Darstellung der Elemente/Vdg

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[Riedel] Zur techn. Darstellung von Si wird Quarz mit Koks im elektrischen Ofen reduziert. SiO2 + 2 C –(1800°C)–> Si + 2 CO (DeltaH = ca. +700) - man erhät Si in kompakten Stücken - Im Labor auch Mg oder Al als Red-Mittel (exotherm) Für Halbleitertechnik benütigt man extrem reines Si! Techn. Si wird mit HCl zu SiHCl_3 (Trichlorsilan) –> d. Dest. gereinigt und zu Si reduziert Si + 3 HCl HSiCl3 + H2 Dadurch erhält man polykistallines Si mit einer Reinheit von 10^(-9) Atom%. Si-Einkristalle gewinnt man daraus mit dem Zonenschmelzverfahren oder mit dem hauptsächlich eingesetzten Czochralski-Verfahren. –> dabei Si i Quarztiegel geschmolzen, in die Schmelze ein Impfkristall, dann später langsam rausgezogen. Man erhält 1.5 Meter lange bis zu 30cm dicke walzenfoörmige Einkristalle, die dann in Scheiben zerschnitten werden.

Frasch-Verfahren: Elementares S aus Schwefellagerstätten durch Frasch-Sonde. Claus-Prozess: • H2S von Entschwefelung von Erdöl in Raffinerien • durch Abrösten von sulfidischen Erzen H2S + O2 –> SO2 + H2O SO2 + H2S –> S (fl) + H2O Exotherm

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Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C –> 3 CaSiO3 + 5 CO + P2 Elektrischer Lichtbogen

Linde-Verfahren. N2 aus der Luft.

Sauerstoff wird großtechnisch (Produktion 2005 in Deutschland 5,6 · 109 m3, Weltproduktion ca. 109 t) durch fraktionierende Destillation verflüssigter Luft (Linde- Verfahren) hergestellt. Ein Gas kann nur verflüssigt werden, wenn seine Temperatur tiefer als die kritische Temperatur ist (TK(N2) = 126 K, TK(O2) = 154 K) –> Die Abkühlung des Gases beim Linde-Verfahren beruht auf dem Joule-Thomson- Effekt. Wenn sich ein komprimiertes Gas ausdehnt, so kühlt es sich ab. Bei der Ausdehnung muss Arbeit geleistet werden, um die Anziehungskräfte zwischen den Gasteilchen zu überwinden. Die Energie dazu wird der inneren Energie des Gases entnommen, die kinetische Energie und damit die Temperatur nehmen daher ab. Nur bei Gasen, die sich ideal verhalten, sind zwischen den Gasteilchen keine Anziehungskräfte wirksam. Luft verhält sich bei Normalbedingungen ideal, nicht aber im komprimierten Zustand

Technisch aus SiCl4 und LiAlH4 SiCl4 + LiAlH4 –> SiH4 + LiCl + AlCl3

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Schmelzfluss-elektrolyse von Aluminiumoxid. Die Herstellung beruht auf dem Hall-Héroult-Verfahren. Ausgangsmaterial für die Aluminiumproduktion ist Bauxit, der überwie-gend aus AlOOH besteht und in der Regel durch Eisenoxide verunreinigt ist. Der erste Schritt im Gewinnungsprozess ist die Reinigung des Bauxits, insbesondere die Abtrennung der Eisenverbindungen durch das Bayer-Verfahren: Heiße Natronlauge löst dabei den Aluminiumanteil aus dem gemahlenen Bauxit heraus. —> Al(OH)4]- Beim Abkühlen verschiebt sich das Gleichgewicht in der Aluminat-Lösung nach links, und weißes Aluminiumhydroxid fällt nach Zugabe von Impfkristallen aus. Das abfiltrierte Hydroxid wird durch Erhitzen auf 1200 °C entwässert und so in Aluminiumoxid über-führt. Aufgrund der hohen Ladung des Aluminium-Ions hat das Oxid eine sehr hohe Gitterenergie und dementsprechend eine hohe Schmelztemperatur (2054 °C). Eine Schmelzflusselektrolyse wäre bei diesen hohen Temperaturen praktisch nicht möglich. Man löst daher Aluminiumoxid in geschmolzenem Kryolith (Natriumhexafluoridoaluminat, Na3[AlF6]). Diese beiden Salze bilden ein Eutektikum, das bereits bei 962 °C schmilzt. Man elektrolysiert bei etwa 980 °C unter Verwendung von Kohle-Anoden. Die mit Kohle ausgekleidete Eisenwanne bildet die Kathode. An der Kathode bildet sich geschmolzenes Al. An der Anode wird primär ausschließlich CO2 gebildet

Ostwald-Verfahren

Aus Si/Fe (Ferrosilizium) Mit Cl2

Raschig Verfahren: NaOCl + NH3 –> Cl-NH2 + NaOH Cl-NH2(delta+) + NH3 (Langsam zu) Hydraziniumchlorid Mit NaOH –> N2H4 + NaCl + H2O

Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C –> 3 CaSiO3 + 5 CO + P2 Elektrischer Lichtbogen P2 –> P4 Verbrennt zu P4O10 –> Hydrolyse zu H3PO4

P4 + 2I2 + 8 H2O –> 2 [PH4]+I + 2 HI + 2 H3PO4 + KOH –> PH3 + KI + H2O Technisch: P4 + 3 KOH + 3 H2O –> PH3 + KH2PO2 Verunreinigt mit P2H4 (Diphosphan) -> Anwendung Halbleitertechnik zur Dotierung von Si

PCl5 + 5/3 AsF3 –> PF5 + 5/3 AsCl3 Oder mit 5/2 CaF2 Warum nicht direkt aus den Elementen?