Elemente, Schulbuch

Abb. 172.1: Die Chalkogene O S Se Te Po Sauerstoff Schwefel Selen Tellur Polonium 16. Gruppe 1772 Alter- 1817 1798 1898 entdeckt Farbe farblos gelb grauglänzend silberweiß silbrig tum O S Se Te Po +6 +5 +4 +3 +2 +1 0 -1 -2 Abb. 172.2: Die Oxidationszahlen der Chalkogene häufig/wichtig selten/weniger wichtig nicht bekannt/unwichtig Abb. 172.3: Sauerstoff: Daten Abb. 172.4: Brennender weißer Phosphor Festpunkt: –218,8 °C Kochpunkt: –182,9 °C Molekül: O 2 Sauerstoff 16,0 8 EN 3,5 O 172 7.6 DIe 16. GRUPPe – CHALKOgeNe Elektronenanordnung in der äußersten Schale: s 2 p 4 Die 16. Gruppe – früher 6. Hauptgruppe – enthält die Elemente Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur und Polonium. Diese Elemente werden auch Chalkogene genannt. Der Sauerstoff sowie der Schwefel sind reine Nichtmetalle. Von Selen und Tellur sind sowohl metallische wie auch nichtmetallische Modifikationen bekannt. Polonium ist ein sehr selten vorkommendes Metall mit ausschließlich radioaktiven Nukliden. Sauerstoff – Verbrennung Sauerstoff ist das häufigste Element der festen Erdrinde (ca. 50 %). Alle Gesteine (Oxide, Carbonate, Silicate) und das Wasser enthalten Sauerstoff chemisch gebunden. Freier Sauerstoff ist der für uns wichtigste Bestandteil der Erdatmosphäre. (Kap. 6.1) Luftsauerstoff ist das Oxidationsmittel für die meisten Redox-Vorgänge in der Natur. Daher war der Begriff Oxidation früher auf die Reaktion mit Sauerstoff beschränkt. Auch nach der Elektronendefinition der Redox-Vorgänge (Kap. 4.3) ist eine Reaktion mit Sauerstoff eine Redox-Reaktion. Der Sauerstoff wird als Oxidationsmittel dabei von der Oxidationszahl 0 (elementar) in die Oxidationszahl –2 (Oxid) reduziert. Redox- Vorgänge mit Luftsauerstoff sind sowohl die Grundlage der Energiegewinnung aller Luft verbrauchenden (aeroben) Lebewesen als auch der Verbrennungsvorgänge. Auch an der Korrosion der meisten Metalle ist – über verschiedene Zwischenstufen – Luftsauerstoff beteiligt. Bei den Oxidationsvorgängen mit Luftsauerstoff unterscheidet man zwischen der langsamen Oxidation (Korrosion, Verrottung, Atmung) und der raschen Oxidation, der Verbrennung. Der Unterschied zwischen beiden Vorgängen liegt in der Tempe- ratur. Ab einem bestimmten Grenzwert, der Entzündungstemperatur oder Zünd- temperatur, beginnt ein Stoff an der Luft von selbst zu brennen. Diese Zündtempe- ratur ist vom Stoff abhängig und ein entscheidendes Merkmal zur Beurteilung der Feuergefährlichkeit eines Stoffes (Abb. 173.1 und 173.2). ■ 172.1: Zündtemperatur Im Abzug durchführen! Man gibt in je ein kleines Porzellanschälchen ein linsengroßes Stück weißen Phos- phor, 1 mL Diethylether, 1 mL Benzin, 1 mL Brennspiritus und 1 mL Dieselöl. Dann be- rührt man die Oberfläche der brennbaren Stoffe mit einem an der Spitze erhitzten Glasstab. Weißer Phosphor beginnt sofort zu brennen, Diethylether nur, wenn der Glasstab sehr heiß ist. Auch Schwefelkohlenstoff lässt sich durch einen erwärmten Glasstab entzünden, soll jedoch im Schulversuch wegen seiner Giftigkeit nicht ver- wendet werden. Die anderen verwendeten Stoffe lassen sich so nicht entzünden. Wiederholt man den Versuch mit einem brennenden Holzspan, so lassen sich alle Stoffe außer Dieselöl entzünden. LEHRERVERSUCH Die Zündtemperatur vieler brennbarer Stoffe liegt (glücklicherweise) ziemlich hoch. Bei Lösungsmitteln wie Schwefelkohlenstoff und Diethylether kann eine Entzündung der Lösungsmitteldämpfe an heißen Gegenständen vorkommen. Weißer Phosphor mit seiner Zündtemperatur von 60 °C ist sogar selbstentzündlich, da er sich durch langsame Oxidation auf Zündtemperatur erwärmt. Er wird daher unter Wasser auf- bewahrt. Benzin kann nicht einmal mit einer glimmenden Zigarette entzündet wer- den. Trotzdem herrscht an Tankstellen und Raffinerien striktes Rauchverbot, da die Zigarettenspitze beim Anziehen viel heißer wird und außerdem das Anzünden der Zigarette natürlich auch zur Entzündung von Benzindampf führen kann. Auch ein Funke, ausgelöst durch elektrostatische Aufladung, kann Benzindämpfe entzünden. Deshalb dürfen für Benzinkanister nur Materialien verwendet werden, bei denen eine elektrostatische Aufladung beim Umgießen des Benzins nicht auftritt. Ein weiteres wichtiges Kriterium zur Beurteilung der Feuergefährlichkeit von Lö- sungsmitteln ist der Flammpunkt . Er ist die Temperatur, bei der sich über einer brennbaren Flüssigkeit ein Dampf-Luft-Gemisch bildet, das durch Fremdzündung entzündet werden kann. Offenbar hat das Dieselöl, das sich im Versuch 172.1 nicht 7 CHEMISCHE EIgEnSCHAFTEn EInIgER STOFFE ■ 172.1: Formulier die Reaktionsglei- chung für die Verbrennung von weißem Phosphor (P 4 ) zu Phosphor(V)-oxid! ÜBUNGEN Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv