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ALKALIMETALLE


Charakterisierung

Allgemein:

- Elemente der 1. Hauptgruppe (außer Wasserstoff) sind Metalle
- werden als Alkalimetalle bezeichnet
- Wasserstoff bildet Ausnahme, da das Atom nur ein einziges Elektron und ein Proton
   besitzt und zweiatomige Moleküle bildet

Atombau:

- besitzen alle ein Elektron auf äußerstem Energieniveau (Elektronenschale)/ kann
  leicht abgegeben werden
- die leicht heraus lösbaren Elektronen bilden die Grundlage für Metallverbindungen
- Metallverbindungen sind eine Art chemische Bindung, die durch Anziehungskräfte
  zwischen Metall-Ionen und freien Elektronen verursacht wird Metallatom 4
  Metallionen + Elektronen
- dadurch leicht Ionisierbar
- Abstand der Außenelektronen (Valenzelektronen) zum Atomkern nimmt innerhalb der
  Hauptgruppe in Richtung Francium Fr zu

Eigenschaften:

1.  elektrische Leitfähigkeit:
    - durch frei bewegliche Elektronen als Ladungsträger in der Metallverbindung
    - wird an ein Metall elektrische Spannung angelegt, wandern frei bewegliche
      Elektronen durch das Atomgitter

2.  Ionisierbarkeit:
    - geben leicht das Valenzelektron ab, sodass einfach positiv geladene Ionen
      entstehen

3.  chemische Reaktionen:
    - durch leichte Ionisierbarkeit sehr reaktionsfreudig
    - reagieren mit Wasser (daher verrostete Metalle)
    - Alkalihydroxide bilden starke Laugen
    - Alkalimetalle können durch Reaktion mit Luftsauerstoff nachgewiesen werden

HALOGENE-Salzbildner

Die Halogene als Elementfamilie

Gemeinsamkeit:
Sieben Valenzelektronen, sehr reaktionsfähig (nach unten hin abnehmend) alle Halogene liegen in der Natur als negative Ionen (Anionen) mit einer Elementarladung vor:    X-1 ; Ursache dafür ist die gemeinsame unstabile Elektronenkonfiguration

  • aggressive Gase bzw. Feststoffe (I.) mit hoher Elektronegativität
  • befinden sich in der 7. Hauptgruppe des PSE mit der Wertigkeit I.
  • Fluor, Chlor, Brom und Iod sind Halogene, Astat ist radioaktiv und spielt keine Rolle.

Fluor (lateinisch fluere für 'fließen') in Form seines Calciumsalzes (Flussspat = CaF2) wurde 1529 von Georgius Agricola als Hilfsmittel zum Metallschmelzen beschrieben. Es macht Erzschmelzen und Schlacken dünnflüssiger, lässt sie fließen. 1670 zeigte Schwandhard die Glasätzung durch säurebehandelten Flussspat . Alle Versuche das freie Halogen herzustellen scheiterten jedoch - manchmal auf tragische Weise. Erst 1886 gelang Henri Moissan durch elektrolytische Zersetzung einer Lösung von Kaliumfluorid (KF) in flüssigem Fluorwasserstoff (HF) bei -55°C reines Fluor zu erzeugen.

Aufschwung nahm die Fluorherstellung im zweiten Weltkrieg durch die Entwicklung der Atombombe. Die Isotopenanreicherung von Uran erfolgt über gasförmiges Uranhexafluorid (UF6). Die Herstellung von Uranhexafluorid kann u.a. mit Hilfe von elementarem Fluor erfolgen. Fluor ist bei Raumtemperatur ein gelbliches Gas. Es ist stark ätzend und extrem giftig. Es kann noch in sehr kleinen Konzentrationen am Geruch erkannt werden, der dem Geruch eines Gemisches aus O3 und Cl2 ähnelt.

Chlor ist bei Raumtemperatur ein gelbgrünes, giftiges, die Schleimhäute angreifendes Gas. Es ist 2,5mal so schwer wie Luft und durch Kompression leicht zu verflüssigen. Die kritische Temperatur beträgt 144°C, der Dampfdruck bei 20°C 6,7bar. Es bleicht und reagiert mit Metallen zu Metallchloriden. Gemische Chlor und Wasserstoff können explodieren (Chlorknallgasreaktionen).

Brom ist bei Raumtemperatur eine dunkelbraune Flüssigkeit, die schon bei -7°C dunkelbraunrot kristallisiert. Es ist das einzige bei Raumtemperatur flüssige Nichtmetall. Bromdampf (rötlich braun) reizt die Schleimhäute, flüssiges Brom erzeugt auf der Haut schmerzhafte Wunden und riecht allgemein stechend, daher auch der Name Brom von gr. Bromos. Brom ist ätzend und giftig. Wasser ist Brom weniger gut löslich als Chlor. Es ist aber mit unpolaren Lösungsmitteln (z.B. CCl4, CS2) gut mischbar. Brom reagiert mit Metall zu Metallbromiden. Bsp.: Alufolie und Brom reagieren heftig zu Aluminiumbromid

Iod bildet bei Raumtemperatur grauschwarze, metallisch glänzende, halbleitende Kristalle. Es schmilzt bei 114°C zu einer braunen Flüssigkeit und siedet bei 185°C unter Bildung eines violetten Dampfes. Alle Phasen bestehen aus I2-Molekülen. Schon bei Raumtemperatur ist Iod flüchtig, beim Schmelzen beträgt der Dampfdruck 0,13bar. Man kann daher Iod sublimieren und durch Sublimation reinigen. Wurde zur Desinfektion (Iodtinktur).

 

Fluor

F

Chlor

Cl

Brom

Br

Iod

I

Ordnungszahl Z

9

17

35

53

Elektronenkonfiguration

[He]2s22p5

[Ne]3s23p5

[Ar]3d104s24p5

[Kr]4d105s25p5

EN

4,1

2,8

2,7

2,2

Elektronenaffinität in eV

-3,4

-3,6

-3,4

-3,1

Ionisierungsenergie in eV

17,5

13,0

11,8

10,4

Nichtmetallcharakter

 

 

→ nimmt ab

 

Reaktionsfähigkeit

 

 

→ nimmt ab

 

Affinität zu elektropositiveren Elementen

 

 

→ nimmt ab

 

Affinität zu elektronegativeren Elementen

 

 

→ nimmt zu

 

Nachweis von Halogeniden

Chloride, Bromide und Iodide reagieren mit Silberionen (die in einer Silbernitratlösung vorliegen) sofort unter Bildung eines flockigen Niederschlags eines fast unlöslichen Silberhalogenids:

  Ag +    Cl        AgCl (schwerlösl., gelblichweißes Silberchlorid)
  Ag+    +   Br-  
    AgBr  (schwerlösl., gelbliches Silberbromid) 

Vorkommen:  

Im Meer bestehen die Salze zu 89% aus Chlorverbindungen (Kochsalz allein hat einen Anteil von 78%) ;  auch in allen Zellen der Lebewesen finden sich stets Chloridionen. Die Salzkonzentrationen der Meer beträgt im Mittel 3,5% ; die Ostsee ist mit etwa 1% recht salzarm. Salzseen wie das Tote Meer haben bis ca. 27% Salzgehalt.

        Die größten Salzseen sind:
                    Eyresee (Australien)                ca.    9.000 km2

                    Gr. Salzsee (Utah)    (27%)     ca.     4.400 km2

Anwendungen und Produkte (Fluor)

Nukleartechnologie:

  • Uranhexafluorid (UF6) in der Urananreicherung
  • Kunststoffindustrie und Automobilbau
  • Fluorierung von Autotanks aus Kunststoff (Barriereschichtbildung)
  • Fluorierung von Kunststoffkanistern und anderen Verpackungsmitteln (Barriereschichtbildung)
  • Erzeugung von selbstreinigenden Niedrigenergieoberflächen
  • Zur Verbesserung der Haftung wasserlöslicher Lacke und Farben auf Kunststoffen; Verbesserung der Verklebbarkeit von Kunststoffen; Metallisierung von Kunststoffen

Pharmazeutika

  • 5-Fluoruracil: Ein vielfach in der Krebstherapie eingesetztes Cytostatikum
  • Arzneimittel zur Chemotherapie von Krebs und HIV-Therapie
  • Arzneimittel für die Regulation des Fettstoffwechsels
  • Blutersatzstoffe in Chirurgie und Notfallmedizin
  • Schmerzmittel
  • Tierarzneimittel

Agrochemische Verbindungen:

  • Insektizide
  • Herbizide
  • Fungizide
  • Supergifte
  • Sarin, Tabun und andere als chemische Waffen verwendete Stoffe

Sonstiges:

  • Oberflächenaktive Stoffe
  • Oberflächenaktive Substanzen für Spezialanwendungen z.B. in der Halbleiterindustrie
  • Schmiermittel
  • Schmiermittel für Computerfestplatten
  • Flüssigkristalle
  • In fluorierten Flüssigkristallen zur Verwendung in LCD-Computermonitoren, Mobiltelefondisplays; tragbaren Comuputern und LCD-Fernsehern
  • Halbleiterherstellung und Mikrotechnologie
  • Ätzgas
  • Als UV-Lichtquelle in der EUV-Lithographie
  • In Photolacken für die DUV-Lithographie
  • Treibstoff, Treibmittel, Explosivstoffe
  • High-Energy-Fuel für Raketenmotoren (im Zusammenspiel mit einem anderen Brenngas z.B. Hydrazin
  • Explosivstoffe
  • Lasertechnik, Lasergas im chemischen Laser
  • Schwefelhexafluorid
  • Als Füllgas für Autoreifen und Tennisbälle und als Polstergas in Druckausgleichsbehältern
  • Zum Befüllen von Isoliergas
  • Als Isoliergas in Hochspannungsschaltern
  • Als Ätzgas in der Halbleitertechnik
  • Stickstofftrifluorid (NF3)
  • Als Ätzgas Halbleitertechnik
  • In Form von Flusssäure (Lösung von Fluorwasserstoff in Wasser) als Katalysator in der chemischen Synthese, zum Glasätzen und als Nassätzmedium in der Halbleiterherstellung und Mikrotechnologie
  • Teflon, ein korrosionsbeständiger Kunststoff mit einem sehr geringen Reibungswiderstand. Daneben werden noch andere Fluorkohlenwasserstoffe für den Temperaturbereich oberhalb 300°C hergestellt.
  • In Form von anorganischem Fluorid z.B. in der Kariesprophylaxe (Zahnpasta, Fluoridierung von Trinkwasser)
  • Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW oder CFC) als Kühl-, Schäum-, Treib- und Lösungsmittel. (Wegen der die Ozonschicht der Erde schädigenden Wirkung das den FCKWs enthaltenen Chlors ist der Einsatz von bestimmter FCKW in vielen Länder inzwischen gänzlich verboten).
  • Freone, fluorierte Kohlenwasserstoffe
  • In Form wässriger Ammoniumbifluorid-Lösungen zur Reinigung von Bierleitungen (entfernt Bierstein)
  • Zerstörung von Asbest. Auflösung in Flusssäure führt zur Zerstörung der Faserstruktur
  • In Form des von Kryolith als unentbehrliches Elektroytkomponente in der Aluminiumherstellung

Anwendungen von Bromiden:

  • Scavenger zum Entfernen des Bleis aus Zylindern bei Nutzung von verbleitem Benzin
  • Flammschutzmittel für (Elektronik-) Platinen
  • Schädlingsbekämpfung
  • Wurmmittel
  • Desinfektionsmittel (milder als Chlor)
  • Arzneimittel (Narkose-, Beruhigungs- und Schlafmittel)
  • Fotoindustrie (Silberbromid als Bestandteil der lichtempfindlichen Suspension)
  • Bleichmittel (Alkalihypobromite)
  • Farben
  • Indikatoren
  • Feuerlöschmittel
  • Lösungsmittel
  • Bromate als Oxidationsmittel
  • Bromhaltiger Kautschuk zur Herstellung "luftdichter" Reifen
  • Tränengas (Bromaceton)

Man sieht, dass Halogene oder ihre Verbindungen von großer Bedeutung sind!!

Helena Ballasus (D - 14 Jahre)