Stoffe, Schulbuch

1 Kapitelname 7 Die Umwandlung von Stoffen durch den Menschen 92 7.6 Metalle gewinnt man durch Redox-Reaktionen Bei der Erzeugung von Metallen geht man von Erzen aus. Dies sind Metallverbindungen mit einem so großen Metallanteil, dass sich ein Abbau wirtschaftlich lohnt. Die wichtigsten Erze sind Metalloxide . Es stellt sich daher die Aufgabe, dem Metalloxid den Sauerstoff zu entzie- hen. Diese Reaktion nennt man Reduktion . Es ist die Umkehrung der Oxidation . Ein Schmelzen allein genügt nicht. Schmilzt man ein Metall- oxid, erhält man nicht das Metall, sondern das flüssige Metalloxid. Man sucht daher einen anderen Stoff, der demMetalloxid den Sauerstoff entzieht. Diesen Stoff nennt man Reduktionsmittel . Das Reduktions- mittel wird bei der Reaktion oxidiert. Daher heißt der Gesamtvorgang Redoxreaktion , da eine Reduktion immer gekoppelt mit einer Oxidation abläuft. In Versuch 93.1 reduzieren wir Kupferoxid mit Eisenpulver. Das Eisenpulver ist das Reduktionsmittel. Es wird zu Eisenoxid oxidiert. Das Kupferoxid wird zu Kupfer reduziert. Das entstehende Kupfer hat keinen Sauerstoff mehr gebunden. Die Reaktion ist exotherm. Dies haben wir beim Aufglühen gesehen. Das Erhitzen diente nur zum Start der Reaktion. Die Oxidation ist die Aufnahme von Sauerstoff, Reduktion die Abgabe von Sauerstoff. Reduktionsmittel nehmen Sauerstoff auf. Bei der Metallherstellung benötigt man möglichst starke und zugleich billige Reduktionsmittel. Sehr häufig wird Kohlenstoff eingesetzt. In Versuch 93.2 verwenden wir Holzkohle, in der Technik kommt Koks zum Einsatz. Man gewinnt ihn aus der relativ billigen Kohle. Zur Koksge- winnung wird die Kohle unter Luftabschluss mehrere Stunden erhitzt. Dadurch werden die organischen Verbindungen als Gas und Teer aus der Kohle herausgelöst und es bleibt ein poröses Kohlenstoffskelett übrig, der Koks. Ein weiteres wichtiges Reduktionsmittel ist Kohlenstoffmon- oxid . Es entsteht bei der Koksverbrennung unter Luftmangel bei hoher Temperatur. Eisen wird mit diesem Reduktionsmittel gewonnen. Metalle, die mit Kohlenstoff reagieren, können nicht auf diese Weise erzeugt werden. Hier muss man teurere Reduktionsmittel einsetzen, wie zB Wasserstoff oder Aluminium. Wolframoxid wird mit Wasserstoff reduziert, Chromoxid mit Alumi- nium. Für die Herstellung von Metallen, die selbst besonders gute Reduktionsmittel sind, findet man keine brauchbaren Reduktions- mittel mehr. Man muss sie durch Elektrolyse ihrer geschmolzenen Salze herstellen. Aluminium und Magnesium werden so herge- stellt, aber auch die Alkalimetalle (1. Hauptgruppe des PSE). Abb. 92.1: Reduktion von Kupferoxid zu Kupfer Abb. 92.2: Herstellung von Koks aus Steinkohle und die dabei anfallenden Nebenprodukte Abb. 92.3: Die wichtigsten Reduktionsmittel zur Metallgewinnung 3 CuO + 2 Fe 3 Cu + Fe 2 O 3 Reduktion Oxidation Sauerstoffabgabe Sauerstoffaufnahme Sauerstoff ab. Sauerstoff auf. Kupferoxid gibt Eisen nimmt Steinkohle KOKS Teer Kohlengas Erhitzen Kohlenstoff als Kohle oder Koks Kohlenstoff- monoxid als Gas Wasserstoff gasförmig Aluminium Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv