Date post: | 07-Jun-2015 |
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Sauerstoff
O2 – O3 Carl-Wilhelm Scheel (1742-1786)
16O (99,759 %) 17O (0,037 %) 18O (0,204 %)
O 1s22s22p4
O2+ Dioxygenyl-Ion
O2- Hyperoxid-Ion
O22- Peroxid-Ion
O2- Oxid-Ion
O3- Ozonid-Ion
Chalkogene
-0,72-0,400,141,23E0 zur Reduktion des Elements zu H2X in saurer Lsg. /V
138184213138Einfachbindung /kJ/mol
2,12,62,63,4EN
87094610041312Erste IE /kJ/mol
221198184140X2- Ionenradius /pm
13711710474Kovalenzradius /pm
990688444,6-182,9Kp /oC
450217119 (?-S8)-218,4Fp /oC
Tex-KetteSe8-RingSex-Kette
S8-RingO2
O3
Molekül
graurot oder grau
gelbfarblosblau
Farbe
TellurSelenSchwefelSauerstoff
Allotropie - Polymorphie
Vorkommen
Sauerstoff 49,2 % Erdkruste/Atmosphäre
SiO2
Oxide, Carbonate, Sulfate, Phosphate
Wasser
Belebte Natur
60% des menschlichen Körpers
Vorkommen
Zusammensetzung reiner Luft in Volumenanteilen /cL/L
2 10-8SO21 10-4Kr
1 10-7NO22 10-4CH4
1 10-6NH35 10-4He
1 10-6O30,0018Ne
8 10-6Xe0,036CO2
2 10-5CO0,933Ar
5 10-5H220,95O2
5 10-5N2O78,08N2
Gewinnung
Joule-Thomson-Effekt - Verflüssigung von Luft – Linde Verfahren
Carl von Linde, 1842-1934
Darstellung
Elektrolyse
2 H2O O2 + 2 H2
Zersetzung von Oxiden/Peroxiden
2 HgO(s) 2 Hg(l) + O2(g)
Na2O2(s) 2 Na2O(s) + O2(g)
2 BaO2(s) BaO(s) + O2(g)
2 H2O2(l) 2 H2O(l) + O2(g)
Zersetzung von Nitraten und Chloraten
2 NaNO3(s) 2 NaNO2(s) + O2(g)
2 KClO3(s) 2 KCl(s) + 3 O2(g)
?
?
?
?
?
Kat.
Reatkivität
O=O Bindungsenergie 494 kJ/mol
Reaktivität als Gas und gelöst in Wasser - Aktivierung
Triplett-Sauerstoff Singulett-Sauerstoff Singulett-Sauerstoff
? *-Orbital
Reaktivität
Oxidation – Verbrennung – Metalle
4 Ag(s) + O2(g) 2 Ag2O
Au, Rh
Cs(s) + O2(g) CsO2(s)
2 Na(s) + O2(g) Na2O2(s)
4 Li(s) + O2(g) 2 Li2O(s)
Ba(s) + O2(g) BaO2(s)
2 Mg(s) + O2(g) 2 MgO(s)
2 Al(s) + 3 O2(g) 2 Al2O3(s)
2 Hg(l) + O2(g) 2 HgO(s)
Reaktivität
2 Fe(s) + O2(g) FeO(s)
3 Fe(s) + 2 O2(g) Fe3O4(s)
4 Fe(s) + 3 O2(g) 2 Fe2O3(s)
Oxidation – Verbrennung - Nichtmetalle
2 C(s) + O2(g) 2 CO(g)
C(s) + O2(g) CO2(g)
C(s) + CO2(g) 2 CO(g)
Boudouard-Gleichgwicht
P4(s) + 3 O2(g) P4O6(s)
P4(s) + 5 O2(g) P4O10(s)
500 oC
> 500 oC
1000 oC
600 oC
Reaktivität
Reaktivität
1/8 S8(s) + O2(g) SO2(g)
2 SO2(g) + O2(g) SO3(g)
V2O5
N2(g) + O2(g) NO(g)
2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)
Verbrennung von Wasserstoffverbindungen
2 H2S(g) + 3 O2(g) 2 H2O(g) + 2 SO2(g)
2 CH4(g) + 3 O2(g) 2 CO(g) + 4 H2O(g)
Rösten von Metallsulfiden
2 ZnS(s) + 3 O2(g) 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)
Kat.
?
20 oC
Reaktivität
Strukturen: S8, SO2, SO3
Verwendung
Stahlgewinnung
Natriumperoxid, Wasserstoffperoxid
Organische Sauerstoffverbindungen
Schweißen
Behandlung von Wasser
Atmungsgas mit N2 oder He
Ozon
Blassblaues Gas, giftig, oxidierende Wirkung, explosiv
Kp –112 oC
½ O2(g) O(g) ? H = +247 kJ/mol
O(g) + O2(g) O3(g) ? H = - 105 kJ/Mol
3/2 O2 O3 ? H = + 142 kJ/mol
O-O-Bindungslänge 128 pm
O=O Standardwert 121 pm
O
O
O O
O
O
“ “
” ”
Ozon
Stratosphäre – Troposphäre
Stickoxide
NO2 NO + O
O + O2 O3
NO + O3 NO2 + O2
Licht][)()(
)( 23 ??
NOcNOc
KOc
h·?
Ozon
H3C C
O
O O N
O
O ”
“
PAN = Peroxyacetylnitrat
Kohlenwasserstoffe
O3 O2 + O*
O* + H2O 2 •OH
•OH + CO •H + CO2
•OH + RH •R + H2O
R = CH3CH2, alkyl
•H + O2 H-O-O •
•R + O2 R-O-O •
H-O-O• + NO NO2 + •OH
R-O-O• + NO NO2 + •R
H3C-CH2-O • + O2 •O2H + CH3CHO
h·?
Ozon
FCKW - Fluor-Chlor-Kohlenwasserwasserstoffe
CF2Cl2 •CF2Cl + •Cl
O3 + •Cl O2 + •OCl x2
2 •OCl Cl2O2
Cl2O2 •ClO2 + •Cl
•ClO2 O2 + •Cl
2 O3 3 O2
F3C-CH2F, CH3-O-CH3
h·?
h·?
Wasserstoffperoxid
Anthrachinonverfahren
O
O
O
O
H
H
H2
H2 + O2 H2O2
O
O
H
H
O
O
O2
+ H2O2
Wasserstoffperoxid
Anodische Oxidation von Schwefelsäure
2 HSO4- HO3S-O-O-SO3H + 2 e-
HO3S-OO-SO3H + H2O 2 HSO4- + H2O2
Bariumperoxid
BaO2(s) + 2 H+(aq) + SO42-(aq) BaSO4(s) + H2O2
Wasserstoffperoxid
Struktur von H2O2 im festen Zustand
gauche-Konformation
Kp 150,2 oC
Fp –0,4 oC
Perhydrol 30-35 % H2O2 in Wasser
Zersetzung
2 H2O2 2 H2O + O2(g)
-196,2 kJ/mol
Katalyse: Katalase
Pt, MnO2, KMnO4, Fe3+(aq), I-(aq), OH-(aq)
Wasser
Wasser – Kp, Fp – H-Brückenbindungen – Dipol-Dipol- oder Ion-Dipol-Wechselwirkungen -Lösungsmittel
Lösung von Methanol in Wasser
Polare Verbindungen lösen sich in polaren Lösungsmitteln und unpolare Verbindungen in unpolaren Lösungsmitteln: Ähnliches löst Ähnliches.
Löslichkeit von NaCl, CCl4, H2, I2, NH3, CH4, CaO, C6H6, C6H5OH
C2H5OH, C3H7OH, C4H9OH, C5H11OH?
Wasser
Löslichkeit von Kohlenstoff
Löslichkeit von ionischen Verbindungen – Ionen-Dipol-Wechselwirkungen
Auflöseprozess eines Ionenkristalls
Hydratation
Hydratisiertes Sulfat-Ion Hydratisiertes Berillium-Ion
Hydratationsenthalpie
K+(g) + Cl-(g) K+(aq) + Cl-(aq)
? H = - 684,1 kJ/mol
unendliche Verdünnung
Hydratation
AlCl3 + 6 H2O [Al(H2O)6]Cl3FeCl3 + 6 H2O [Fe(H2O)6]Cl3
CuSO4·5H2O = [Cu(H2O)4][SO4(H2O)]
AlCl3·6H2O = [Al(H2O)6]Cl3
AlH2O
OH2
OH2H2O
OH2
OH2
3+
Hexaquo-aluminium(III)-Kation
Lösungsenthalpie
Wärmemenge, die beim Lösevorgang in einem offenen Gefäß (konstanter Druck) aufgenommen oder abgegeben wird (unendliche Verdünnung).
KCl((s) K+(g) + Cl-(g) ? H = +701,2 kJ/mol
K+(g) + Cl-(g) K+(aq) + Cl-(aq) ? H = -684,1 kJ/mol
KCl(s) K+(aq) + Cl-(aq) ? H = +17,1 kJ/mol
Hydratation:
Lösen der H-Brücken im H2O
Solvatation des Kations
Solvatation des Anions
H2O
H2O
H2O
Lösungsenthalpie
AgF(s) Ag+(g) + F-(g) ? H = +910,9 kJ/mol
Ag+(g) + F-(g) Ag+(aq) + F-(aq) ? H = -931,4 kJ/mol
AgF(s) Ag+(aq) + F-(aq) ? H = -20,5 kJ/mol
Lösungsenthalpie von Gasen
Löslichkeit – Druck – Temperatur
Prinzip des kleinsten Zwanges
Ein im Gleichgewicht befindliches System weicht einem äußeren Zwang (Druck, Temperatur) aus.
1884 Henri Le Chatelier
Exothermer Löseprozess:
Li2CO3, Na2SO4
Henry-Dalton Gesetz
c = K · p
c Konzentration
K Konstante 1/H(T)
p Partialdruck
1803 William Henry
Gilt nur für verdünnte Lösungen
Löslichkeit von HCl oder NH3
Dampfdruck von Lösungen
Gesamtdampfdruck
p = p(A) + p(B)
Partialdrücke der Komponenten
p(A) = x(A) · p0(A)
p(B) = x(B) · p0(B)
Raoult‘sches Gesetz
Gesamtdampfdruck und Partialdrücke für ideale Gase
Dampfdruck von Lösungen
Partialdampfdrücke und Gasamtdampfdruck
Positive und negative Abweichung vom Raoult‘schen Gesetz
Dampfdruck von Lösungen
Dampfdruck einer verdünnten Lösung eines nichtflüchtigen Stoffes B mit p0(B) = 0
Welchen Dampfdruck hat eine wässrige Lösung eines nichtflüchtigen Stoffes mit einer Molalität von 1,00 mol/kg bei 50 oC? Wasser hat bei 50 oC eine Dampfdruck von 12,4 kPa. x(H2O) beträgt 0,982.
p = x(H2O) · p0(H2O) = 0,982 · 12,4 kPa = 12,2 kPa
p = x(A) · p0(A)
x(A) + x(B) = 1
p = (1-x(B)) · p0(A)
p = p0(A) – x(B) · p0(A)
99 mol A + 1 mol B – Dampfdruckerniedrigung 1%
Gefrierpunkt und Siedepunkt
Siedepunkt einer Flüssigkeit
Siedepunkt einer Lösung
Für ein gegebenes Lösungsmittel und eine gegebenen Stoffmengengenkonzentration ist die Siedepunktserhöhung immer gleich groß, unabhängig vom gelösten Stoff.
Gefrierpunkt und Siedepunkt
Siedepunktserhöhung
? TS = ES · b
ES Molale Siedepunktserhöhung
b Molalität
+0,512100,0H2O
+1,2278,3C2H5OH
+3,6361,2HCCl3
+5,0276,8CCl4
+2,5380,1C6H6
+3,07118,1CH3COOH
ES / oC·kg·mol-1Kp /oC
Molale Siedepunktserhöhung – 1 mol Substanz in 1 kg Lsm.
Gefrierpunkt und Siedepunkt
Gefrierpunktserniedrigung
? TG = EG · b
-1,860,0H2O
-6,8080,2Naphthalin
-1,99-114,6C2H5OH
-4,68-63,5HCCl3
-29,8-22,8CCl4
-39,7179Campher
-5,125,5C6H6
-3,9016,6CH3COOH
EG /oC·kg·mol-1Fp /oC
Molale Gefrierpunktserniedrigung
Ebullioskopie – Kryoskopie
Die Lösung von 300 mg einer unbekannten, nicht flüchtigen Substanz in 30,0 g CCl4 hat einen Siedepunkt, der 0,392 oC höher ist als der von reinem CCl4. Welche Molmasse hat die Substanz?
kggg
gkggm /0,10
0,30300,0/1000
??
?
molgkgmol
kggbm
M /128/0781,0
/0,10???
kgmolmolkgC
CET
b o
o
S
S /0781,002,5
392,01 ?
???
?? ?
Osmose
1887 Jacobus van‘t Hoff
Osmotischer Druck
? · V = n · R · T
? = c · R · T
Biologische Prozesse - Osmose
? Osmotischer Druck
V Volumen der Lösung
n Stoffmenge
R = 8,3145 J/mol·K