Darstellung der Elemente/Vdg Flashcards
Darstellung d. Alkalimetalle
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Darstellung d. Erdalkalimetalle
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Darstellung Bor
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Darstellung Silicium
[Riedel]
Zur techn. Darstellung von Si wird Quarz mit Koks im elektrischen Ofen reduziert.
SiO2 + 2 C –(1800°C)–> Si + 2 CO
(DeltaH = ca. +700)
- man erhät Si in kompakten Stücken
- Im Labor auch Mg oder Al als Red-Mittel (exotherm)
Für Halbleitertechnik benütigt man extrem reines Si!
Techn. Si wird mit HCl zu SiHCl_3 (Trichlorsilan) –> d. Dest. gereinigt und zu Si reduziert
Si + 3 HCl HSiCl3 + H2
Dadurch erhält man polykistallines Si mit einer Reinheit von 10^(-9) Atom%.
Si-Einkristalle gewinnt man daraus mit dem Zonenschmelzverfahren oder mit dem hauptsächlich eingesetzten Czochralski-Verfahren.
–> dabei Si i Quarztiegel geschmolzen, in die Schmelze ein Impfkristall, dann später langsam rausgezogen.
Man erhält 1.5 Meter lange bis zu 30cm dicke walzenfoörmige Einkristalle, die dann in Scheiben zerschnitten werden.
Darstellung Schwefel
Frasch-Verfahren:
Elementares S aus Schwefellagerstätten durch Frasch-Sonde.
Claus-Prozess:
- H2S von Entschwefelung von Erdöl in Raffinerien
- durch Abrösten von sulfidischen Erzen
H2S + O2 –> SO2 + H2O
SO2 + H2S –> S (fl) + H2O
Exotherm
Reinigungsschritte bei Rohsilicium
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Darstellung von Phosphor
Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C
–> 3 CaSiO3 + 5 CO + P2
Elektrischer Lichtbogen
Darstellung von Stickstoff
Linde-Verfahren. N2 aus der Luft.
Darstellung von Sauerstoff
Sauerstoff wird großtechnisch (Produktion 2005 in Deutschland 5,6 · 109 m3, Weltproduktion
ca. 109 t) durch fraktionierende Destillation verflüssigter Luft (Linde-
Verfahren) hergestellt.
Ein Gas kann nur verflüssigt werden, wenn seine Temperatur tiefer als die kritische Temperatur ist (TK(N2) = 126 K, TK(O2) = 154 K)
–> Die Abkühlung des Gases beim Linde-Verfahren beruht auf dem Joule-Thomson-
Effekt.
Wenn sich ein komprimiertes Gas ausdehnt, so kühlt es sich ab. Bei der Ausdehnung muss Arbeit geleistet werden, um die Anziehungskräfte zwischen den
Gasteilchen zu überwinden. Die Energie dazu wird der inneren Energie des Gases
entnommen, die kinetische Energie und damit die Temperatur nehmen daher ab.
Nur bei Gasen, die sich ideal verhalten, sind zwischen den Gasteilchen keine Anziehungskräfte
wirksam. Luft verhält sich bei Normalbedingungen ideal, nicht aber im
komprimierten Zustand
Darstellung von Silan
Technisch aus SiCl4 und LiAlH4
SiCl4 + LiAlH4 –> SiH4 + LiCl + AlCl3
Darstellung Fluor
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Darstellung Aluminium
Schmelzfluss-elektrolyse von Aluminiumoxid.
Die Herstellung beruht auf dem Hall-Héroult-Verfahren. Ausgangsmaterial für die Aluminiumproduktion ist Bauxit, der überwie-gend aus AlOOH besteht und in der Regel durch Eisenoxide verunreinigt ist. Der erste Schritt im Gewinnungsprozess ist die Reinigung des Bauxits, insbesondere die Abtrennung der Eisenverbindungen durch das Bayer-Verfahren:
Heiße Natronlauge löst dabei den Aluminiumanteil aus dem gemahlenen Bauxit heraus.
—> Al(OH)4]-
Beim Abkühlen verschiebt sich das Gleichgewicht in der Aluminat-Lösung nach links, und weißes Aluminiumhydroxid fällt nach Zugabe von Impfkristallen aus. Das abfiltrierte Hydroxid wird durch Erhitzen auf 1200 °C entwässert und so in Aluminiumoxid über-führt.
Aufgrund der hohen Ladung des Aluminium-Ions hat das Oxid eine sehr hohe Gitterenergie und dementsprechend eine hohe Schmelztemperatur (2054 °C).
Eine Schmelzflusselektrolyse wäre bei diesen hohen Temperaturen praktisch nicht möglich. Man löst daher Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith (Natriumhexafluoridoaluminat, Na3[AlF6]).
Diese beiden Salze bilden ein Eutektikum, das bereits bei 962 °C schmilzt.
Man elektrolysiert bei etwa 980 °C unter Verwendung von Kohle-Anoden. Die mit Kohle ausgekleidete Eisenwanne bildet die Kathode. An der Kathode bildet sich geschmolzenes Al. An der Anode wird primär ausschließlich CO2 gebildet
Darstellung Salpetersäure
Ostwald-Verfahren
Darstellung SiCl4
Aus Si/Fe (Ferrosilizium)
Mit Cl2
Darstellung von Hydrazin
Raschig Verfahren:
NaOCl + NH3 –> Cl-NH2 + NaOH
Cl-NH2(delta+) + NH3 (Langsam zu) Hydraziniumchlorid
Mit NaOH –> N2H4 + NaCl + H2O
