Big Bang HTL 2, Schulbuch

Bereich Grundlagen der Chemie (II. Jahrgang, 3. Semester) 145 Metalle 10 Zusammenfassung Das leichte und beständige Aluminium kann nur unter großem Energieaufwand und mit giftigen Nebenprodukten hergestellt werden. Die Herstellung erfolgt mittels Schmelz- flusslektrolyse. Ein Recycling ist möglich und sinnvoll. 10.5 Das Paradebuntmetall Kupfer Das bedeutendste Buntmetall ist Kupfer. Seit fast 10 000 Jahren ist der Mensch in der Lage, es herzustellen. Kupfer, das älteste vom Menschen hergestellte Metall, ist sehr gut verformbar und witterungsbeständig . Mit der Zeit bildet es durch Reaktion mit dem Kohlendioxid und Schwe- feldioxid der Luft eine graugrüne Patina. Diese schützt das Kupfer vor weiterer Zersetzung. Kupfer leitet sowohl Wärme als auch elektrischen Strom gut ( 2. bester Leiter nach Silber ). Ein weiterer positiver Aspekt von Kupfer ist seine hervorragende Legierbarkei t. So ent- steht mit Zinn Bronze, mit Zink Messing. Aufgrund seiner vielen positiven Eigenschaften wird Kupfer sowohl im Baubereich als auch in elektrischen Kabeln und elektronischen Geräten intensiv genutzt. So enthält ein PKW im Schnitt etwa 30 kg (oder 1,5 km) Kupferkabel. ( F23 ) Kupfer kommt in den verschiedensten Formen vor. Das wirt- schaftlich bedeutendste Erz ist Kupferkies, CuFeS 2 . Z Beantworte die folgenden Fragen! Begründe, warum bei der Aluminiumherstellung eine Spannung von über 4V notwendig ist! Benutze dazu die Spannungsreihe. Berechne den theoretischen Stromverbrauch für die Herstellung von 1 kg Aluminium durch Reduktion von Al 3+ . Vergleiche mit dem realen Wert von ca 13 kWh/kg. Überlege, wo du überall Aluminium verwendest und wie du den Einsatz sinnvoll beschränken könntest? Erarbeite Vorschläge, um Konsumenten zum ver- stärkten Sammeln von Aludosen zu bringen! 10.4 F19 B1 F20 C1 F21 B1 F22 C1 Immer wieder kommt es z. B. bei Oberleitungen von Zügen zum Diebstahl der Kupferkabel. Welche Eigenschaften machen das Metall Kupfer so begehrt? Welche Kupfergegenstände kennst du? F23 F24 Im klassischen Verfahren der Kupfergewinnung wird dieses Erz nach diversen Reinigungsschritten durch Rösten in Kup- fersulfid umgewandelt. Die gebildeten Eisenoxide werden mit Quarz zu einer Schlacke gebunden. Durch Einblasen von Sauerstoff wird im nächsten Schritt ein Teil des Kupfersulfids in das Oxid umgewandelt. Dieses Kup- feroxid reagiert mit dem verbleibenden Sulfid und es ent- steht Rohkupfer. Chemische Reaktionen der Kupferherstellung: 1. Rösten 6CuFeS 2 + 10O 2 ® 3Cu 2 S + 2FeS + 2Fe 2 O 3 + 7SO 2 2. Umwandeln ins Oxid (teilweise) 2Cu 2 S + 3O 2 ® 2Cu 2 O + 2SO 2 3. Reduktion Cu 2 S + 2Cu 2 O ® 6Cu + SO 2 In einem alternativen Verfahren wird das Kupfererz in lösli- ches Kupfersulfat umgewandelt. Dies kann durch Behand- lung mit Schwefelsäure aber auch durch Bakterien erreicht werden. Aus einer Kupfersulfatlösung kann Kupfer durch Elektrolyse gewonnen werden. Solch eine Elektrolyse wird auch zur Reinigung von Rohkup- fer verwendet. In der elektrolytischen Raffination wird das Rohkupfer als Anode verwendet. Die angelegte Spannung wird so gewählt, dass Kupfer und alle unedleren Metalle oxidiert werden und sich auflösen. Die edleren Metalle sam- meln sich als Anodenschlamm am Boden. Dieser besteht vor allem aus Silber, Gold und Platin. Das reine Kupfer (> 99,99%) scheidet sich an der Kathode ab. Die unedlen Verunreinigung bleiben in Lösung. ( F24 ) 10.6 Der Zahn der Zeit nagt … Korrosion Kein Werkstoff hält ewig und auch die meisten Metalle wer- den irgendwann angegriffen. Was steckt hinter diesen Pro- zessen? Abb. 10.27: Kupferraffination (= Reinigung) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv