KOVY. I. Výskyt a zpracování kovů. II. Stručný přehled vlastností nejvýznamnějších kovů. 1. s-kovy

Transkript

1 KOVY I. Výskyt a zpracování kovů - výskyt: - ryzí (zlato, stříbro, měd) - ve sloučeninách (forma oxidů, halogenidů, sole kyselin) - těžba: - energeticky i časově náročná (obtížnost těžby, náročnost separačních postupů, apod..) - určitá ekologická rizika - výroba: - některý ze 3 postupů: 1. termický rozklad - vhodný pro termicky labilní sloučeniny (nejčastěji oxidy ušlechtilých kovů) 2 HgO 2 Hg + O 2 2. redukce požadovaného kovu z jeho sloučenin a) redukce uhlíkem (zisk Zn, Sn, Pb, Fe) ZnO + C Zn + CO b) redukce vodíkem (zisk W, Mo) WO H 2 W + 3 H 2 O c) redukce kovem - založeno na principu, který vychází z pravidel v Beketovově řadě kovů - 2 způsoby: z oxidu požadovaného kovu (zisk Cr, Mn, Co, Ti) - nejčastěji se používá hliník = aluminotermie, též Mg, Na Cr 2 O Al 2 Cr + Al 2 O 3 z roztoku soli požadovaného kovu (zisk Cu) - zejména pro laboratorní použití CuSO 4 + Zn Cu + ZnSO 4 3. elektrolýza - 2 možné způsoby elektrolýza tavenin (zisk alkalických kovů a kovů alkalických zemin) - tavenina se získává zejména tavením halogenidů, hydroxidů a oxidů elektrolýza roztoků (zisk kovů pozitivním redoxpotenciálem, u kovů s elektronegativním redoxpotenciálem by se na katodě vylučoval vodík) - využití zejména pro rafinaci surových kovů II. Stručný přehled vlastností nejvýznamnějších kovů 1. s-kovy a) s 1 -kovy = alkalické kovy = kovy 1. skupiny PSP (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) - vlastnosti: - mají 1 valenční elektron, snadno jej odštěpují tvoří oxidační číslo +I (stabilní kation M + ) - nízká elektronegativita velmi reaktivní, silné redukční schopnosti - jsou velmi měkké, dají se řezat nožem

2 - s vodou reagují bouřlivě za vzniku vodíku a hydroxidu dle rovnice: 2 M + 2 H 2 O H MOH (explozivita reakce se zvyšuje od Li k Fr valenční e - je dál od jádra, je tedy slaběji poután a snáze se odštěpuje) - jejich kationty barví plamen (Li + červeně, Na + žlutě, K + modrofialově, Rb + nachově, Cs + žlutě) Sodík - výskyt: halit (NaCl), chilský ledek, mořská voda, Glauberova sůl (Na 2 SO 4.10H 2 O), biogenní prvek - použití: 1. výroba slitin 2. jaderná technika (chlazení jaderných reaktorů) - sloučeniny hydroxid sodný - bílá krystalická látka, silná zásada - použití: 1. výroba pevných mýdel 2. výroba celulózy a papíru uhličitan sodný = soda (Na 2 CO 3 ) - bílá krystalická látka, slabá zásada - použití: 1. výroba skla 2. prací prostředky (změkčuje vodu) hydrogenuhličitan sodný = jedlá soda (NaHCO 3 ) - bílá krystalická látka, slabá zásada - použití: 1. prášek do pečiva (tepelným rozkladem vzniká CO 2 bublinky nadlehčí těsto) 2. zažívací soda (antacidum) Draslík - výskyt: sylvín, mořská voda - použití: 1. výroba slitin 2. jaderná technika (chlazení jaderných reaktorů) - sloučeniny: uhličitan draselný (K 2 CO 3 ) = potaš - bílý prášek - použití: 1. výroba skla 2. výroba draselných mýdel a pracích prostředků b) s 2 -kovy = kovy alkalických zemin = kovy 2. skupiny PSP (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) - vlastnosti: - mají 2 valenční elektrony, snadno je odštěpují tvoří oxidační číslo +II (stabilní kation M 2+ ) - mají redukční účinky - reagují s vodou za vzniku vodíku a hydroxidu, reakce probíhá méně bouřlivě než u alkalických kovů M + 2 H 2 O H 2 + M(OH) 2 - jejich kationty barví plamen (Ca 2+ cihlově červeně, Sr 2+ karmínově), K 2+ zeleně) - beryllium a hořčík se svými vlastnostmi od ostatních liší

3 Beryllium - výskyt: - minerál beryl - vlastnosti: - diagonální podobnost s hliníkem amfoterní, pasivace, tvorba kovalentních vazeb - všechny beryllnaté sloučeniny jsou jedovaté - použití: - výroba slitin s mědí = berylliové bronzy (tvrdé, pružné, chemicky odolné) Hořčík - výskyt: - magnezit, dolomit - součást povrchové i podzemní vody (množství určuje tvrdost vody) - součást chlorofylu, stopový prvek (ovlivňuje svalovou kontrakci, nedostatek vyvolává křeče) - vlastnosti: - stříbřitě lesklý - zapálený hoří jasným plamenem - použití: 1. jako konstrukční materiál lehké slitiny používané v leteckém průmyslu 2. jako redukční činidlo k zisku jiných kovů - sloučeniny oxid hořečnatý - bílý prášek s vysokou teplotou tání - použití: 1. výroba žáruvzdorných materiálů (vyzdívka pecí) 2. topná tělesa 3. farmacie (gel na spáleniny, antacidum) Vápník - výskyt: - vápenec, dolomit, sádrovec - součást povrchové i podzemní vody (množství určuje tvrdost vody) - biogenní prvek: kosti, zuby, schránky živočichů - vlastnosti: - šedobílý kov - Ca 2+ barví plamen cihlově červeně - použití: 1. do slitin 2. jako redukční činidlo - sloučeniny: uhličitan vápenatý = vápenec - rozšířený minerál, složka kostí a zubů - ve vodě málo rozpustný X krasové jevy: voda protéká přes vápencové stěny a obohacuje se o CO 2 proběhne reakce, při které vznikne hydrogenuhličitan vápenatý, který je dobře rozpustný ve vodě a při poklesu koncentrace CO 2 se zpětně rozkládá na uhličitan vápenatý vznik krápníků oxid vápenatý = pálené vápno - vyrábí se termickým rozkladem vápence CaCO 3 CaO + CO 2 - použití: 1. stavebnictví

4 2. hutnictví 3. posyp trávníků (brání šíření mechů) hydroxid vápenatý = hašené vápno - vzniká reakcí páleného vápna s vodou CaO + H 2 O Ca(OH) 2 - použití: ve stavebnictví (malta) 2. p-kovy Hliník - výskyt: bauxit, korund, kaolín - vlastnosti: - stříbřitě lesklý, lehký kov - výborný vodič tepla a el. proudu - je amfoterní reaguje jako kyselina i jako zásada - podléhá pasivaci pokrývá se vrstvičkou oxidu hlinitého - použití: 1. v elektrotechnice 2. k výrobě slitiny duralu (letecký průmysl) 3. výroba alobalu a nádobí 4. výroba mincí - sloučeniny: oxid hlinitý - čistý = bílý prášek, v přírodě v podobě minerálu korundu Al 2 O 3 a jeho polodrahokamových forem - použití: - v klenotnictví (polodrahokamy safír, smaragd, rubín, aj) - výroba brusných materiálů a smirkového papíru Cín - výskyt: cínovec (kassiterit) - vlastnosti: - stříbrolesklý tažný kov ve 3 modifikacích - bílý - snadno se upravuje (historické nádobí, dráty) - pasivuje X stálý vůči vlhku, ale nestabilní v chladu rozpadá se na prášek (šedý cín) = tzv. cínový mor historických předmětů - šedý - práškový, vznik z bílého při nízké teplotě - křehký vzniká z obou předchozích zahříváním - použití: 1. pocínování hliníkových materiálů 2. výroba staniolu 3. výroba bronzu (slitina Sn+Cu), výroba klempířských pájek (slitina Pb+Cu) Olovo - výskyt: galenit -vlastnosti: - šedý měkký kov, velmi těžký - podléhá pasivaci

5 - kationty Pb 2+ jsou jedovaté (akutní otrava olovem = plumbizmus) použití: 1. výroba olověných akumulátorů 2. ochranné kryty proti RTG záření 3. jako pájka = slitina cínu, olova a zinku - spojuje různé kovy 3. d-kovy Měď - výskyt: ryzí nebo jako chalkopyrit či azurit - vlastnosti: - načervenalý kov, dobře vede elektrický proud a teplo - na vzduchu a vlhku se pokrývá zelenou měděnkou (směs uhličitanu a hydroxidu vápenatého) - použití: 1. jako vodič v elektrotechnice 2. výroba kotlů 3. výroba slitin - bronz (Cu+Sn) a mosaz (Cu+Zn) 4. mincovnictví - sloučeniny: modrá skalice CuSO 4.5H 2 O - modrá krystalická látka - použití: 1. hubení plísní, sinic a řas 2. k pokovování Stříbro - výskyt: argentit - vlastnosti: - bílý lesklý kov - podléhá pasivaci (černá vrstvička oxidu stříbrného na povrchu stříbrných šperků) - použití: 1. výroba fotografického materiálu 2. výroba zrcadel a reflektorů 3. elektrotechnika 4. šperkařství a mincovnictví - sloučeniny: dusičnan stříbrný AgNO 3 - má bakteriocidní účinky (hubí bakterie) - používá se v kožním lékařství = lápis Zlato - výskyt: ryzí (nugety, plíšky, hrudky) - vlastnosti: - žlutý lesklý kov, dokonale kujný a tažný - rozpouští se pouze v lučavce královské = směs 1 HNO 3 : 3 HCl - použití: 1. mincovnictví a šperkařství 2. lékařství 3. elektrotechnika

6 - sloučeniny: chlorid zlatitý AlCl 3 - vzniká rozpouštěním zlata v lučavce - používá se ve sklářství k purpurovému barvení skla (tzv. Cassiův purpur = zlato rozptýlené v kyselině cíničité) Zinek - výskyt: sfalerit, stopový prvek (součást enzymů) - vlastnosti: modrobílý středně tvrdý kov - použití: 1. výroba plechů a drátů 2. výroba mosazi 3. výroba baterií (suchý článek) sloučeniny: oxid zinečnatý = zinková běloba - bílý prášek, který se používá jako barvivo - k výrobě pryže zkracuje dobu vulkanizace kaučuku - kožní lékařství složka mastí (opruzeniny, dezinfekce) Rtuť - výskyt: rumělka - vlastnosti: - stříbrolesklá kapalina - vypařuje se při normální teplotě páry rtuti jsou jedovaté (průjmy) - stabilní, se vzdušným kyslíkem nereaguje - tvoří stabilní slitiny = amalgámy - použití: 1. náplň měřících přístrojů 2. ve stomatologii (amalgámy = plomby) 3. v medicíně (projímadlo) 4. jako elektroda - sloučeniny: chlorid rtuťnatý HgCl 2 - hydrolyzuje (způsobuje poleptání) - velmi toxický sráží bílkoviny reakce s SH-skupinami AMK Chrom - výskyt: - chromit - biogenní prvek (zasahuje do metabolizmu glukózy) - vlastnosti: - tvrdý stříbřitě lesklý, stabilní V oxidačním čísle +III i + VI toxický, ve větším množství poškozuje játra, karcinogenní - použití: 1. pokovování 2. výroba chirurgické oceli

7 Mangan - výskyt: burel (MnO 2 ) - vlastnosti: šedý, tvrdý, křehký - použití: 1. výroba nárazuvzdorné oceli (feromangan) 2. výroba konstrukčních materiálů - sloučeniny manganistan draselný - tvoří fialové krystalky - použití: 1. dezinfekce kůže = hypermangan 2. textilní průmysl = bělení textilií Železo - výskyt: - magnetovec, pyrit - součást hemoglobinu a chlorofylu - vlastnosti: - stříbrně lesklé, měkké, dobře kujné a tažné - podléhá korozi (vzniká Fe 3 O 4 ) - je feromagnetické (vtahováno do magnetického pole) výroba: - ve vysoké peci redukcí uhlíkem z jeho oxidů - vzniká surové železo = litina (tvrdá, křehká, obsahuje uhlík), která se upravuje zkujňováním (sníží se množství uhlíku) vzniká ocel, která se upravuje: a) kalením (prudké ochlazení) ocel je tvrdá a křehká b) popouštěním (pomalé zahřátí) ocel je pružnější - použití: 1. výroba oceli 2. konstrukční materiály 3. výroba kamen, plátů na sporáky, poklopů kanálů