-Legierungen als Kühlmittel in Kernreaktoren

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Hydoxide MOH

sind von allen Hydroxiden die stärksten Basen

sehr hygroskopische weiße Feststoffe, zerfließen beim Stehen an Luft

extrem ätzend („Ätznatron, Ätzkali“, OH- reagiert mit Proteinen der Haut, NaOH als Abflußreiniger)

NaOH für anorganische, KOH für organische Synthesen (löst sich besser in organischen Lösungsmitteln

reagieren mit CO2 zu Hydrogencarbonaten

NaOH