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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
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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
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Vorkommen
Sauerstoff 49,2 % Erdkruste/Atmosphäre
SiO2
Oxide, Carbonate, Sulfate, Phosphate
Wasser
Belebte Natur
60% des menschlichen Körpers
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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
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Gewinnung
Joule-Thomson-Effekt - Verflüssigung von Luft – Linde Verfahren
Carl von Linde, 1842-1934
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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.
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Reatkivität
O=O Bindungsenergie 494 kJ/mol
Reaktivität als Gas und gelöst in Wasser - Aktivierung
Triplett-Sauerstoff Singulett-Sauerstoff Singulett-Sauerstoff
? *-Orbital
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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)
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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
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Reaktivität
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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
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Reaktivität
Strukturen: S8, SO2, SO3
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Verwendung
Stahlgewinnung
Natriumperoxid, Wasserstoffperoxid
Organische Sauerstoffverbindungen
Schweißen
Behandlung von Wasser
Atmungsgas mit N2 oder He
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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
“ “
” ”
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Ozon
Stratosphäre – Troposphäre
Stickoxide
NO2 NO + O
O + O2 O3
NO + O3 NO2 + O2
Licht][)()(
)( 23 ??
NOcNOc
KOc
h·?
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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·?
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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·?
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Wasserstoffperoxid
Anthrachinonverfahren
O
O
O
O
H
H
H2
H2 + O2 H2O2
O
O
H
H
O
O
O2
+ H2O2
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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
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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)
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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?
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Wasser
Löslichkeit von Kohlenstoff
Löslichkeit von ionischen Verbindungen – Ionen-Dipol-Wechselwirkungen
Auflöseprozess eines Ionenkristalls
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Hydratation
Hydratisiertes Sulfat-Ion Hydratisiertes Berillium-Ion
Hydratationsenthalpie
K+(g) + Cl-(g) K+(aq) + Cl-(aq)
? H = - 684,1 kJ/mol
unendliche Verdünnung
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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
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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
![Page 26: tzt](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052619/5571f1f749795947648be184/html5/thumbnails/26.jpg)
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
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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
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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
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Dampfdruck von Lösungen
Partialdampfdrücke und Gasamtdampfdruck
Positive und negative Abweichung vom Raoult‘schen Gesetz
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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%
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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.
![Page 32: tzt](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052619/5571f1f749795947648be184/html5/thumbnails/32.jpg)
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.
![Page 33: tzt](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052619/5571f1f749795947648be184/html5/thumbnails/33.jpg)
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
![Page 34: tzt](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052619/5571f1f749795947648be184/html5/thumbnails/34.jpg)
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 ?
???
?? ?
![Page 35: tzt](https://reader033.vdokument.com/reader033/viewer/2022052619/5571f1f749795947648be184/html5/thumbnails/35.jpg)
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