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Herstellung von NaOH (und Cl2): Alkalichloridelektrolyse
Diaphragma/Membranverfahren
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Herstellung von NaOH (und Cl2)
Amalgamverfahren
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Verwendung von NaOH und KOH
Backofenreiniger
Abflussreiniger
Denaturierung von Proteinen
Herstellung von Laugengebäck
NaOH: Aufschluss von Bauxit zur Herstellung von Aluminium
Herstellung von NaOCl (Bleich- und Desinfektionsmittel)
KOH: Trockenmittel, CO2-Absorber, Schmierseifeherstellung,K-Polyphosphate als Wasserenthärter (besser löslich als Na-Verbindungen)
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Halogenide – LiCl, NaCl, KCl, RbCl, CsCl
Eigenschaften
• farblos, hochschmelzend (450 – 1000°C)
• typische Salze (ionische Verbindungen)
• kristallin (NaCl- bzw. CsCl-Typ)
• Gitterenergien nehmen von Li zu Cs ab
• LiF ist schwer löslich
Gewinnung, Herstellung
Aus Lagerstätten (NaCl, KCl)
Umsetzung der Hydroxide oder Carbonate mit Halogenwasserstoffen
NaClNaCl
CsClCsCl
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Bedeutung und Verwendung von NaCl
– Bedarf der chem. Industrie: 150 Mio t pro Jahr (Herstellung von Na2CO3, NaOH, Cl2, HCl, Wasserglas)
– Kältemischungen (Eis : Kochsalz = 3,5 : 1, -21 °C), Winterdienst
– Bedarf des Menschen mind. 3g/Tag (üblich: 8g/Tag)
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Carbonate – Na2CO3
Gewinnung
Weltproduktion ca. 30 Mio t pro Jahr (davon ca. 70 % Natursoda)
Herstellung von synth. Soda nach dem Ammoniak-Soda-Verfahren (Solvay-Prozess)
Verwendung
Herstellung von Glas (50 %)
Wasserenthärtung
Herstellung von Na-PhosphatenWaschmitteln, Na-Salzen
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Verwendung von Na2CO3
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Natriumhydrogencarbonat – NaHCO3
nur Alkalimetalle bilden stabile Hydrogencarbonate(außer Li)
Herstellung
Na2CO3 + CO2 + H2O → 2 NaHCO3 ↓
Verwendung
PulverfeuerlöscherBeim Erhitzen:2 NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
Brausepulver, Badetabletten, Backpulver
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Biologische Bedeutung von Na und K
K+ überwiegend in Pflanzen
K+ und Na+ zu gleichen Teilen im tierischen Organismus
K+ / Na+-Gefälle hält osmotischen Druck der Zellen aufrecht (K innerhalb, Na außerhalb der Zellen)
Na+ hemmt die Vorgänge, die K+ katalysiert, K+ / Na+-Pumpe entscheidend
K+ aktiviert Enzymen für Photosynthese und Atmung
K+-Diffusion durch Zellmembran steuert NervenreizleitungK-Überschuß führt zu Muskelkrämpfen
K in Pflanzenzellen: Steuerung des Quellverhaltens, K-Mangel verursacht Welken
Kalidünger
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Lithium und seine Verbindungen
Li ist der leichteste kristalline Feststoff
Verwendung für Legierungen im Flugzeugbau, z. B. LA 141 (14 % Li, 1 % Al, 85 % Mg, Dichte: 1,35 g/cm3)
Li hat das negativste Standard-Elektrodenpotential aller Elemente
extrem starkes Reduktionsmittel
Weitere Anwendungen, z. B.
LiOH zur Produktion von Lithiumfetten (60 % aller Schmiermittel in der Automobilindustrie enthalten Li), Li-Salz der Stearinsäure C17H35COOLi
Bau von Hochleistungsbatterien
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Lithium-Ionen-Batterie
hohe Zellspannung(1,5 – 3,7 V)
hohe Energiedichte(300 Wh/kg)
mehr als 1000 Ladecyclen
Anode LixCn n C + x Li+ + x e-
Katode Li1-xMn2O4 + x Li+ + x e- LiMn2O4
Elektrolyt LiPF6 in Lösungsmittel, das keine Protonen enthält
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Zusammenfassung 1. Hauptgruppe
Alaklimetalle sind die reaktivsten Metalle (reagieren mit fast allen Nichtmetallen)
Reaktivität steigt mit der Ordnungszahl
starke Reduktionsmittel (negative Standardpotentiale, unedel)
heftige Reaktion mit Wasser unter H2-Entwicklung
bilden Ionenverbindungen in denen sie immer als einwertige Kationen vorliegen
Hydroxide gehören zu den stärksten Basen
die meisten Verbindungen sind leicht wasserlöslich
technisch wichtige Verbindungen sind NaCl, NaOH, Na2CO3