79 Verantwortungsvolle Verwendung von Rohstoffen Welche Metalle werden durch Elektrolyse gewonnen? Manche Metalle sind sehr reaktionsfähig. Dazu zählen Alkalimetalle ( Seite 76), Erdalkalimetalle (zB Calcium, Magnesium) und Aluminium (Abb. 79.1). Aluminium-Lichtblitz (Abb. 79.2) Gefahr Achtung Schutzbrille! Verbrennungsgefahr! Feile von einem Stück Aluminium-Blech einige Späne ab und puste sie mit einem Glasrohr in eine Brennerflamme. Aluminium ist ein reaktionsfähiges Metall, das viel Energie freisetzt. Beschreibe, woran du das bei diesem Versuch erkennst. Reaktionsfähige Metalle können durch Elektrolyse einer geschmolzenen Verbindung gewonnen werden (= „Schmelzflusselektrolyse“). Beispiel Aluminium (Abb. 79.3): Aus dem Rohstoff Bauxit wird zunächst Tonerde (Aluminiumoxid, Al2O3) hergestellt. Durch Zugabe von Kryolith (Na3AlF6) schmilzt die Tonerde schon bei etwa 950 °C. Die Grafitwanne des Elektrolyseofens bildet den Minuspol (Kathode). Die Al3+-Ionen in der Schmelze werden zu Al-Metall reduziert. An den Grafitelektroden (Anode) bildet sich Sauerstoff, der mit dem Kohlenstoff der Elektroden zum Abgas CO2 reagiert. Für jedes kg Aluminium wird eine sehr große Menge von etwa 15 kWh elektrischer Energie zur Herstellung benötigt. „Recycling von Altmetallen (zB Eisen und Aluminium) ist ein wichtiger Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz.“ Warum ist das so? Verfasse eine zwei minütige Rede zu diesem Thema. Verwende dazu die Informationen in diesem Kapitel. Wie werden Metalle durch „Zementation“ gewonnen? Befindet sich ein edleres Metall (zB Kupfer, Silber, …) in einer Lösung, so kann es daraus durch „Zementation“ wiedergewonnen werden. Taucht man ein unedleres Metall (zB Zink, Eisen, …) in eine Lösung, so wird es oxidiert und die Metall-Atome geben Elektronen ab. Das edlere Metall-Ion erhält Elektronen und wird zum Metall reduziert (Abb. 79.4). Die Kupfer-Zementation (Abb. 79.4) Schutzbrille! Bringe ein paar Tropfen konzentrierte Kupfersulfat-Lösung mit einer Pipette auf eine geschliffene Eisenplatte. Es bildet sich ein Kupferbelag. Recherchiere die Verwendungen der Zementation von Metallen. Was ist „grünes“ Eisen? Bei der Herstellung von „grünem Eisen“ soll im Vergleich zur herkömmlichen Produktion kein oder nur sehr wenig Kohlenstoffdioxidgas entstehen. Wasserstoffgas (H2) wird als Reduktionsmittel für das Eisenerz eingesetzt. Als Abgas entsteht Wasserdampf (H2O). Zur Erzeugung von klimafreundlichem Eisen sollte auch nur „grüner Wasserstoff“ ( Seite 59) eingesetzt werden (Abb. 79.5). 79.1 Viele Alltagsprodukte werden aus Aluminium hergestellt. V2 79.2 Aluminium-Lichtblitz Tonerde Kryolith Tonerdekruste CO + CO2 Stromschiene 5 Volt 150 kA + – Al Grafitelektroden (Kohleanoden) Schmelze: 950 °C Grafitwanne (Kohlekathode) flüssiges Aluminium 79.3 Schemabild der Aluminium-Elektrolyse A2 A3 Reaktionsfähige Metalle (zB Aluminium, Magnesium, Natrium, …) werden durch Schmelzflusselektrolyse gewonnen. M Cu2+-Ionen „entreißen“ Fe-Elektronen. 79.4 Kupfer-Zementation: Cu2+ + Fe Cu + Fe2+ Metallisches Cu entsteht. Fe löst sich. > 1050 °C Wasserstoffgas festes Roheisen zur Verarbeitung Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H2O Eisenerz Abgas Wasser elektrische Energie Wasser Elektrolyse H2O Schachtofen 79.5 Grünes Eisen: Eisenerz reagiert mit Wasserstoffgas direkt zu metallischem Eisen. V3 A4 Bei der Zementation befinden sich Ionen eines edleren Metalls in einer Lösung und scheiden sich als Metall auf einem unedleren Metall ab. M GefBU x3be5b Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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