Přechodné prvky, jejich vlastnosti a sloučeniny

Transkript

1 Přechodné prvky, jejich vlastnosti a sloučeniny - jsou to d-prvky, nazývají se také přechodné prvky - v PSP jsou umístěny mezi s a p prvky - nacházejí se ve periodě - atomy přechodných prvků mají valenční elektrony v orbitalech ns 1-2 a (n-1)d všechny d-prvky jsou podle svých fyzikálních, chemických i technických vlastností kovy - často tvoří koordinační sloučeniny PRVKY SKUPINY ŽELEZA Železo Fe 26 [Ar] 3d 6 4s 2 Kobalt Co 27 [Ar] 3d 7 4s 2 Nikl Ni 28 [Ar] 3d 8 4s 2 - jsou to železo (Fe), kobalt (Co) a nikl (Ni) - mají podobné vlastnosti - patří mezi neušlechtilé kovy - označují se také jako triáda železa Železo - má z nich největší význam - je to jeden z nejrozšířenějších prvků na zemi - v současnosti nejvýznamnější kov Vlastnosti - vyskytuje se pouze ve sloučeninách nejdůležitější jsou železné rudy o magnetit (Fe 3 O 4 nebo FeO Fe 2 O 3 ); siderit (FeCO 3 ); pyrit (FeS 2 ); hematit (Fe 2 O 3 ) o jako biogenní prvek je vázané v organismech (především v hemoglobinu a myoglobinu) o hydrogenuhličitan železnatý Fe(HCO 3 ) 2 se vyskytuje v minerálních vodách - čisté železo stříbřitě lesklý a poměrně měkký kov, ale bez technického významu - technické železo výroba ve vysokých pecích, nesmírný význam - neušlechtilý kov >> ze zředěnými kyselinami reagují za vzniku solí a vodíku Fe + H 2 SO 4 FeSO 4 + H 2 >> s koncentrovanou H 2 SO 4 nereaguje - feromagnetické vlastnosti 1,2 - za zvýšené teploty železo reaguje s celou řadou nekovů; např. kyslíkem, sírou a chlorem Výroba železa a oceli - čisté železo má nevhodné vlastnosti pro technické využití - vyrábí se slitiny s různými prvky, které určují vlastnosti vzniklé sloučeniny 3 (pevnost, teplotu tání, tuhost, kujnost, odolnost proti korozi atd.) - železo se vyrábí ve vysoké peci 4 z kyslíkatých rud, kde probíhá: to znamená, že zesiluje magnetické pole tuto vlastnost ztrácí při teplotě 768 C závisí na poměru jednotlivých složek a technice slévání a zpracování

2 o nepřímá redukce 3 Fe 2 O 3 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 3 FeO + CO 2 FeO + CO Fe (s) + CO 2 redukce na tuhé pórovité surové železo o přímá redukce uhlíkem ve formě koksu (palivo) FeO + C Fe + CO ze shora se do vysoké pece neustále přidává železná ruda, koks a struskotvorné látky (vápenec, dolomit) zespoda se do vysoké pece vhání horký vzduch obohacený o kyslík koks při teplotě okolo 2000 C reaguje s kyslíkem vznikne CO, který je využit při nepřímé redukci CO v tzv. redukčním pásmu redukuje rudu, která potom sestupuje níže do pece při teplotě okolo 400 C se část CO rozloží na C + CO 2 uhlík vzniklý rozkladem CO se slučuje ze železem vzniká slitina litina která má nižší teplotu tání a jako surové železo stéká do spodní části pece, odkud je vypouštěno na surovém železe plave struska, která obsahuje odpadní látky (dále se využívá k výrobě stavebnin) a zároveň chrání roztavené železo před oxidací - surové železo litina je tvrdé, křehké a není kujné (obsah C = 3-5%) - odstraňováním uhlíku ze slitiny vzniká ocel - zkujňování (až na C < 1,7%): kalením tzv. kalená ocel, rychlé ochlazení; tvrdá a křehká popouštěním pomalé ochlazování; tvrdá a pevná - další úpravy jsou např. slučování s dalšími prvky 5 vznikají slitiny ušlechtilé oceli které mají lepší vlastnosti (nerezová ocel, žáruvzdorná ocel ) Koroze rezavění železa - z ekonomického hlediska jde o velmi významný problém - jedná se o elektrochemický děj, kterého se kromě železa účastní i voda a kyslík vodivost soustavy je zajištěna elektrolytem nejčastěji to bývá síran železnatý FeSO 4 4 Fe + 3 O 2 + x H 2 O 2 Fe 2 O 3 + x H 2 O - železo je třeba chránit např. pokovováním nebo speciálními nátěry železa - oxidační čísla převážně II nebo III (stálejší) Sulfidy FeS [sulfid železnatý] černá sraženina, látka nerozpustná ve vodě FeS 2 [pyrit (disulfid železa)] - slouží k výrobě SO 2 (oxidu siřičitého) FeO [oxid železnatý] černá práškovitá látka vysoká pec je vysoká asi metrů, průměr je asi 10 metrů; pracuje nepřetržitě několik let legování legované oceli suchý vzduch nebo voda ve které není rozpuštěn kyslík na železo téměř nepůsobí vzniká za účasti atmosférického oxidu siřičitého (SO 2 )

3 Fe 2 O 3 [hematit (oxid železitý)] složí jako pigment, červený Fe 3 O 4 [magnetit (podvojný oxid železnato-železitý)] Hydroxidy Fe(OH) 2 [hydroxid železitý] bílá sraženina, na vzduchu hnědne a přechází na Fe(OH) 3 Soli FeSO 4 7 H 2 O zelená skalice (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 6 H 2 O Mohrova sůl Fe(HCO 3 ) 2 obsah minerálních vod Koordinační sloučeniny K 4 [Fe(CN) 6 ] žlutá krevní sůl K 3 [Fe(CN) 6 ] červená krevní sůl Kobalt, nikl - neušlechtilé kovy - vyskytují se pouze vázané ve sloučeninách kobalt: kobaltin (CoAsS) nikl: meteority, sulfidické rudy - bílé kovy, dobře vedou elektrický proud - jsou paramagnetické 8 - sloučeniny: oxidy: CoO, NiO Co(OH) 2 modrý; Co(OH) 2 zelený PRVKY SKUPINY MĚDI Měď Cu 29 [Ar] 3d 10 4s 1 Stříbro Ag 47 [Kr] 4d 10 5s 1 Zlato Au 79 [Xe] 4f 14 5d 10 6s 1 - jsou to měď (Cu); stříbro (Ag) a zlato (Au) - leží v 11. skupině (jinak I.B skupina) - patří mezi ušlechtilé kovy Vlastnosti - vykytují se v zemské kůře jako ryzí kovy - vyskytují se také ve sloučeninách: chalkopyrit (CuFeS 2 ), kuprit (Cu 2 O), malachit (CuCO 3 Cu(OH) 2 ) - tažné, kujné, tepelně a elektricky vodivé - jsou poměrně stálé, reaktivita se stoupajícím protonovým číslem klesá - rozpustné v roztocích se silnými oxidačními účinky, zlato jen v lučavce královské 9 - ušlechtilé kovy >> při reakci s kyselinou nevytěsňují vodík 2 Cu + 8 HNO 3 3 Cu(NO 3 ) NO + 4 H 2 O 8 9 to znamená, že jsou vtahovány do magnetického pole směs HNO 3 a HCl v poměru 1:3

4 Měď - do červena zabarvený kov - měď se na vzduchu pokrývá zelenou vrstvičkou měděnkou (hydrogenuhličitany mědi) Výroba vyrábí se pražením chalkopyritu, poté se elektrolyticky čistí - využívá se v elektrotechnice (dobrý vodič); výroba slitin (mosaz 70% Cu + 30% Zn; bronz 90% Cu + 10% Sn) CuO [oxid měďnatý] černý prášek, barví sklo na zeleno Cu 2 O [oxid měďný] červený prášek,barví sklona červeno Sulfidy CuS [sulfid měďnatý] černý, ve vodě nerozpustný Cu 2 S [sulfid měďný] vznik přímou syntézou prvků Soli CuSO 4 5 H 2 O [modrá skalice (pentahydrát síranu měďnatého)] pokovování, hubení plísní Stříbro - do běla zabarvený kov - získává se z rud argentit = sulfid stříbrný (Ag 2 S) - fotografické materiály, zrcadla, lékařství (koloidní stříbro má antibakteriální účinky) Fotografický proces - při fotografování probíhá soubor chemických dějů záznam obrazu na materiál citlivý na světlo 1. vytvoření vrstvy citlivé na světlo na vhodný materiál se nanese halogenid (AgBr; u obzvláště citlivých filmů se používá AgI) tak, aby byly krystalky co nejmenší vytvoření tzv. latentního obrazu vrstva halogenidu je citlivá na světlo; dopadající fotony uvolňují z halogenidových aniontů elektrony (X se slučují do X2 >> dále se zachycují na želatinovou vrstvu), které jsou zachyceny kationtem stříbrným X - X + e - Ag + + e - Ag Tímto se vytváří latentní obraz, který je neviditelný 3. vznik negativu latentní obraz se dále vyvolá působením slabého redukčního činidla (vývojka), které redukuje pouze zrna obsahující zárodek stříbra; jako vývojka se nejčastěji používá 10 ve fotografické praxi se označují jako filmové zrno

5 hydrochinon 11 ; reakce je závislá na čase a musí se zastavit dříve než začnou reagovat i zrna bez zárodků stříbra 4. ustálení negativu vyvolaný obraz je nutné stabilizovat ustálit negativ; jedná se o odstranění veškerého nezreagovaného negativu 5. vyvolání pozitivu na místech, kde zreagovalo stříbro, jsou tmavá >> při prosvícení se promítne obraz na papír s vrstvou citlivou na světlo - dále obdobný proces jako u negativu Ag 2 O [oxid stříbrný] hnědý, zásaditý Sulfidy Ag 2 S [argentit (sulfid stříbrný)] vzniká jako produkt černání stříbra (reakce se sulfanem) Halogenidy AgBr [bromid stříbrný] světle žlutá látka, citlivá na světlo, použití pří fotografickém procesu Soli AgNO 3 [dusičnan stříbrný] lapis, 5% - 10% roztok se používá v lékařství na leptání (např. aft) sloučeniny ve vodě rozpustné: AgF, AgClO 4, AgNO 3 sloučeniny ve vodě nerozpustné: všechny halogenidy kromě AgF Zlato - do žluta zbarvený kov - ryzí zlato se nachází v zemské kůře, nejčastěji jako žíly, valouny nebo šupiny - je velmi stálé, reaguje jen s lučavkou královskou 9 - klenotnictví 12, ražba mincí, zubní lékařství, pozlacování neušlechtilých kovů PRVKY SKUPINY ZINKU Zinek Zinek Zn 30 [Ar] 3d 10 4s 2 Kadmium Cd 48 [Kr] 4d 10 5s 2 Rtuť Hg 80 [Xe] 4f 14 5d 10 6s 2 - jsou to zinek (Zn), kadmium (Cd) a rtuť (Hg) - leží ve 12. skupině (jinak II.B skupina) - stříbrolesklé kovy s nízkou teplotou tání, jsou měkké 13 - zinek a kadmium patří mezi neušlechtilé kovy, rtuť je ušlechtilý kov ,4 benzendiol (hydrochinon) čisté zlato je 24 karátové, pro klenotnictví se používá nejčastěji 14 karátové zlato (složka zlata 58,3%) mají zcela zaplněné valenční orbitaly, proto se téměř nepodílejí na kovové vazbě

6 - nachází se jako sfalerit (ZnS) a v křemičitanech - křehký, tažný a kujný je až při C; na vzduchu se pokrývá vrstvičkou oxidů - vyrábí se pražením sfaleritu nebo elektrolýzou - využívá se k pokovování, jako redukční činidlo, k výrobě slitin (mosaz 70% Cu + 30% Zn) - je obsažen v tělech organismů (kosti, vlasy, mozek) jako stopový biogenní prvek; je součástí enzymů - amfoterní charakter: Zn + 2 OH H 2 O [Zn(OH) 4 ] 2- + H 2 ZnS [sulfid zinečnatý] bílá amorfní látka, používá e k výrobě barev ZnO [oxid zinečnatý] zinková běloba barvivo Zn(OH) 2 [hydroxid zinečnatý] amfoterní látka, bílá sraženina ZnSO 4 7 H 2 O [bílá skalice] používá se v galvanotechnice a pro výrobu dalších sloučenin zinku ZnCO 3 [uhličitan zinečnatý] -zinková mast Kadmium - nachází se v rudách provází zinek - je měkčí a tažnější než zinek, na vzduchu se také pokrývá vrstvičkou oxidů - sloučeniny kadmia jsou prudce jedovaté - vyrábí se elektrolýzou - využívá se k pokovování (jako ochrana proti korozi), v jaderné technice (k absorpci neutronů), výroba akumulátorů (NiCd) CdS [kadmiová žluť] žlutý prášek rozpustný ve vodě, používá se jako malířská barva Rtuť - nachází se buď jako ryzí nebo v rudách (HgS rumělka) - rtuť je za normálních podmínek kapalná (teplota tání je -38,9 C) - výpary rtuti jsou prudce jedovaté, je odolná vůči vzdušnému kyslíku - vyrábí se z rumělky pražením nebo reakcemi se železem - využívá se na výrobu teploměrů, zářivek, rtuťových katod, k přípravě amalgámů 14 a léčiv HgS [rumělka cinabarit] nejvýznamnější ruda rtuti Hg 2 Cl 2 [kalomel] v lékařství se používá jako projímadlo 14 slitiny rtuti s jinými kovy (Pb, K, Na, Au, Ag, Sn, Zn, Cd), některé jsou kapalnénebo mají těstovinnou konzistenci; využití v zubním lékařství, k pozlacování, postříbřování

7 CHROM Chrom Cr 24 [Ar] 3d 5 4s 1 - chrom leží v 6. skupině (jinak 6.B skupina) - patří mezi neušlechtilé kovy - výskyt ve sloučeninách (chromit FeCr 2 O 4 ) Vlastnosti - stříbrolesklý tvrdý kov - reaguje s kyslíkem (na Cr 2 O 3 ); s halogeny (na halogenidy chromité); se sírou (na Cr 2 S 3 ) - patří mezi stopové biogenní prvky - odolný proti korozi (na vzduchu se pokrývá kompaktní vrstvičkou oxidů) Výroba - aluminotermicky z Cr 2 O 3 nebo elektrolýzou roztoků - ke galvanickému pokovování, jako ferochrom (slitina Fe a Cr) se přidává do oceli Cr 2 O 3 [oxid chromitý] zelený prášek,nerozpustný ve vodě, používá se k pochromování (ochrana proti korozi) CrO 3 [oxid chromový] jedovatý, hygroskopický, oxidační účinky Chromany - žluté zabarvení - oxidační účinky - rekcí s kyselinami vznikají dichromany s ještě silnějšími oxidačními účinky