Protokoll zum Praktikum Allgemeine Chemie - Aufschluß von schwerlöslichen Oxiden und Nachweis von Titan und Aluminium

1. Theoretische Grundlagen

Sauerstoff besitzt die Bindungsfähigkeit (Wertigkeit) zwei und ist höchst reaktionsfreudig. Er bildet mit praktisch allen Elementen Verbindungen. Das häufigste natürliche Vorkommen vieler Elemente tritt in Form ihrer Oxide auf. Metalle bilden im allgemeinen ionische, Nichtmetalle kovalente Oxide. (1)

Infolge ihrer geringen Ionisierungsenergie reagieren Metalle mit Sauerstoff unter Bildung ionischer Festkörper, in denen Sauerstoff als Oxid-Ion vorliegt. Da das Oxid-Ion relativ klein und hoch geladen ist, besitzen Metalloxide hohe Gitterenergien. Infolgedessen liegen die Schmelzpunkte dieser ionischen Oxide sehr hoch (um 2000°C) und die meisten sind schlecht wasserlöslich. (2) So ist zum Beispiel Al2O3 das unter dem Namen Korund bekannte Schleifmittel und SiO2 ist Quarz. (1)

Metalloxide sind selbst in konz. HCl oder in Königswasser schwerlöslich. Diese Substanzen müssen gesondert aufgeschlossen werden. Die Art des Aufschlusses richtet sich nach den einzelnen Substanzen wobei man zwischen saurem und dem basischem Aufschluß unterscheidet . Mit einer Schmelze von Soda-Pottasche werden Erdalkalisulfate, hochgeglühte Oxide, Silicate und Silberhalogenide aufgeschlossen. Mit Hilfe des sauren Aufschlusses können außer TiO2 auch Fe2O3, BeO, MgO, Ga2O3 und Cr2O3 aufgeschlossen werden (3)

1.1) Der saure Aufschluß mit KHSO4:

Wie bereits erwähnt können im sauren Aufschluß außer TiO2 auch Fe2O3, BeO, MgO, Ga2O3 und Cr2O3 aufgeschlossen werden. In diesem Fall wird TiO2 aufgeschlossen. Titan(IV)-oxid (TiO2) ist ein weißes, unlösliches Pigment, das sowohl basische als auch saure Eigenschaften besitzt.

Gemäß Periodensystem der Elemente besitzt Ti (zusammen mit Zr und Hf) eine d2s2-Elektronenkofiguration. Ti und Zr zeigen die Oxidationsstufen +II, +III und +IV. Dies ist ein Beispiel für einen allgemeinen Gang bei den Übergangsmetallen: Die niedrigen Oxidationszahlen verlieren bei der zweiten und dritten Übergangsmetallreihe an Bedeutung weil die Valenzelektronen weiter vom Kern entfernt sind. Wenn die Atome dann einige Elektronen abgeben, ist es recht wahrscheinlich, dass sie gleich alle Valenzelektronen verlieren. Die niedrigeren Oxidationsstufen des Ti sind ionisch, während der Oxidationszahl +IV ein stärker kovalentes und nichtmetallisches Verhalten entspricht. (1)

Ti(II)-oxid, TiO, ist basisch und ionisch und besitzt die NaCl-Kristallstruktur.

Reaktionsgleichung des sauren Aufschlusses:

Zunächst Bildung von Kaliumdisulfat durch Wasserentzug bei Kaliumhydrogensulfat

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gewinnung der leichter löslichen Sulfate aus den schwer löslichen Oxiden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Nachweis der Titanylionen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1.2) Der alkalische Aufschluß mit Na2CO3 und K2CO3 / Soda-Pottasche-Aufschluß

Einige wasserunlösliche Oxide sind in Säuren und Basen löslich. Diese Oxide bezeichnet man als amphoter. Wie aus der unten angegebenen Abbildung ersichtlich, liegen die meisten Element, die amphotere Oxide bilden, auf der Diagonalen, die im Periodensystem Metalle und Nichtmetalle trennt. (2)