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Transkript Darstellung von Kupfer

Herzlich willkommen zum Thema Metalldarstellung. Wir hatten je bereits in einem Video kennengelernt, wie man Redoxgleichungen aufstellt, oder sie ausgleicht und so weiter und so fort, und hier soll es jetzt einfach mal darum gehen, dass ein Beispiel für eine Metalldarstellung einfach mal genannt wird. Und wir beschäftigen uns mit der Darstellung von Kupfer aus Kupferkies. Ich möchte in diesem Video eigentlich bloß mal zeigen, wie so eine Metalldarstellung aussieht. Hier sind sehr viele Redoxreaktionen im Spiel. Da laufen komplexe Vorgänge ab. Es geht im Wesentlichen darum, wie man ein bestimmtes Metall aus einem Erz sozusagen herausbekommt, um es dann eben in Reinform zu nutzen. Gut, Kupfer aus Kupferkies: Kupferkies schaut so aus. Da ist also Kupfer, Eisen und Schwefel enthalten. Und der erste Schritt bei der Herstellung des Kupfers, der besteht darin, dass dieser Kupferkies geröstet wird. Es wird auch manchmal geröstet genannt, kann jeder machen, wie er will. Das bedeutet im Grunde einfach nur, dass das Ganze erhitzt und mit Sauerstoff sozusagen versetzt wird. Gut, dann kommt am Ende etwas bei raus. Das ist einmal Kupfersulfid also CuS, weiterhin wird natürlich auch das Eisen reagieren in irgendeiner Art und Weise zu Eisensulfid und zu Eisenoxid. Und zuletzt entsteht noch Schwefeldioxid. Gut, diese Redoxgleichung muss nun ausgeglichen werden. Wie das geht, hatte ich, wie gesagt, in anderen Videos schon gezeigt. Ich schreib hier einfach bloß die stöchiometrischen Faktoren davor. Also 4 Mol Kupferkies reagieren mit  5 Mol Sauerstoff zu 2 Mol Kupfersulfid und 2 Mol Eisensulfid und zu 2 Mol Eisenoxid und 4 Mol Schwefeldioxid. Gut, das ist der erste Schritt. Wir haben nun also den Kupferkies sozusagen aufgetrennt in Kupfersulfid, Eisensulfid, Eisenoxid und Schwefeldioxid. Schwefeldioxid, das ist nun Gas und das entweicht als Gas. Wir haben nun eine Mischung aus 3 verschiedenen Feststoffen, wenn man so möchte. Uns interessiert allerdings nur die Kupferverbindung. Allerdings liegt der ganze Kram hier noch sozusagen zusammen vor. Das bedeutet, wir müssen diese beiden Eisenverbindungen hier auch noch irgendwie abtrennen. Wir beginnen erst einmal beim Eisenoxid, das steht hier bloß als FeO, kann dann durch die Temperaturen auch zu anderen Oxiden reagieren. Wir beginnen einfach mal beim Fe2O3 und das wird mit Kohle und Sand versetzt, also Kohlenstoff und Siliziumdioxid. Das Ziel ist es nun, aus dieser Schmelze sozusagen einen Feststoff abzutrennen. Also, wir möchten das Eisen als Schlacke irgendwo abtrennen, damit sozusagen in der flüssigen Lösung, oder in der flüssigen Schmelze nur noch die Kupferverbindungen zurückbleiben. Gut, wir möchten also Silikate bilden. Das ist im Grunde Schlacke und es bildet sich hier Eisensilikat, logischerweise und Kohlenstoffmonoxid. Gut, dann haben wir noch Eisensulfid enthalten. Dieses Eisensulfid das wird jetzt, man nennt es verblasen sozusagen, also auch noch mal mit Sauerstoff versetzt. Und dabei entsteht erst mal wieder Eisenoxid, also FeO und SO2, also wieder Schwefeldioxid. Gut, auch diese Gleichung muss wieder ausgeglichen werden und das geschieht so, indem wir 3 mal Sauerstoff nehmen und dann sozusagen am Ziel sind. Dann müssen wir hier natürlich auch noch 2 Mol Eisensulfid nehmen und es entstehen noch 2 Mol Eisenoxid, dann ist die Gleichung sozusagen komplett. Wir haben hier  6 mal Sauerstoff, hier stecken 2 Sauerstoff drin, hier auch noch mal 2. Schwefel fehlt natürlich auch noch, also fehlt hier auch noch eine 2 und jetzt ist die Gleichung tatsächlich perfekt. Gut, wir sind jetzt also wieder an dem Punkt, dass wir Eisenoxid vorliegen haben. Dieses Eisenoxid hatten wir ja im Grunde auch schon in einem ähnlichen Prozess hier mit Kohlenstoff und Sand versetzt, also Siliziumdioxid. Und das Eisenoxid durchläuft im Grunde wieder den gleichen Prozess. Ziel ist es dann hier, auch dieses Eisen, was ursprünglich als Eisensulfid vorlag, als Silikat, also als Schlacke abzutrennen. Jetzt sind wir also an dem Punkt, an dem wir alle Begleitstoffe im Wesentlichen abgetrennt haben und das Einzige was uns jetzt noch interessiert ist diese Kupferverbindung. Also, wir müssen jetzt nur noch diese Kupferverbindung in reines Kupfer, in elementares Kupfer umwandeln. Dieses Kupfersulfid, also mit d am Ende, falls das jetzt undeutlich rüberkommt, das wird auch wieder mit Sauerstoff versetzt. Das reagiert zu einem gewissen Teil zu Kuper-Eins-Oxid. Und natürlich auch wieder, weil der Schwefel ja irgendeine andere Verbindung eingehen muss, zu Schwefeldioxid. Auch diese Gleichung wird ausgeglichen: 2 Mol Kupfersulfid reagieren mit 3 Mol Sauerstoff zu 2 Mol  Kuper-Eins-Oxid und natürlich 2 Mol Schwefeldioxid.  Jetzt haben wir unser Kupfersulfid als Oxid vorliegen und dieses Kupferoxid wird jetzt natürlich auch noch weiter umgesetzt, beziehungsweise das reagiert ganz einfach mit noch vorhandenem Kupfersulfid - dies befindet sich ja alles noch in derselben Schmelze - zu elementarem Kupfer, denn das ist ja unser Ziel und auch wieder hier zu Schwefeldioxid. Hiervon nehmen wir 2 Mol, um diese Gleichung wieder auszugleichen. Und dann entstehen letzten Endes hier  6 Mol elementares Kupfer. Damit wären wir im Grunde auch schon am Ziel. Wir hätten im Grunde gesehen, wie man aus Kupferkies elementares Kupfer herstellen kann. Man hat, glaube ich, an meiner Vorgehensweise auch schon gemerkt, dass das dann ein wenig komplexer wird und sozusagen die Vorgänge einfach sehr komplex sind. Wichtig ist einfach nur, dass wir diese verschiedenen Schritte irgendwo durchlaufen. Also wir haben beispielsweise ein Erz als Sulfid vorliegen, das Ganze wird dann geröstet. Dann haben wir ein Oxid und das Ganze wird dann im Grunde noch mal reduziert, und zwar zur elementaren Verbindung, also zum elementaren Metall.  Das ist im Grunde einfach nur der Weg, der hier durchlaufen wird. Zwischendurch werden dann verschiedene Stoffe, beispielsweise in Form von Schlacke abgestochen, also aus der Mischung entfernt und letzten Endes steht dann das reine Metall da. Das hier, das Metall aus diesem Prozess, das ist auch noch nicht vollständig rein, das hat also eine Reinheit von etwa 98% oder so etwas in der Richtung. Und das Ganze wird dann auch noch mal weiter aufgereinigt. Im Fall von Kupfer geschieht das durch eine elektrolytische Raffination, also per Elektrolyse, oder elektrolytisch wird im Grunde dann rein Kupfer erzeugt. Das Ganze wird dann halt so lange gemacht, bis sozusagen die gewünschte Reinheit erreicht ist. Man sieht hier, wie auch schon mehrmals erwähnt, alle diese Vorgänge ziemlich komplex sind und demzufolge muss man sich vorher ganz genau überlegen, ob es das einfach wert ist. Also, hier müssen sehr viele Schritte durchlaufen werden, es müssen verschiedene Stoffe dazugegeben werden und so weiter und so fort. Es dauert eine ganze Zeit, hohe Temperaturen sind notwendig, viel Energie und so weiter und so fort. Demzufolge muss das Metall, das durch einen so aufwendigen Vorgang hergestellt wird auch sehr wertvoll sein. Im Fall von Kupfer lohnt sich das ganz einfach, es aus Kupferkies herzustellen. Es gibt noch viele weitere Beispiele, aber das soll es an dieser Stelle auch einfach erst einmal gewesen sein. Ich hoffe es war jetzt nicht zu verwirrend, ging wie gesagt nur um die Darstellung und auf Wiedersehen.

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