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 4. 7. periodě - atomy přechodných prvků mají valenční elektrony v orbitalech ns 1-2 a (n-1)d 1-10 - 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: 1 2 3 to znamená, že zesiluje magnetické pole tuto vlastnost ztrácí při teplotě 768 C závisí na poměru jednotlivých složek a technice slévání a zpracování
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 6 7 - 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 4 5 6 7 vysoká pec je vysoká asi 25 30 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 )
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 ) 2 + 2 NO + 4 H 2 O 8 9 to znamená, že jsou vtahovány do magnetického pole směs HNO 3 a HCl v poměru 1:3
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 10 2. 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
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 11 12 13 1,4 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
- nachází se jako sfalerit (ZnS) a v křemičitanech - křehký, tažný a kujný je až při 100 150 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 - + 2 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
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