V Ac 3

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Blatt 29

Alkalimetalle

Bokeloh bei Hannover

1

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Blatt 30

Gruppe 1 – I. Hauptgruppe: Die Alkalimetalle Ordnungszahl Z Elektronenkonfiguration Struktur Dichte / g cm–3 Smp. / °C Sdp. / °C Flammenfärbung Elektronegativität Sublimationsenthalpie / kJ mol–1 Hydratationsenthalpie / kJ mol–1 Standardpotential / V

Lithium Li

Natrium Na

Kalium K

Rubidium Rb

Cäsium Cs

3 [He] 2s1 bcc 0.53

11 [Ne] 3s1 bcc 0.97

19 [Ar] 4s1 bcc 0.86

37 [Kr] 5s1 bcc 1.53

55 [Xe] 6s1 bcc 1.87

181 1347 karminrot 1.0 159 – 520 – 3.04

98 883 gelb 1.0 107 – 406 – 2.92

63 759 violett 0.9 89 – 322 – 2.71

39 688 rotviolett 0.9 81 – 298 – 2.92

28 668 blau 0.9 76 – 273 – 2.92

2

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Blatt 31

Alkalimetalle

Li

Na

K

3

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Blatt 32

Alkalimetalle

Rb

Cs

4

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Rang 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Element O Si Al Fe Ca Mg Na K Ti H P Mn F Ba Sr S

Häufigkeit / ppm

Sauerstoff 455000 Silicium 272000 Aluminium 83000 Eisen 62000 Calcium 46600 Magnesium 27640 Natrium 27000 Kalium 18400 Titan 6320 Wasserstoff 1520 Phosphor 1120 Mangan 1060 Fluor 544 Barium 390 Strontium 384 Schwefel 340

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Blatt 33

Häufigkeiten der Elemente: Rang Alkalimetalle 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32

C Zr V Cl Cr Ni Rb Zn Cu Ce Nd Ln Y Co Sc Nb

Kohlenstoff Zirconium Vanadium Chlor Chrom Nickel Rubidium Zink Kupfer Cer Neodym Lanthan Yttrium Cobalt Scandium Niob

180 162 136 126 122 99 78 76 68 66 40 35 31 29 25 20

33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

Element Häufigkeit / ppm N Ga Li Pb Pr B Th Sm Gd Dy Er Yb Hf Cs Br U

Stickstoff Gallium Lithium Blei Praseodym Bor Thorium Samarium Gadolinium Dysprosium Erbium Ytterbium Hafnium Cäsium Brom Uran

19 19 18 13 9 9 8 7 6 5 4 3 3 3 2 2

5

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Blatt 34

Alkalimetalle: Vorkommen Salzlagerstätten

6

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Blatt 35

Alkalimetalle: Vorkommen Salzgewinnung und -abbau Salzgewinnung am Mittelmeer bei Aigues-Mortes (Frankreich) Bild: Firmenprospekt Fa. Metaux Speciaux S.A., Pomblière / Albertville

Abraumhalde Bokeloh der K+S Kali GmbH, Standort Sigmundshall, Wunstorf

7

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Blatt 36

8

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Alkalimetalle: Gewinnung Salztrennung

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Elektrostatische Salztrennung

Blatt 37

Vorbehandlung

feingemahlenes Rohsalz NaCl KCl Trennung im Freifallseparator

Produktion von Kalisalzen

+ Land

Russland Kanada Deutschland USA

Rückstand NaCl

Produktion in Mt K2O pro Jahr 9.8 7.3 6.0 1.4

Konzentrat KCl

9

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Blatt 38

Alkalimetalle Herstellung von Natrium Downs-Zelle NaCl

Cl2

+

Na

Natriumproduktion Bild: Firmenprospekt Fa. Metaux Speciaux S.A., Pomblière / Albertville

10

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Blatt 39

Alkalimetalle Struktur der Alkalimetalle kubisch-innenzentrierte Packung body-centered cubic

Koordinationszahl 8 + 6 Raumerfüllung 68 %

11

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Blatt 40

Alkalimetallverbindungen Ionenradien und Ladungsdichten Ion

Ionenradius /Å

Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+

0.73 1.16 1.52 1.66 1.81

Ladungsdichte / C mm–3 98 24 11 8 6

Ion

Ionenradius /Å

Ladungsdichte / C mm–3

Be 2+ Mg 2+ Ca2+ Sr 2+ Ba 2+

0.41 0.86 1.14 1.32 1.49

1100 120 52 33 23

12

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Blatt 41

Alkalimetallverbindungen Alkalimetallhalogenide

NaCl-Typ

CsCl-Typ

Koordinationszahl Na+: 6 Koordinationspolyeder: oktaedrisch Koordinationszahl Cl−: 6 Koordinationspolyeder: oktaedrisch

Koordinationszahl Cs+: 8 Koordinationspolyeder: kubisch Koordinationszahl Cl−: 8 Koordinationspolyeder: kubisch

13

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Blatt 42

Alkalimetallverbindungen Alkalimetallhalogenide Anion Kation

F−

Cl−

Br−

I−

Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+

LiF NaF KF RbF CsF

LiCl NaCl KCl RbCl CsCl

LiBr NaBr KBr RbBr CsBr

LiI NaI KI RbI CsI

NaCl-Typ CsCl-Typ

14

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Blatt 43

wichtigste Metalle wichtigste chemische Produkte Rang Produkt 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Produktion / Mt a–1

Rang

146 128 110 100 75 60 48 39 35

10 11 12 13 14 15 16 17 18

Schwefelsäure Calciumoxid Ammoniak Sauerstoff Ammoniumnitrat Stickstoff Ethen Natriumhydroxid Chlor

Produkt

Rang Produktion / Mt a–1

Soda Propen Salpetersäure Methanol Benzol Phosphorsäure Ethanol Vinylchlorid Salzsäure

32 26 25 21 20 20 16 15 12

1 2 3 4 5 6 7

Metall Eisen Aluminium Kupfer Mangan Zink Blei Chrom

Produktion / Mt a–1 717 24 11 9 7 5 3

wichtigster Baustoff Rang

Baustoff

Produktion / Mt a–1

1

Zement

1400

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Blatt 44

Alkalimetallverbindungen NaCl

Reinigung der Sole

H2O

Aufsättigung der Sole

Natriumhydroxid

Chloralkalielektrolyse: Amalgamverfahren

Entchlorung des Anolyten Dünnsole 270 g/L NaCl

Reinsole 310 g/L NaCl

Amalgambildner Anode

Cl2 H2 Amalgamzersetzer

NaOH Kathode

Natriumamalgam

50 % NaOH 0.006 % NaCl

Quecksilber

Graphitkontakt

H2O

16

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Blatt 45

Alkalimetallverbindungen NaCl

Reinigung der Sole

H2O

Aufsättigung der Sole

Reinsole 310 g/L NaCl

Natriumhydroxid Entchlorung des Anolyten Dünnsole 200 g/L NaCl

CF2

Nafion

Cl2

H2

Cl2 Cl

H2 Na

H2 O Cl

33 % NaOH

OH

CF

CF2

CF2

CF2

CF

CF2

CF2

CF2

CF

CF2

CF2

CF2

CF2

CF2

CF2

CF2

SO3 H

SO3 H

SO3 H

CF2

Eindampfen

OH

+

Chloralkalielektrolyse: Membranverfahren

H2O 31 % NaOH

NaOH

NaOH

33 % NaOH 0.007 % NaCl

50 % NaOH 0.01 % NaCl

Membran

17

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Blatt 46

Alkalimetallverbindungen „Houston, wir haben ein Problem …“

CO2 + 2 LiOH → Li2CO3 + H2O

18

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Blatt 47

Alkalimetallverbindungen O H2C

O

Verseifung von Fetten

C

H2C

OH

R O HC

O

C

O + 3 MOH

HC

OH

R

+ 3 M+

O

C R

O H2C

O

H2C

C

OH

R Alkalimetall-Fettsäuresalz K + OOCR Na+ OOCR Li + OOCR

TSchm

Anwendung Schmierseifen Kernseifen hochtemperaturbeständige Schmierfette

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Blatt 48

Alkalimetallverbindungen Komplexverbindungen Kronenether

[Li−[14]-Krone-4]+

[Na−[15]-Krone-5]+

Kryptand

[K−[18]-Krone-6]+

[Cs−[21]-Krone-7]+

20