Metallherstellung

Metallherstellung Übung

• Bestimme die chemische Formel des jeweiligen Minerals.

  Tipps

  Der rote Blutfarbstoff heißt Hämoglobin. Er ist ein Eisenkomplex.

  Im oberen Bild findest du ein glänzendes Erz. Diese Eigenschaft findet sich im Namen des Minerals wieder.

  Lösung

  Unedle Metall kommen in der Natur nur in Verbindungen vor. Du wirst sie dort nie in Reinform vorfinden. Das liegt daran, dass sie sehr reaktionsfreudig sind.

  Metalle bilden Kationen. Das bedeutet, sie geben ihre Außenelektronen ab, um eine stabile, mit 8 Elektronen besetzte, Außenschale zu erhalten. Diese Elektronen werden von anderen Elementen (Nichtmetallen) aufgenommen. Sie bilden Anionen. Durch die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen diesen entgegengesetzt geladenen Ionen entstehen stabile Salze, die Kristallgitter ausbilden.

• Formuliere die beiden Teilreaktionen bei der Herstellung von Kupfer aus Chalkosin.

  Tipps

  Beim Rösten wird ein Oxid aus dem Erz hergestellt. Dafür benötigt man Sauerstoff.

  Kohlenstoff kann Elektronen abgeben und zum Kohlendioxid oxidiert werden.

  Lösung

  Kupfer ist ein stark nachgefragtes Metall. Es wird aufgrund seiner exzellenten elektrischen Leitfähigkeit oft in Stromkabeln verwendet.

  Aufgrund des hohen Kupferpreises kommt es immer wieder zu großen Kupferdiebstählen, zum Beispiel auf Firmengeländen.

• Formuliere die Reaktionsgleichungen für die Eisen- und Bleiherstellung.

  Tipps

  Für alle Reaktionsgleichungen gilt der Massenerhaltungssatz.

  Das bedeutet, dass auf der linken Seite (Edukte) genauso viele Atome der gleichen Art sein müssen wie auf der rechten Seite (Produkte).

  Lösung

  Um eine Reaktionsgleichung auszugleichen, musst du dir genau ansehen, welche Edukte eingesetzt werden und welche Produkte entstehen.

  Nach dem Massenerhaltungssatz müssen genauso viele Atome entstehen wie eingesetzt wurden. Du zählst also alle Atome der gleichen Art und bringst sie durch die Stöchiometriezahlen auf die gleiche Anzahl links und rechts.

  Für Reaktionsgleichungen gilt außerdem der Ladungserhaltungssatz. Wenn also bei den Edukten eine positive Ladung vorliegt, muss in der Summe aller Ladungen auch auf der Produktseite eine positive Ladung vorhanden sein.

• Beschreibe den technischen Vorgang der Stahlherstellung.

  Tipps

  Für eine Verbrennung wird Sauerstoff benötigt.

  $CO$ ist in der Lage, andere Stoffe zu reduzieren, da der Kohlenstoff noch nicht seine höchste Oxidationsstufe erreicht hat.

  Lösung

  Eisen wird von den Menschen schon sehr lange genutzt. Die ältesten Funde weisen auf das Jahr 4000 v. Chr. Hier wurde Eisen aus Meteoriten genutzt, um Speerspitzen und Dekorationselemente herzustellen.

  Heute ist Eisen in Form von Stahl das am häufigsten gebrauchte Metall in unserer Gesellschaft. Es wird zum Beispiel beim Bau von Hochhäusern, Autos und Schiffen eingesetzt. Auch bei der technischen Herstellung wird Eisen als Oxid verwendet (Eisenerz). Dieses wird dann im Hochofen mit Koks reduziert. Aus dem so entstandenen Roheisen können dann letzte Verunreinigungen durch Oxidation entfernt werden.

• Gib die Schritte zur Gewinnung von Metallen an.

  Tipps

  Metalle liegen in Verbindungen immer in ihrer oxidierten Form vor.

  Lösung

  Wie du nun weißt, liegen Metalle wie Kupfer, Blei, Aluminium und Eisen in der Natur nur in Verbindungen vor. Um sie nutzbar zu machen, müssen sie in Reinform gewonnen werden.

  Dafür müssen die Metallionen reduziert werden. Um dies zu schaffen, ist es sinnvoll die Erze in ein Oxid umzuwandeln, da die Reduktion so besser vonstatten gehen kann. Liegt bereits ein Oxid vor, wie beim Hämatit, entfällt dieser Schritt natürlich.

  Auch bei der Aluminium-Herstellung werden durch die Elektrolyse die Aluminium-Ionen reduziert. Eine Schwefelung des Erzes würde natürlich noch mehr Verunreinigungen mit sich bringen und ist daher nicht sinnvoll.

• Charakterisiere die Herstellung von Silber und Aluminium.

  Tipps

  Silber bildet Komplexe mit Cyanid-Ionen.

  Das Schmelzen und Elektrolysieren von Erzen benötigt viel Energie.

  Lösung

  Aluminium wird mithilfe der Schmelzflusselektrolyse hergestellt. Dazu wird dem Aluminiumerz Kryolith beigegeben, um die Schmelztemperatur abzusenken. In der Schmelze liegt Aluminium als Ion vor. Durch das Anlegen einer Spannung können diese Ionen reduziert werden und so wird elementares Aluminium erhalten.

  Silber kommt in der Natur sowohl gediegen, d.h. in elementarer Form, als auch in Mineralien vor. Es gibt z.B. Silbersulfid. Aus Mineralien gewinnt man Silber durch Komplexierung mit Cyanid-Ionen. Gewinnt man Silber in Reinform, muss es von anderen Stoffen gereinigt werden. Es kommt zum Beispiel als Beimengung in Bleiglanz vor.