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Vortrag Chemie - VI. Hauptgruppe
Was sind "Chalkogene"?
Vertreter
Herkunft der Namen, Entdeckung und Vorkommen
Deren Verwendung
Gemeinsame Eigenschaften und die Veränderung der Eigenschaften innerhalb der HG
Der Begriff "Modifikation" am Beispiel von Schwefel
Reaktion von Schwefeldioxid und Wasser
Möglichkeiten ein Sulfat zu bilden
1. Was sind "Chalkogene"?
Als Chalkogene werden alle Elemente der 6. Hauptgruppe bezeichnet. Das Wort (chalko - gene) kommt aus dem griechischen von "chalkos", für Erz und "genna", für erzeugen. Übersetzt heißt es also Erzbildner. Chalkogene wurden so bezeichnet, da sehr viele Metallsalze Oxide (mit Sauerstoff) oder Sulfide (mit Schwefel) sind.
2. Die Vertreter der VI. Hauptgruppe
Vertreter
Ord.-
zahl
häufigste
Neutron-
enzahl
Gruppe
Schmelz-
punkt
(in °C)
Siede-
punkt
(in °C)
Dichte
(in g/l o.
g/cm3)
Elektro-
negativität
n. Pauling
mittlere
Atommasse
(in u)
O - Sauerstoff
8
8
Nicht-
metall
-219
-183
1,42
3,4
≈16
S - Schwefel
16
16
Nicht-
metall
113
445
2,07
2,6
≈32
Se - Selen
34
45
*siehe
unten
217
685
4,80
2,5
≈79
Te -
Tellur
52
78
Halb-
metall
449
990
6,24
2,1
127,60
Po -
Polonium
84
209
Metall,
radioa.
254
962
9,4
2,0
(209)
[1u=1,660565x10-24g]
*Selen verfügt über zwei Modifikationen: das graue und das rote Selen. Das graue hat metallische,
das rote nichtmetallische Eigenschaften.
3. Herkunft der Namen, Entdeckung und Vorkommen
Herkunft:
Sauerstoff Der Name kommt aus dem Latein "Oxygenium", für Säurebildner. Dieser Begriff wurde irrtümlich von Lavosier eingeführt, der annahm, dass Sauerstoff für die Bildung von Säuren verantwortlich sei. Der Sauerstoff wurde von dem Schweden Carl Wilhelm Scheele und dem Engländer Joseph Priestley in den frühen 70er Jahren des 18. Jahrhunderts unabhängig voneinander entdeckt.
Schwefel Der Name Schwefel stammt von dem lateinischen Wort \"Sulfur\" ab und hat die Bedeutung \"giftig\" (Wortbedeutung stammt von Schwefeldioxid SO2 ab, welches eine starke Reizung auf die Schleimhäute ausübt). Auch hatte es die Namen Sanfkritswet oder Swewlan, die \"schlafen\" und \"erschlagen\" bedeuten.
Schwefel ist seit dem Altertum bekannt und wurde schon in der Bibel im Alten Testament erwähnt. Es wurde ebenfalls schon zeitig von den Chinesen und den Ägyptern als Bleichmittel benutzt.
Selen Kommt aus dem Griechischen "selene", für Mond. Es wurde 1817 von Berzelius als Rückstand der Schwefelsäureherstellung entdeckt.
Tellur Der Begriff kommt aus dem Latein von "tellus", für Erde. Es wurde 1782 von Franz Joseph Müller (Freiherr von Reichenstein) als neues Element in Golderz vermutet. Die endgültige Bestätigung erfolgte 1798 durch Martin Heinrich Klaproth.
Polonium wurde nach dem Land Polen benannt, dem Heimatland der Entdeckerin von Polonium, Marie Curie. Von dieser und von Pierre Curie wurde es 1898 als radioaktives Zerfallsprodukt von Uran entdeckt.
Vorkommen:
Sauerstoff Der Sauerstoff tritt bei uns auf der Erde nur molekular auf (O2). Daneben können z.B. auch durch elektrische Entladungen sowohl kurzlebiger, einatomiger Sauerstoff (O) als auch Ozon (Trisauerstoff, O3) gebildet werden. Sauerstoff ist auf der Erde das häufigste chemische Element, Luft besteht aus 21% aus Sauerstoff. Sauerstoff ist in zahlreichen Mineralien und Gesteinstypen enthalten, aus denen ganze Gebirgsketten aufgebaut sind. Auch die biologischen Organismen bestehen größtenteils aus Sauerstoff. Knapp zwei Drittel des menschlichen Körpers besteht nur aus diesem Element. Dies macht deutlich, dass der Sauerstoffkreislauf einer der grundlegendsten ökologischen Zyklen auf der Erde ist. Allein durch die Photosynthese der grünen Pflanzen wird jährlich eine Sauerstoffmenge von 300 Milliarden Tonnen freigesetzt.
Schwefel Schwefel kommt in reinen Zustand in der Natur vor. Das heißt auf der Erde (Schlamm und Morast), viel in der Erdkruste und vor allem in Ozeanen, wo er von Bakterien verarbeitet wird. Er kommt an die Erdoberfläche durch Mineralbildungen in Vulkanen (z.B.: auf Sizilien) und durch Tage- und Untertagebau. Auch findet man Schwefel in Sulfaten, Metallsulfiden, Säuren und Oxiden. Bekannt ist er auch als Schwefelsäure H 2SO4, die zur Luftverschmutzung und sauren Regen beiträgt. Auch befindet er sich in den organischen Verbindungen von Proteinen und Aminosäuren, die wichtig für die Bildung von Hornhautsubstanzen sind.
Selen Es ist der Begleiter des Schwefels in Sulfiden und ein für den Körper notwendiges Spurenelement. Selen-Minerale sind jedoch sehr selten.
Tellur Tellur ist Begleiter des Schwefels in Sulfiden. Elementar kommt es nur sehr selten vor.
Polonium In sehr geringen Mengen im Uranerz.
4. Verwendung der Stoffe der VI. Hauptgruppe
Sauerstoff: Sauerstoff wird sehr vielfältig verwendet. In der Verbindung mit Wasserstoff oder Acetylen benutzt man ihn in Gebläsebrennern zur Erzielung hoher Verbrennungstemperaturen, die dann für das autogene Schweißen oder zum Schmelzen von Metallen. In der Raketentechnik dient der flüssige Sauerstoff als Oxidator für den Treibstoff. Jährlich werden weltweit 100 Mio. Tonnen Sauerstoff für industrielle Zwecke gewonnen. Er kommt in blau gekennzeichneten Stahlflaschen in den Handel. Der größte Abnehmer ist die Stahlindustrie. Darüber hinaus wird es als Atemgas in der Medizin, in U-Booten und Raumkapseln sowie in Taucherflaschen eingesetzt.
Schwefel: Er wird verwendet: zur Vulkanisierung von Kautschuk (in der Reifenindustrie), als Schwefelstäbchen in Gewächshäusern, zur mineralischen Versorgung des Bodens, als Salben und Puder (gegen Ekzeme und Schuppenflechten), zur Herstellung von Zündhölzern, Feuerwerkskörpern und Schießpulver, zur Herstellung von Batterien, sowie von Wasch-, Dünge-, Arzneimitteln und zahlreichen Schwefelverbindungen, zum Pflanzenschutz gegen Pilze und als Brennstoff (Kohle, Diesel und Erdöl).
Selen: Selen findet Verwendung bei: Fotozellen (Belichtungsmesser, Solarzellen) und Gleichrichter, in Fotokopiergeräten, beim Tönen von Glasscheiben und Selensulfid (SeS) als Antischuppenmittel in Shampoos.
Tellur: Die Weltjahresproduktion von Tellur liegt bei etwa 300 t, die zu 75% zur Stahlveredlung verwendet werden. Der Rest dient der Herstellung von Peeltier-Elementen, Halbleitern, Gleichrichtern, Infrarot-Detektoren, zur Produktion von Arznei gegen Lepra, zum Färben von Glas und Keramik und zur Vulkanisierung von Kautschuk.
Polonium: Es wird als starke Strahlungs- und Ionisationsquelle in der Forschung und im Gemisch mit Beryllium als Neutronenquelle verwendet.
5. Gemeinsame Eigenschaften und die Veränderung der Eigenschaften innerhalb der HG
gemeinsame Eigenschaften: -geruchlos
-geschmacklos
-(bis auf O) fest bei 20 °C
-bilden negative Ionen
-Wertigkeit gegenüber H beträgt II
-höchste Wertigkeit gegenüber O beträgt VI
Änderung der Eigenschaften: ↓ basische Eig. nehmen zu
↓Reaktion mit O2 nimmt zu
↓Affinität zu elektronegativen Elementen nimmt zu
↓Affinität zu elektropositiven Elementen nimmt ab
↓metallische Eigenschaften nehmen zu
↓elektrische Leitfähigkeit nimmt zu
↓toxische Wirkung nimmt zu
↓Dichte nimmt zu
↓Elektronegativität nimmt ab
↓mittlere Atommasse nimmt zu
↓Anzahl der Protonen, Elektronen und Neutronen nimmt zu
6. Der Begriff "Modifikation" am Beispiel von Schwefel
Def.: Modifikationen sind Erscheinungsformen eines Elements. Sie unterscheiden sich in der Anordnung der Moleküle im Gitternetz und damit auch in ihren Eigenschaften wie Dichte, Schmelztemperatur usw..
Der Schwefel weist 3 Modifikationen auf: α-Schwefel
β-Schwefel
γ-Schwefel
α-Schwefel ist der in der Natur vorkommende Schwefel. Er hat eine rhombische Form, ist gelb und liegt bei Zimmertemperatur im festen Zustand vor. Er besteht aus S8-Ringen. Er besteht bis 95,6 °C. Bei Temperaturen oberhalb der 95,6 °C bildet sich
β-Schwefel, oder auch monokliner Schwefel. Er ist hellgelb und fein nadelförmig. Er besteht ebenfalls aus S8-Molekülen, jedoch ist er nicht mehr ringförmig sonder kettenförmig. Wenn ich den Schwefel weiter erhitze und den siedenden Schwefel in kaltes Wasser gebe, erhalte ich
γ-Schwefel, oder auch plastischen Schwefel. Dieser hat gummiähnliche Eigenschaften und sieht rot-braun aus. Er besteht aus langen Schwefelketten.
àSchwefel weist also 3 Modifikationen auf, die sich in ihrem Bau unterscheiden und somit auch
andere Merkmale aufzeigen, was beim Schwefel an Farbe und Form am deutlichsten zu erkennen
ist.
7. Reaktion von Schwefeldioxid und Wasser
SO2 + H2O → H2SO3
àReduktion
8. Möglichkeiten ein Sulfat zu bilden
2CaCO3 + 2SO2 + O2 → 2CaSO4 + 2CO2
àRedoxreaktion, Rauchgasentschwefelung mit Gipsbildung (aus Calciumcarbonat, Schwefeldioxid von Verbrennung von Kohle und schwerem Heizöl)
H2SO4 + H2O → H3O+ + HSO4-
HSO4- + H2O → H3O+ + SO42-
àIonisierung aus Schwefelsäure zu Sulfat-Ionen
Cu + H2SO4 → CuO + H2O + SO2
CuO + H2SO4 → CuSO4 + H2O
àRedoxreaktion, nach vorheriger Oxidation des Kupfers, aus Kupfer und Schwefelsäure
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