5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Intermetallische Systeme - Ionenverbindungen und kovalente Verbindungen sind meist stöchio- metrisch zusammengesetzt

5 Metalle5.2 der metallische Zustand

Intermetallische Systeme

- Ionenverbindungen und kovalente Verbindungen sind meist stöchio-

metrisch zusammengesetzt

- bei Verbindungen zwischen Metallen ist das Gesetz der konstanten

Proportionen häufig nicht erfüllt,

- die Zusammensetzung kann innerhalb weiter Grenzen schwanken:

+ Beispiel Messing,

Schwankungsbreite von

Cu0,34Zn0,66 - Cu0,42Zn0,58



- zur Charakterisierung von Zwei(mehr)stoffsystemen werden

Zustandsdiagramme bei

konstantem Druck,

sogenannte

Schmelzdiagramme

verwendet



- Unbegrenzte Mischbarkeit im festen und flüssigen Zustand

Silber und Gold sind beide kubisch flächenzentriert; das System

Ag-Au bildet eine lückenlose Mischkristallreihe



- zur Charakterisierung von Zwei(mehr)stoffsystemen werden

Zustandsdiagramme bei konstantem Druck, sogenannte

Schmelzdiagramme verwendet



- im System Cu-Au ist ebenfalls unbegrenzte Mischkristallbildung

möglich; jedoch tritt hier ein Schmelzpunktminimum auf:



- im System Cu-Au existieren Überstrukturen, die sich durch relativ

höhere elektrische

Leitfähigkeit

auszeichnen:



- Mischbarkeit im flüssigen Zustand, Nichtmischbarkeit im festen Zust.

Bismut-

Cadmium



- unbegrenzte Mischbarkeit im flüssigen Zustand, begrenzte Misch-

barkeit im festen

Zustand

Kupfer-

Silber



- Mischbarkeit im flüssigen Zustand, keine Mischbarkeit im festen

Zustand; Bildung einer

neuen Phase

Mg-

Ge



- Mischbarkeit im flüssigen Zustand, keine Mischbarkeit im festen

Zustand; Bildung

einer neuen

inkongruent

schmelzenden

Phase

Na-K



- Nichtmischbarkeit im festen und flüssigen Zustand

Eisen-Blei


Intermetallische Systeme- häufige intermetallische Phasen

- Metalle können ihrer Stellung im PSE nach in 3 Gruppen eingeteilt

werden: T1, T2 und B


Intermetallische Systeme- häufige intermetallische Phasen

- Metalle können ihrer Stellung im PSE nach in 3 Gruppen eingeteilt

werden: T1, T2 und B

- hierdurch wird eine

Klassifizierung der

intermetallischen

Systeme möglich:

5 Metalle5.3 Nebengruppenmetalle - Allgemeines

Einleitung

- alle Nebengruppenelemente sind Metalle

- außer den s-Elektronen der äußersten Schale sind auch d-Elektronen

der zweitäußersten Schale an chemischen Bindungen beteiligt

- die meisten Ionen haben

unvollständig besetzte

d-Niveaus


Einleitung




- die meisten Ionen haben unvollständig besetzte d-Niveaus

- Die Ionen sind häufig gefärbt und

neigen zur Komplexbildung


Einleitung




- die meisten Ionen haben unvollständig besetzte d-Niveaus

- Die Ionen sind häufig gefärbt und neigen zur Komplexbildung

- durch WW paramagnetischer Momente der Ionen kann kollektiver

Magnetismus entstehen

- viele nichtstöchiometrische Verbindungen


Komplexverbindungen - Aufbau und Eigenschaften

- Komplexverbindungen werden auch als Koordinationsverbindungen

bezeichnet

- ein Komplex besteht aus dem Koordinationszentrum (Zentralatom-

oder Ion) und der Ligandenhülle

- die Anzahl der vom Zentralteilchen

chemisch gebundenen Liganden

(Ionen oder Moleküle) wird

Koordinationszahl (KZ) genannt



- Beispiele für Komplexverbindungen



- Komplexe sind an ihren typischen Eigenschaften und Reaktionen zu

erkennen:

+ Farbe

+ elektrolytische Eigenschaften

+ Ionenreaktionen (z. B. „Maskierung“)




erkennen:

- Komplexe mit einem Koordinationszentrum sind einkernige

Komplexe; mehrkernige Komplexe besitzen mehrere Koordinations-

zentren:




erkennen:

- Komplexe mit einem Koordinationszentrum sind einkernige

Komplexe; mehrkernige Komplexe besitzen mehrere Koordinations-

zentren

- einzähnige Liganden besetzen im

Komplex nur eine Koordinationsstelle,

mehrzähnige dagegen mehrere:



- mehrzähnige Liganden, die mehrere Bindungen mit dem gleichen

Zentralteilchen unter Ringschluß ausbilden , nennt man

Chelatliganden (chelat, gr. Krebsschere)



- mehrzähnige Liganden, die mehrere Bindungen mit dem gleichen

Zentralteilchen unter Ringschluß ausbilden , nennt man

Chelatliganden (chelat, gr. Krebsschere)

räumlicher Bau des Chelatkomplexes [Me(EDTA)]2-

EDTA


Komplexverbindungen - Nomenklatur

- zuerst wird der Name der Liganden, dann der des Zentralatoms

angegeben

- anionische Liganden werden durch ein angehängtes o gekennzeichnet




angegeben


- die Ligandenanzahl wird mit den griechischen Präfixen mono, di, tri,

tetra, penta, hexa, hepta, octa bezeichnet:




angegeben



tetra, penta, hexa, hepta, octa bezeichnet

- in negativ geladenen Komplexen endet der Name auf -at:




angegeben



tetra, penta, hexa, hepta, octa bezeichnet

- in negativ geladenen Komplexen endet der Name auf -at:

- bei verschiedenen Liganden ist die Reihenfolge alphabetisch:


Komplexverbindungen - räumlicher Bau, Stereoisomerie

- häufige Kordinationszahlen in Komplexen sind 2, 4 und 6

- die räumliche Anordnung ist dann linear (2), tetraedrisch oder

quadratisch-planar (4) und oktaedrisch (6)

- für die meisten Komplexe gibt es bei wechselnden Liganden

Komplexe mit unterschiedlicher Koordination

+ z.B. kann Ni2+ oktaedrisch, tetraedrisch und

quadratisch-planar koordiniert sein



- für die meisten Komplexe gibt es bei wechselnden Liganden

Komplexe mit unterschiedlicher Koordination

+ z.B. kann Ni2+ oktaedrisch, tetraedrisch und

quadratisch-planar koordiniert sein

- andere Ionen bevorzugen dagegen bestimmte Koordinationen:

+ Cr3+, Co3+ und Pt4+ die oktaedrische,

+ Pt2+ und Pd2+ die quadratisch-planare und

+ Ag+, Cu+ und Au+ die lineare Koordination


Komplex-verbindungen -räumlicher Bau, Stereo-isomerie









- Komplexe, die dieselbe chemische Zusammensetzung und Ladung,

aber einen verschiedenen räumlichen Aufbau haben, sind stereoisomer

- man unterscheidet die folgenden Arten der Stereoisomerie:



- 1: Cis/trans - Isomerie

+ zwei mögliche räumliche Anordnungen beim quadratisch-

planaren Komplex Pt(NH3)2Cl2




+ auch möglich bei oktaedrischen Komplexen; Beispiel

[Cr(NH3)4Cl2]+




+ zwei mögliche räumliche Anordnungen beim quadratisch-

planaren Komplex Pt(NH3)2Cl2

+ auch möglich bei oktaedrischen Komplexen; Beispiel

[Cr(NH3)4Cl2]+

+ bei tetraedrischen Komplexen ist keine cis/trans-Isom. mögl.



- 2: Optische Isomerie (Spiegelbildisomerie)

+ bei tetraedrischer Koordination mit 4 verschiedenen Liganden

treten zwei Formen auf, die sich nicht zur Deckung bringen

lassen





treten zwei Formen auf,

die sich nicht zur

Deckung bringen

lassen





treten zwei Formen auf, die sich nicht zur Deckung bringen

lassen




+ bei oktaedrischer Koordination tritt optische Isomerie häufig

in Chelatkomplexen auf

en




+ bei tetraedrischer Koordination mit 4 versch. Liganden treten

zwei Formen auf, die sich nicht zur Deckung bringen lassen

+ bei oktaedrischer Koordination tritt optische Isomerie häufig

in Chelatkomplexen auf

+ optische Isomere bezeichnet man auch als enantiomorph oder

enantiomer; sie besitzen bis auf eine Ausnahme gleiche phys.

Eigenschaften: Polarisiertes Licht wird entgegenges. gedreht



- 3: Salzisomerie

+ tritt auf, wenn Liganden wie CN- oder NO2- durch

verschiedene Atome an das Zentralteilchen gebunden sind

Beispiel:



- 4: Koordinationsisomerie

+ tritt auf bei Verbindungen, bei denen Anionen und Kationen

Komplexe sind:

Beispiel:



- 5: Ionenisomerie

+ in einer Verbindung kann ein Ion als Ligand im Komplex oder

außerhalb des Komplexes gebunden sein:

+ ein spezieller Fall der Ionenisomerie ist die Hydratisomerie:

Beispiel:


Komplexverbindungen - Stabilität

- für Komplexbildungsreaktionen gilt das MWG:

- K wird Stabilitätskonstante des Komplexes genannt


Komplexverbindungen - Stabilität

- für Komplexbildungsreaktionen gilt das MWG

- K wird Stabilitätskonstante des Komplexes genannt, Beispiele:


Spezielle Komplexverbindungen: Metallcarbonyle

- Kohlenmonoxid bildet mit dem einsamen Elektronenpaar am Kohlen-

stoffatom eine dative -Bindung Ligand Metall



- die dadurch am Metallatom entstehende hohe Elektronendichte kann

durch eine -Rückbindung zum CO erniedrigt werden



- Kohlenmonoxid bildet mit dem einsamen Elektronenpaar am Kohlen-

stoffatom eine dative -Bindung Ligand Metall

- die dadurch am Metallatom entstehende hohe Elektronendichte kann

durch eine -Rückbindung zum CO erniedrigt werden

- die resultierende

Bindung besitzt zwei

mesomere Formeln



- die Zusammensetzung der meisten Carbonyle kann mit der 18-Elek-

tronenregel (Edelgasregel) vorhergesagt werden:

+ Anzahl der Valenzelektronen des Metallatoms + Anzahl der

von den Liganden für -Bindungen stammenden

Elektronen = 18

+ es wird die Valenzelektronenkonfiguration des nächst-

höheren Edelgases erreicht




tronenregel (Edelgasregel) vorhergesagt werden:




tronenregel (Edelgasregel) vorhergesagt werden

- die kristallinen Carbonyle sublimieren im Vakuum

- die bei RT flüssigen Carbonyle sind flüchtig,

leicht entzündlich und sehr giftig!



- zweikernige Carbonyle sind kristalline, meist farbige Substanzen mit

niedrigen Schmelzpunkten

- reaktionsfähiger als einkernige Carbonyle

- Ru2(CO)9 und Os2(CO)9 zersetzen sich bei Raumtemperatur










- Ru2(CO)9 und Os2(CO)9 zersetzen sich bei Raumtemperatur

- wenige mehrkernige Carbonyle sind existent:

+ Me3(CO)12 Me = Fe, Ru, Os

+ sie sind ebenfalls farbig, zersetzlich und sublimierbar






- Ru2(CO)9 und Os2(CO)9

zersetzen sich bei

Raumtemperatur



- wenige mehrkernige Carbonyle sind existent:

+ Me3(CO)12 Me = Fe, Ru, Os

+ sie sind ebenfalls farbig, zersetzlich und sublimierbar



- von Elementen der VIII. NG sind vierkernige Komplexe bekannt:


Spezielle Komplexverbindungen: -Komplexe

- die Bindung Ligand Metall wird bei diesen Komplexen von den

-Elektronen organischer Verbindungen errichtet.

- wie bei den Metallcarbonylen werden auch diese komplexe durch eine

-Rückbindung stabilisiert

- die organischen Liganden können aromatische Ringsysteme, Alkene

oder Alkine sein




oder Alkine sein




oder Alkine sein

- die resultierenden Komplexe haben ebene Ringsysteme, z.B.:

+ Dibenzolchrom (C6H6)2Cr




oder Alkine sein



+ Ferrocen, (C6H5)2Fe, der wichtigste

Cyclopentadienyl (cp) komplex

ist orange; Fe besitzt die

Oxidationszahl +2; Ringe „auf Lücke“




oder Alkine sein



+ Beim homologen Ruthenocen,

(C6H5)2Ru liegen die cp-Ringe

auf Deckung




oder Alkine sein




oder Alkine sein

- die katalytische Wirkung von Platinverbindungen bei der Oxidation

von Alkenen beruht auf der intermediären Bildung von-Komplexen

- Alkene mit konjugierten Doppelbindungen können Chelate bilden:



- Alkene mit konjugierten Doppelbindungen können Chelate bilden:



- Alkene mit konjugierten Doppelbindungen können Chelate bilden

- Alkine können zwei -Elektronenpaare für Bindungen zur Verfügung

stellen und z.B. zwei CO-Moleküle ersetzen:

5 Metalle5.4 die 1. Nebengruppe

Gruppeneigenschaften

Cu



Cu

Ag



Cu

Ag

Au



-



- die Metalle der 1. NG werden auch als Münzmetalle bezeichnet

- aufgrund der Elektronenkonfiguration Auftreten in der Ox-stufe +1,

daneben auch +2 und +3 möglich, seltener +4, +5

- stabilste Ox-stufen für Cu +2, für Ag +1, für Au +3

- zu den Alkalimetallen besteht nur formale Ähnlichkeit :

d10- Konfiguration schirmt Kernladung nicht so wirkungsvoll ab wie

eine Edelgaskonfiguration, daher Ionisierungsenergien größer

edlerer Charakter


die Elemente - Cu

- alle Münzmetalle kristallisieren kubisch-flächenzentriert mit hohen

Schmelzpunkten

- Kupfer ist hellrot, zäh und dehnbar

- Cu besitzt nach Ag die höchste elektrische Leitfähigkeit


die Elemente - Cu

- alle Münzmetalle kristallisieren kubisch-flächenzentriert mit hohen

Schmelzpunkten

- Kupfer ist hellrot, zäh und dehnbar

- Cu besitzt nach Ag die höchste elektrische Leitfähigkeit

- mit Sauerstoff bildet sich an der Oberfläche eine fest haftende Schicht

von Cu2O


die Elemente - Cu


von Cu2O

- an CO2- und SO3- haltiger Luft bilden sich fest haftende Deck-

schichten von basischem Carbonat

Cu2CO3(OH)2 und Cu2SO4(OH)2


die Elemente - Cu


von Cu2O

- an CO2- und SO3- haltiger Luft bilden sich fest haftende Deck-

schichten von basischem Carbonat Cu2CO3(OH)2 und Cu2SO4(OH)2

- Cu ist toxisch für niedere Organismen (Bakterien, Algen, Pilze

„Hausmittel“ Pfennig in Blumenvase,

Kupfernagel in Nachbars Baum)


die Elemente - Cu

- Cu wird von konz.

Schwefelsäure und

Salpetersäure, nicht

aber von Salzsäure

gelöst


die Elemente - Cu

- Cu ist ein recht häufiges Metall, am häufigsten sind Sulfide

- wichtige Kupfermineralien sind Kupferkies CuFeS2, Kupferglanz

Cu2S, Bornit Cu5FeS4, Covellin CuS, Rotkupfererz Cu2O,

Malachit Cu2(OH)2CO3, Azurit Cu3(OH)2(CO3)2


die Elemente - Cu

- Ausgangspunkt der Kupferherstellung ist der Kupferkies CuFeS2

- zunächst wird der Eisenanteil in das Oxid überführt

- danach erfolgt eine Röst-Reaktion


die Elemente - Cu

- das so gewonnene Rohkupfer bedarf der elektrolytischen Raffination:


die Elemente - Cu

- das so gewonnene Rohkupfer bedarf der elektrolytischen Raffination

- nach Eisen und Aluminium ist Kupfer das wichtigste Gebrauchsmetall

- breite Verwendung aufgrund hoher thermischer (Wärmetauscher)

und elektrischer (Elektroindustrie)

Leitfähigkeit sowie der guten

Korrosionsbeständigkeit

(Schiffbau, chemischer

Apparatebau, Braukessel)


die Elemente - Cu

- wichtige Kupferlegierungen sind Messing (Cu-Zn)


die Elemente - Cu

- wichtige Kupferlegierungen sind Messing (Cu-Zn) , Bronze (Cu-Sn)


die Elemente - Cu

- wichtige Kupferlegierungen sind Messing (Cu-Zn) , Bronze (Cu-Sn)

oder Neusilber (Alpaka, 60% Cu, 20% Ni, 20% Zn)


die Elemente - Ag

- Silber ist ein weißglänzendes, weiches, dehnbares Metall

- es besitzt die höchste thermische und elektrische Leitfähigkeit aller

Metalle


die Elemente - Ag

- Silber ist ein weißglänzendes, weiches, dehnbares Metall

- es besitzt die höchste thermische und elektrische Leitfähigkeit aller

Metalle

- wird von O2 nicht angegriffen

- mit H2S bildet sich in

Gegenwart von

Sauerstoff schwarzes Ag2S


die Elemente - Ag

- Ag wird nur von oxidierenden Säuren

wie Salpetersäure und konz. Schwefelsäure gelöst

- in Gegenwart von O2 löst es sich auch unter Komplexbildung

in Cyanidlösungen

- Silber ist wie Cu für Mikroorganismen toxisch; Silbersalze finden

bei der Wassersterilisation Verwendung


die Elemente - Ag

- Ag (Silber) gehört wie Au (Gold) zu den seltenen Elementen,

Lagerstätten mit gediegenem Silber sind weitgehend abgebaut


die Elemente - Ag

- Ag (Silber) gehört wie Au (Gold) zu den seltenen Elementen,

Lagerstätten mit gediegenem Silber sind weitgehend abgebaut

- in sulfidischen Erzen ist Ag - meist unter 0,1% - enthalten; daher wird

Ag als Nebenprodukt bei der Pb- und Cu-Herstellung gewonnen

- wichtige Silbermineralien sind Silberglanz (Argentit) Ag2S, Pyrar-

gyrit Ag3SbS3 und

Proustit Ag3AsS3


die Elemente - Ag

- Silber fällt als Nebenprodukt bei der Kupferraffination an

- aus seinen Erzen wird Silber durch Cyanidlaugerei gewonnen:


die Elemente - Ag

- Silber ist für die meisten Verwendungen zu weich, daher wird es für

den Gebrauch legiert (Ag-Gehalt wird auf 1000 Gewichtsteile bez.)

- Verwendungen:

+ Münzen

+ Versilberungen

+ Elektronik


die Elemente - Ag

- Silber ist für die meisten Verwendungen zu weich, daher wird es für

den Gebrauch legiert (Ag-Gehalt wird auf 1000 Gewichtsteile bez.)

- Verwendungen:

+ Spiegel

+ Gebrauchs-

gegenstände

+ Fotoindustrie


die Elemente - Au

- Gold ist „goldgelb“, das geschmeidigste und duktilste Metall

+ zu einer Dicke von 0,00001 mm auswalzbar!

- 70% der Leitfähigkeit des Silbers

- chemisch inert, wird nur von Königswasser

und in GG von O2 von CN- angegriffen

Gold + HCl Königswasser


die Elemente - Au

- Gold kommt hauptsächlich gediegen vor, aber meist mit Ag legiert

- Gold in Primärlagerstätten heißt Berggold

Goldnugget, AUS


die Elemente - Au

- Gold kommt hauptsächlich gediegen vor, aber meist mit Ag legiert

- Gold in Primärlagerstätten heißt Berggold

- Nach Gesteinsverwitterung weggeschmemmtes Gold lagert sich im

Flußsand in Form von Goldstaub oder Goldkörnern als Seifen-

oder Waschgold ab und kann dort durch „Waschen“ gewonnen

werden


die Elemente - Au




werden

Altertum, l.

Rheingold-wäscher, r.


die Elemente - Au




werden

Brasilien, l.

Ekuador, r.


die Elemente - Au

- aus seinen Erzen wird Gold wie Silber durch Cyanidlaugerei gew.

- beim Amalgamverfahren wird aus feingemahlenem Gestein Gold mit

Quecksilber als Amalgam abgetrennt,

das Hg wird danach destillativ abgetrennt

- Effektivität bei der Cyanidlaugerei 95 %,

beim Amalgamverfahren 65 %

- Au entsteht als Nebenprodukt der Pb- oder Cu-Herstellung Umweltrisiken der Cyanidlaugerei

hier die vergiftete Theis (H/ROM)


die Elemente - Au

- Gold findet Verwendung als Münz- (meist mit 10% Cu) oder als

Schmuckmetall


die Elemente - Au

- Gold findet Verwendung als Münz- (meist mit 10% Cu) oder als

Schmuckmetall, der Au-Gehalt wird auf 1000 Gewichtsteile bezogen

oder in „Karat“ ausgedrückt:

24 Karat 100 % Au

18 Karat 75 % Au, 750er Gold

- Au wird ebenso wie Ag in der Elektronik verwendet

- Weißgold ist ist eine Legierung mit Cu, Ni, Ag (1/4 bis 1/3 Au)





Zn



ZnCd



ZnCd

Hg





- alle Elemente treten in der Oxadationsstufe +2 auf

- Verbindungen höherer Oxidationsstufen sind bisher nicht isoliert

worden

- die Oxidationsstufe +1 ist nur für Hg von Bedeutung (als Hg22+)

- die Elemente bilden nur Verbdg. mit voll besetzten Unterschalen

keine Übergangselemente

- die Ionen Me2+ und Hg22+ sind daher farblos

- ähnlich den Übergangselemente gibt es jedoch mit Ausnahme von Carbonylen zahlreiche Komplexe



- Zink und Cadmium sind sich chemisch recht ähnlich, Hg ist edler

- Hg22+ ist stärker polarisierbar und bildet kovalente Verbindungen

- analoge Zn- und Cd- Verbdg. sind besser löslich als die Hg-Verbdg.

- Hg22+ - Komplexe sind stabiler als die von Zn2+ und Cd2+

- Zn2+ - Ionen sind tetraedrisch- Cd2+ - Ionen oktaedrisch koordiniert

- für Hg(II) ist (ähnlich Cu(I), Ag(I) und Au(I)) die lineare

Koordination typisch

- geringe Ähnlichkeit zu Elementen der 2. HG (Ausn. Zn2+ Mg2+ )


die Elemente - Zn

- Zink ist ein bläulich - weißes Metall; hochrein ist es duktil

- oberhalb 200 °C und verunreinigt ist es spröde

- der Dampf besteht aus Zn - Atomen

- Zn ist ein unedles Metall alchemistisches Symbol


die Elemente - Zn

- Zink ist ein bläulich - weißes Metall; hochrein ist es duktil

- oberhalb 200 °C und verunreinigt ist es spröde

- der Dampf besteht aus Zn - Atomen

- Zn ist ein unedles Metall,

- jedoch wird es durch Schutzschichten aus Oxid, Carbonat bzw.

Hydroxid passiviert

- Zn löst sich auch in Laugen (amphoter) unter Wasserstoffentwicklung

und Bildung von Hydroxokomplexen


die Elemente - Zn

- Zink kommt in der Natur nicht elementar vor

- die wichtigsten Zinkerze sind Zinkblende ZnS und Zinkspat ZnCO3

Zinkblende Zinkspat


die Elemente - Zn

- Zink kommt in der Natur nicht elementar vor

- die wichtigsten Zinkerze sind Zinkblende ZnS und Zinkspat ZnCO3

- Zink wird thermisch oder elektrolytisch dargestellt;

zunächst erfolgt die Röstung von Zinkerz:


die Elemente - Zn

- Zink wird thermisch oder elektrolytisch dargestellt; zunächst erfolgt

die Röstung von Zinkerz:

-


die Elemente - Zn

- Zinkverwendungen :

+ Dächer, Dachrinnen

+ Trockenbatterien


die Elemente - Zn

- Zinkverwendungen:

+ Dächer, Dachrinnen

+ Trockenbatterien

+ Zn-Staub als Reduktions-

mittel

+ Zinküberzüge

(Feuerverzinken o. galvanisch)

+ Legierungen (Messing)


die Elemente - Zn

einige Reaktionen des Zinks:

- alle wichtigen Zinkverbindungen enthalten Zink in der Oxidations-

stufe +2

- Zinkoxid entsteht durch Entwässerung von Zn(OH)2, durch

thermische Zersetzung von ZnCO3 oder durch Oxidation von

Zinkdampf an der Luft dargestellt:


die Elemente - Zn


- die Darstellung von Zinkhalogeniden kann durch Auflösen von Zn

in Halogenwasserstoffsäuren erfolgen:

- das technisch wichtigste Zinksalz ZnSO4 wird technisch durch

Auflösen von Zinkschrott in verdünnter Schwefelsäure hergestellt


die Elemente - Zn


- Zinksulfid ZnS kann aus den Elementen dargestellt werden

Zn + S ZnS


die Elemente - Cd

- Cadmium ist ein silberweißes Metall, edler und duktiler als Zink

- beständig an der Luft, schwerlöslich in nichtoxidierenden Säuren,

leicht in verdünnter Salpetersäure

- von Laugen wird Cd nicht gelöst

- Cadmium ist stark toxisch; sowohl die Aufnahme

löslicher Cadmiumsalze als auch die Inhalation

von Cadmiumdämpfen ist gefährlich


die Elemente - Cd

- Cadmium kommt wie Zink nicht elementar vor

- Cd ist in den meisten Zinkerzen mit 0,2 - 0,4% enthalten; daher

wird es als Nebenprodukt bei der Zinkherstellung gewonnen

- Cadmiumminerale spielen für die technische Erzeugung keine Rolle

- Cd-Verwendungen:

+ in wiederaufladbaren Batterien


die Elemente - Cd

- Cd-Verwendungen:

+ Schutzüberzüge wie bei Zink

+ aufgrund des hohen Neutroneneinfangquerschnittes

Einsatz als Material für

Regelstäbe (3) in Kernreaktoren

+ Bestandteil niedrig

schmelzender Legierungen

(z.B. im Woodschen Metall)


die Elemente - Cd

einige Reaktionen des Cadmiums:

- Cd(OH)2 löst sich in Säuren und in sehr starken Basen als [Cd(OH)4]2-

- in NH3 löst sich Cd(OH)2 unter Bildung von [Cd(NH3)4]2+

- die Cd-Halogenide CdX2 bilden mit Halogenidionen die Komplexe

CdX3- und CdX4

2-

- CdS (Cadmiumgelb wird

als gelbes Pigment verw.,

CdSe als rotes Pigment


die Elemente - Cd

einige Reaktionen des Cadmiums:

- Cd(OH)2 löst sich in Säuren und in sehr starken Basen als [Cd(OH)4]2-

- in NH3 löst sich Cd(OH)2 unter Bildung von [Cd(NH3)4]2+

- die Cd-Halogenide CdX2 bilden mit Halogenidionen die Komplexe

CdX3- und CdX4

2-

- CdS (Cadmiumgelb wird als gelbes

Pigment verw., CdSe als rotes Pigment

- CdS ist photoleitend Belichtungsmesser


die Elemente - Hg - Quecksilber (engl. mercury)


die Elemente - Hg

- Quecksilber ist ein silberglänzendes Metall, das bei -39 °C erstarrt

- hoher Dampfdruck; der Dampf besteht aus Hg-Atomen

- Hg-Dämpfe sind sehr giftig und verursachen chronische

Vergiftungen;

verschüttetes Hg ist deshalb sofort mit

Zinkstaub (Amalgambildung) oder Iodkohle

(Reduktion zu HgI2) unschädlich zu machen


die Elemente - Hg

- Quecksilber ist ein edles Metall und unterscheidet sich in seinen Rkn

von Zink und Cadmium

- wird von Salpeter- nicht aber von Salz- oder Schwefelsäure gelöst

- bei RT ist Hg beständig gegen O2, Wasser, CO2, SO2, HCl, H2S, NH3

- reagiert mit Halogenen und Schwefel, ab 300 °C mit O2

HgOHgO Hg + 0,5 O2


die Elemente - Hg

- das einzige für die Gewinnung von Quecksilber bedeutende

Mineral ist der Zinnober HgS

- Quecksilber erhält man hieraus

durch Rösten:

- Hg entweicht dampfförmig

und wird kondensiert


die Elemente - Hg

- Quecksilber findet vielseitige Verwendung:

+ Füllung in wiss. Geräten

(Thermometer, Barometer)

+ Hg-Dampflampen

(hoher UV-Anteil)


die Elemente - Hg

- Quecksilber findet vielseitige Verwendung:

+ Füllung in wiss. Geräten

(Thermometer, Barometer)

+ Hg-Dampflampen (hoher

UV-Anteil)

+ Kathodenmaterial für die Chloralkalielekrolyse

+ Extraktionsmittel bei der Goldgewinnung

+ als Silberamalgam in der Zahnmedizin


die Elemente - Hg

einige Reaktionen des Quecksilbers:

- wichtig ist das Disproportionierungsgleichgewicht

- die dadurch eingeschränkte Stabilität von Hg(I)-Verbindungen

zeigt sich exemplarisch in folgenden Rkn:


die Elemente - Hg


- beim Erhitzen an der Luft auf 300 - 350 °C erhält man orthorhomb.

rotes HgO, das oberhalb 400 °C wieder zerfällt

- es ist polymer aus

Zickzackketten aufgebaut:


die Elemente - Hg


- beim Erhitzen an der


die Elemente - Hg


- HgCl2 bildet mit gasförmigem Ammoniak das weiße, sogenannte

„schmelzbare Präzipitat“:

- das „unschmelzbare Präzipitat“ bildet sich aus Hg2Cl2 + NH3 und

hat eine Zickzackkettenstruktur:


die Elemente - Hg


- aus „Neßlers Reagenz“ K2[HgI4] entsteht mit Ammoniak ein

orangefarbener Niederschlag

von [Hg2N]I

(Christobalitstruktur)





Sc



Sc

Y



Sc

Y

La





- aufgrund ihrer Elektronenkonfiguration treten die Elemente der 3. NG

ausschließlich in der Oxidationsstufe +3 auf

- die Me3+ - Ionen besitzen Edelgaskonfiguration und sind farblos

- Eigenschaften ähneln mehr denen der 2. HG denn denen der 2. NG

- es bestehen Ähnlichkeiten zur Chemie des Aluminiums



- aufgrund ihrer Elektronenkonfiguration treten die Elemente der 3. NG

ausschließlich in der Oxidationsstufe +3 auf

- die Me3+ - Ionen besitzen Edelgaskonfiguration und sind farblos

- Eigenschaften ähneln mehr denen der 2. HG denn denen der 2. NG

- es bestehen Ähnlichkeiten zur Chemie des Aluminiums

- insbesondere Scandium ist wie Al amphoter

- zusammen mit den Lanthanoiden werden Scandium, Yttrium und

Lanthan als Seltenerdmetalle bezeichnet



- die Metalle sind unedel und reaktionsfreudig

- Zunahme der Ionenradien bewirkt Zunahme der Basizität der

Hydroxide:

+ Sc(OH)3 ist amphoter

+ La(OH)3 eine ziemlich starke Base

- Fluoride, Sulfate, Oxalate und Carbonate sind schwerlöslich

- geringe Neigung zur Komplexbildung

- Actinium Ac ist radioaktiv und kommt als radioaktives

Zerfallsprodukt vor


die Elemente

- in elementarem Zustand kristallisieren Sc, Y und La in typischen

Metallstrukturen

- es sind silberweiße, duktile Metalle

- Sc und Y sind Leichtmetalle

Lanthan


die Elemente

- in elementarem Zustand kristallisieren Sc, Y und La in typischen

Metallstrukturen

- es sind silberweiße, duktile Metalle

- Sc und Y sind Leichtmetalle

- die Elemente der NG 3 sind unedler als Al und reagieren

dementsprechend mit Säuren unter Wasserstoffentwicklung

- in der Atmosphäre und in Wasser sind sie beständig, da sich

passivierende Deckschichten bilden


die Elemente

- entgegen ihrem Namen sind Sc, Y und La nicht selten, sondern

ebenso häufig wie Blei und Zink

- die Anreicherung in Lagerstätten ist allerdings gering

- die wenigen wichtigen Mineralien sind:

+ Thortveitit (Y,Sc)2[Si2O7]


die Elemente

- entgegen ihrem Namen sind Sc, Y und La nicht selten, sondern

ebenso häufig wie Blei und Zink

- die Anreicherung in Lagerstätten ist allerdings gering

- die wenigen wichtigen Mineralien sind:

+ Thortveitit (Y,Sc)2[Si2O7]

+ Gadolinit Be2Y2Fe[Si2O8]O2

+ Xenotim YPO4

- La kommt als Begleiter der Lanthanoiden, vor allem des Cers, vor


die Elemente

- alle Metalle können durch Reduktion der Fluoride mit Ca oder Mg

hergestellt werden:

- Mg-Sc - Legierungen werden in der Kerntechnik als Neutronenfilter

verwendet

- in Magnetspeichern erhöht Dotierung mit Sc2O3 eine schnelle

Ummagnetisierung

- Rohre aus Yttrium dienen in der Kerntechnik als Brennstabummantel.


die Elemente

- große Mengen Yttriumverbindungen werden in der Farbfernsehtecnik

als Farbkörper (rote Fluoreszenz) verwendet

- flüssiges Lanthan dient zur Plutoniumextraktion aus geschmolzenem

Uran

- eine Co.Y - Legierung dient als

hervorragendes Material für

Permanentmagnete


die Elemente

einige Reaktionen von Sc, Y und La

- Scandiumverbindungen ähneln den Aluminiumverbindungen

- ScF3 ist schwerlöslich in Wasser, ScCl3 ScBr3 und ScI3 sind

hygroskopisch und leichtlöslich

- mit Halogeniden bilden sich die Halogenokomplexe [ScF6]3-

(Kryolith-Analoga!) und [ScCl6]3-

- Sc(OH)3 ist eine schwache Base und weniger amphoter als Al(OH)3,

in NaOH-Lösungen löst es sich unter Bildung von Na3[Sc(OH)6]


die Elemente

einige Reaktionen von Sc, Y und La

- Yttriumverbindungen ähneln den Scandiumverbindungen

- Yttriumhydroxid ist stärker basisch und stärker löslich als Sc(OH)3

- LaF3 ist in Wasser schwerlöslich, es existieren die Fluorokomplexe

[LaF4]- und [LaF6]3-

- La2O3 wird durch Erhitzen von La(OH)3 oder durch Verbrennen

von Lanthan erhalten

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5 Metalle 5.2 der metallische Zustand Intermetallische Systeme - Ionenverbindungen und kovalente Verbindungen sind meist stöchio- metrisch zusammengesetzt