Přechodné prvky Společné vlastnosti


Download 0.61 Mb.
Sana10.01.2019
Hajmi0.61 Mb.


Přechodné prvky




Společné vlastnosti

  • Typické je pro ně zaplňování vnitřních AO typu d a v případě lanthanoidů a aktinoidů zaplňování vnitřních AO typu f.

  • Obecně platí pořadí zaplňování AO

  • n s2 < (n-2 f14) < n-1 d10 < n p6,

  • v konkrétních případech je však několik

  • odchylek v pořadí (vlivy druhého řádu)



Společné vlastnosti

  • Dále je pro přechodné prvky typické,

  • že všechny jsou kovy a většinou tvoří

  • sloučeniny více oxidačních stavů.

  • Proti nepřechodným prvkům je však

  • opačný trend ve stálosti vyšších

  • oxidačních stavů (u přechodných jsou

  • vyšší oxidační stavy stálejší u těžších prvků).



Společné vlastnosti

  • Elektronegativita přechodných prvků

  • je v rozmezí 1,0 až 1,8, takže s nekovy

  • tvoří iontové nebo kovalentní polární vazby.

  • Pro přechodné prvky je také typická

  • tvorba komplexních sloučenin.



Společné vlastnosti

  • Protože průměr atomu (i iontu) je dán obsazenou valenční sférou a u přechodných prvků se obsazují vnitřní AO, jejich průměr (atomů nebo odpovídajících si iontů) se v rámci periody (obsazování stejného vnitřního AO při zvyšujícím se náboji jádra) zmenšuje.



Společné vlastnosti

  • Mírné to je u obsazování AO typu d

  • (Ti2+ 90 pm, Zn2+ 86 pm), výrazné pak

  • u lanthanoidů při obsazování AO typu f

  • (La3+ 100 pm, Lu3+ 72 pm) lanthanoidová kontrakce

  • Důsledkem jsou velmi podobné průměry

  • (i vlastnosti) d-prvků 5. a 6. periody.





Obsah kovů v zemské kůře (%)



Celosvětová spotřeba kovů (tuny/rok)



Obecné metody výroby kovů

  • Těžba rudy

  • Ruda – technický název pro nerost nebo směs nerostů, z níž lze v průmyslovém měřítku ekonomicky dobývat příslušný kov

  • Obsah kovu v rudě velmi různý

  • Železo – 35 až 70 %

  • Zlato – 5 g/t, v rýžovištích až 0,1 g/t



Separace a obohacení rudy

  • Mechanické separační postupy

  • Drcení, plavení, flotace, sedimentace, magnetické třídění

  • Chemické separační postupy

  • Loužení, pražení, spékání, hrudkování



Chemický děj vedoucí k získání kovu

  • Redukce uhlíkem (Fe, Mn, Co, Ni, Zn, Sn)

  • Fe3O4 + 2 C → 3 Fe + 2 CO2

  • Redukce oxidem uhelnatým (Fe, Ni)

  • Fe3O4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO2

  • Redukce vodíkem (W, Mo)

  • WO3 + 3 H2 → W + 3 H2O



Chemický děj vedoucí k získání kovu

  • Redukce kovy (Cr, V, Ti ..)

  • Cr2O3 + 2 Al → 2 Cr + Al2O3

  • 2 V2O5 + 5 Si → 4 V + 5 SiO2

  • TiCl4 + 2 Mg → Ti + 2 MgCl2

  • NbCl5 + 5 Na → Nb + 5 NaCl

  • 2 LaF3 + 3 Ca → 2 La + 3 CaF2



Chemický děj vedoucí k získání kovu

  • Tepelný rozklad (Ni, Zr, Ba, Hg)

  • [Ni(CO)4] → Ni + 4 CO

  • ZrI4 → Zr + 2 I2

  • Elektrolýza tavenin (Al, Ca, Na, Li ..)

  • Elektrolýza roztoků (Cu, Au, Zn)



Rafinační pochody

  • Destilace (sloučenin nebo kovů)

  • Extrakce nečistot

  • Rekrystalizace rozpustných solí

  • Elektrolýza

  • Pásmové tavení

  • Dělení na katexech



Skandium, yttrium, lanthan a aktinium



Společné vlastnosti

  • Konfigurace jejich valenční sféry

  • (n-1)d1 ns2 , všechny sloučeniny M+III

  • Nejběžnějšími sloučeninami jsou oxidy

  • M2O3, které se dobře rozpouštějí

  • v kyselinách na dobře krystalizující

  • a definované soli. Hydroxidy M(OH)3

  • jsou ve vodě nerozpustné.



Skandium

  • Skandium se vyrábí ve velmi omezeném

  • množství z odpadů jiných výrob (např.

  • výroby uranu) a prakticky nemá

  • technické využití



Yttrium

  • Yttrium bylo objeveno v minerálu

  • z norské vesnice Ytterby (později i další

  • prvky ytterbium, terbium a erbium),

  • dnes se získává z xenotimu YPO4, bastnezitu (Ce, La ...)CO3F a monazitu

  • (Ce, La, Th)PO4, které obsahují v různém

  • množství i lanthanoidy



Yttrium

  • Yttrium má určitý průmyslový význam

  • v mikroelektronice pro přípravu

  • speciálních materiálů (luminofory,

  • yttriový granát pro radarové

  • a mikrovlnné technologie)



Lanthan

  • Lanthan se vyskytuje v monazitu

  • (Ce, La, Th)PO4 a používá se při výrobě

  • speciálních optických skel s vysokým

  • indexem lomu a akumulátorů Ni-MH

  • (obsahují slitinu LaNi5 a při nabíjení

  • vzniká hydrid LaNi5H5)



Aktinium

  • Aktinium je vysoce radioaktivní

  • (t1/2 = 22 let) a vzniká rozpadem 235U

  • (1 tuna přírodního uranu obsahuje

  • 0,2 mg Ac)

  • Aktinium nemá žádný praktický význam



Lanthanoidy



Společné vlastnosti

  • Skupina prvků s velmi podobnými

  • chemickými vlastnostmi, velmi obtížně

  • dělitelná. Typické oxidační číslo M+III,

  • některé se vyskytují i v dalších

  • oxidačních stavech a toho se využívá

  • při dělení (M+II Sm, Eu, Yb; M+IV Ce, Pr,

  • Tb).



Společné vlastnosti

  • Lanthanoidy se vyskytují společně

  • s Y, La a Th v xenotimu YPO4,

  • bastnezitu (Ce, La ...)CO3F a monazitu (Ce, La, Th)PO4, ze kterých se získávají

  • složitými postupy (extrakce

  • a chromatografické dělení).

  • Europium je radioaktivní a v přírodě

  • se nevyskytuje.



Společné vlastnosti

  • Nejběžnějšími sloučeninami jsou oxidy

  • M2O3, které se dobře rozpouštějí

  • v kyselinách na dobře krystalizující

  • a definované soli. Hydroxidy M(OH)3

  • jsou ve vodě nerozpustné. Pouze u ceru

  • má význam CeO2 a soli ceričité se silnými

  • oxidačními vlastnostmi.



Využití lanthanoidů

  • Lanthanoidy se používají jako směs

  • pro speciální slitiny a dále individuální

  • látky pro speciální použití v elektronice,

  • laserové a televizní technice.

  • CeO2 se využívá při leštění optických

  • skel.



Aktinoidy







1789 Klaproth izoloval z jáchymovského smolince sloučeniny uranu a potvrdil uran jako nový prvek, čistý kovový uran byl připraven 1841

  • 1789 Klaproth izoloval z jáchymovského smolince sloučeniny uranu a potvrdil uran jako nový prvek, čistý kovový uran byl připraven 1841

  • 1828 Berzelius získal z thoritu thorium a potvrdil ho jako nový prvek

  • 1913 zjištěno v přírodě protaktinium jako člen rozpadové řady uranu 238U

  • 1940 a dále příprava dalších aktinoidů jadernými reakcemi



Společné vlastnosti

  • Proti skupině lanthanoidů jsou aktinoidy

  • vzájemně mnohem rozdílnější. Vzhledem

  • k tomu, že všechny jsou radioaktivní

  • a praktický význam mají pouze thorium,

  • uran a plutonium, ostatní aktinoidy

  • nebudou podrobněji probírány.



Thorium

  • Přírodní thorium obsahuje pouze jeden

  • izotop (232Th), který je radioaktivní

  • a je výchozím izotopem thoriové

  • rozpadové řady. Vzhledem k poměrně

  • pomalému rozpadu (t1/2 = 1,4 . 1010 roku)

  • thorium pochází z období vzniku Země



Thorium

  • Thorium se získává spolu s lanthanoidy

  • z monazitu a ve svých sloučeninách

  • má vždy oxidační číslo +IV.

  • Použití Th (s Ce) je na punčošky

  • plynových lamp (Augerovy punčošky).

  • Výhledově se počítá s využitím Th jako

  • jaderného paliva.



Thorium

  • Nejdůležitější sloučeninou je ThO2, který

  • je mimořádně tepelně stálý (b.t. 3390 °C)

  • a lze ho použít na speciální keramiku.

  • Dalšími významnými sloučeninami jsou

  • halogenidy ThX4 a dusičnan Th(NO3)4.



Uran

  • Přírodní uran obsahuje dva hlavní

  • izotopy, 235U (t1/2 = 7 . 108 roku) (0,7 %)

  • a 238U (t1/2 = 4,5 . 109 roku)

  • Vzhledem k poměrně pomalému rozpadu

  • oba izotopy pocházejí z období vzniku

  • Země, dobou se však jejich poměr měnil



Uran

  • Hlavní rudou uranu je uraninit (smolinec),

  • U3O8 (U+IVO2 . 2 U+VIO3). Proces výroby

  • čistého kovu je značně složitý.

  • Primárně se sloučeniny uranu používaly

  • na barvení skla (výroba v Jáchymově),

  • nově je hlavní použití jako jaderné palivo

  • (po velmi složitém obohacení obsahu 235U)



Uran

  • Uran tvoří sloučeniny s oxidačními

  • stupni +III až +VI, nejstabilnější jsou +VI.

  • Ve vodném prostředí jsou stabilní pouze

  • sloučeniny s oxidačními čísly +IV a +VI.



Uran

  • Nejdůležitějšími oxidy jsou UO2 a UO3. UO2 reaguje s HF za vzniku UF4.

  • UO3 se rozpouští v kyselinách za vzniku

  • solí uranylu UO22+ žluté barvy nebo

  • reaguje s uhličitanem sodným za vzniku

  • diurananu Na2U2O7.



Uran

  • Fluorací UF4 vzniká těkavý UF6, který se

  • používá pro obohacování 235U

  • v centrifugách nebo tepelnou difúzí.



Plutonium

  • Vzniká jako produkt jaderných reakcí

  • v jaderných reaktorech, izotop 239Pu

  • má t1/2 = 2,4 . 104 roku a je použitelný

  • jako štěpný materiál jak do jaderných

  • reaktorů, tak do atomových bomb

  • (Nagasaki).



Plutonium

  • Sloučeniny plutonia se vyskytují v řadě

  • oxidačních stupňů +III až +VI, hlavně

  • však +IV (PuO2) nebo +VI (PuF6,

  • sloučeniny plutonylu PuO22+).

  • Sloučeniny plutonia jsou mimořádně jedovaté.



Titan, zirkonium, hafnium



1791 Gregor (farář z Cornwallu) rozložil

  • 1791 Gregor (farář z Cornwallu) rozložil

  • ilmenit (FeTiO3) a připravil přes síran

  • TiO2, postup se používá dosud

  • 1824-5 Berzelius připravil kovy titan

  • a zirkonium

  • 1922 Coster a Hevesy prokázali hafnium jako nový prvek



Titan – obsah 0,63 % (9.) v zemské kůře, hlavní minerály rutil TiO2 a ilmenit

  • Titan – obsah 0,63 % (9.) v zemské kůře, hlavní minerály rutil TiO2 a ilmenit

  • FeTiO3

  • Zirkonium – obsah 0,016 %, hlavní minerály zirkon ZrSiO4 a baddeleyit ZrO2

  • Hafnium – 1/50 obsahu zirkonia, vždy doprovází zirkonium v minerálech



Titan – rozklad rutilu nebo ilmenitu

  • Titan – rozklad rutilu nebo ilmenitu

  • koncentrovanou H2SO4, zředěním

  • vypadává TiO2

  • čistý titan se připravuje přes TiCl4,

  • přímou redukcí uhlíkem vznikají velmi

  • odolné karbidy



Krollova metoda

  • Krollova metoda

  • TiO2 + 2 Cl2 + C  TiCl4 + CO2

  • TiCl4 + 2 Mg  Ti + 2 MgCl2

  • Použití

  • Kov do slitin s velmi dobrými vlastnostmi

  • a poloviční hmotností proti slitinám

  • železa (kosmonautika, letecký průmysl

  • apod.)



Zirkonium

  • Zirkonium

  • výroba kovu minimální, pouze pro

  • speciální slitiny pro jadernou energetiku

  • Hafnium

  • nemá praktický význam



Všechny tři kovy jsou velmi reaktivní, ale

  • Všechny tři kovy jsou velmi reaktivní, ale

  • masivní kovy (i jejich slitiny) se pokrývají

  • vrstvou oxidů, která brání další oxidaci

  • Kovy za studena nereagují ani

  • s koncentrovanými kyselinami nebo

  • louhy. Za horka reaguje Ti

  • s koncentrovanou HCl, všechny kovy

  • se rozpouštějí až ve směsi HNO3 + HF.



Nejstálejší jsou sloučeniny s oxidačním

  • Nejstálejší jsou sloučeniny s oxidačním

  • číslem +IV, v roztoku jsou však částice

  • TiO2+ (titanyl) a ZrO2+ (zirkonyl)

  • u titanu lze připravit i titanité soli

  • s oxidačním číslem +III, které mají

  • velmi silné redukční vlastnosti a oxidují

  • se již vzdušným kyslíkem

  • (použití v titanometrii)



Oxid titaničitý TiO2 – bílý prášek

  • Oxid titaničitý TiO2 – bílý prášek

  • nejdůležitější sloučenina titanu, vyskytuje

  • se ve dvou hlavních modifikacích

  • Rutil – stabilní

  • Anatas – metastabilní, přechází na rutil

  • při ohřevu (nad cca 700 °C)

  • Brookit – pouze v přírodě, vznik

  • za speciálních podmínek



Anatas a rutil

  • Anatas a rutil

  • Podle podmínek přípravy a teploty tepelného

  • zpracování vykazují nanočástice TiO2

  • fotosenzitivní a hlavně fotokatalytické

  • vlastnosti

  • Použití

  • bílý pigment, plnidlo kaučuku, plastů

  • a papíru, nanočástice pro fotokatalytické

  • vrstvy



Z dalších sloučenin titanu má význam

  • Z dalších sloučenin titanu má význam

  • TiCl4, kapalina okamžitě hydrolyzující

  • i stopami vody

  • TiCl4 + 2 H2O  TiO2 + 4 HCl



Oxid zirkoničitý je velmi odolný jak

  • Oxid zirkoničitý je velmi odolný jak

  • tepelně, tak chemicky

  • Použití

  • Tavený oxid zirkoničitý (t.t. 2700 °C)

  • s oxidem hlinitým a oxidem křemičitým

  • se používá na nejexponovanější části

  • sklářských pecí



Vanad, niob, tantal



Vanad – obsah v zemské kůře na úrovni zinku, asi 60 minerálů (vanadičnanů), hlavní vanadinit Pb5Cl(VO4)3

  • Vanad – obsah v zemské kůře na úrovni zinku, asi 60 minerálů (vanadičnanů), hlavní vanadinit Pb5Cl(VO4)3

  • Niob a tantal – obsah nízký, hlavní minerály tantalit a kolumbit, prakticky vždy spolu



Konfigurace ns2(n-1)d3

  • Konfigurace ns2(n-1)d3

  • Kovy nemají (mimo malého množství

  • speciálních slitin) praktický význam

  • Pro vanad mají významné sloučeniny

  • oxidační číslo +IV (VCl4, VO2+ vanadyl)

  • a +V (oxid V2O5), u Nb a Ta je dominantní

  • oxidační číslo +V.



Nejdůležitější sloučeninou vanadu je oxid

  • Nejdůležitější sloučeninou vanadu je oxid

  • V2O5, žlutooranžový prášek

  • Ve velmi kyselém prostředí se rozpouští

  • za vzniku kationtu VO2+ , v neutrálních

  • a v zásaditých roztocích aniontu VO43-

  • (vanadičnanového) a polyvanadičnanů

  • Použití

  • velmi významný katalyzátor (výroba

  • H2SO4)



Z dalších sloučenin vanadu jsou významné

  • Z dalších sloučenin vanadu jsou významné

  • chlorid VCl4 (červenohnědá lehce

  • hydrolyzovatelná kapalina) a vanadičnany

  • (např. málo rozpustný (NH4)VO3)

  • Niob a tantal

  • hlavními sloučeninami jsou oxidy Nb2O5

  • a Ta2O5, sloučeniny („niobičnany

  • a tantaličnany“) jsou podvojné oxidy



Chrom, molybden, wolfram



Chrom – obsah v zemské kůře 0,02 %,

  • Chrom – obsah v zemské kůře 0,02 %,

  • hlavní minerál chromit FeCr2O4

  • Molybden – obsah nízký (1/100 Cr), hlavní minerál molybdenit MoS2

  • Wolfram – obsah obdobný Mo, hlavní

  • minerály wolframit (Fe,Mn)WO4 a scheelit

  • CaWO4



Konfigurace ns2(n-1)d4

  • Konfigurace ns2(n-1)d4

  • Pro chrom mají významné sloučeniny

  • oxidační číslo +III a +VI, omezeně i +II.

  • Pro Mo a W je dominantní oxidační číslo

  • +VI, omezeně +IV a +V.



Chrom

  • Chrom

  • Redukcí chromitu uhlíkem vzniká

  • ferochrom, který se přímo používá

  • pro výrobu nerezavějících ocelí

  • Tavením chromitu s NaOH vzniká

  • chroman, ze kterého se získávají

  • ostatní sloučeniny nebo elektrolyticky

  • čistý chrom.



Molybden

  • Molybden

  • Oxidací MoS2 vzniká MoO3, který se čistí

  • sublimací a na kov se redukuje vodíkem.

  • Wolfram

  • Redukcí uhlíkem se připravuje

  • ferowolfram, který se přímo používá

  • pro výrobu nástrojových ocelí.



Chrom

  • Chrom

  • Nerezové oceli, elektrolytické chromování

  • Molybden a wolfram

  • Speciální oceli (nástrojové, pancéře

  • apod.).



Chrom

  • Chrom

  • Sloučeniny +II mají mimořádné redukční

  • vlastnosti, oxidují se již vzdušným

  • kyslíkem (odstraňování stop kyslíku, CrCl2)

  • Sloučeniny +III s kationtem Cr3+ nebo

  • (hlavně) odpovídajícími komplexy

  • s koordinačním číslem 6, v kyselém

  • prostředí stabilní, Cr2O3 zelený pigment



Chrom

  • Chrom

  • Sloučeniny +IV

  • málo významné, pouze CrO2 vyráběný

  • speciálními postupy se používá jako

  • vynikající ferromagnetikum pro

  • záznamová media

  • (magnetofonové pásky)



Chrom

  • Chrom

  • Sloučeniny +VI mají silné oxidační

  • vlastnosti, zvláště v kyselém prostředí

  • (kyselina chromsírová).

  • Základními sloučeninami jsou žluté

  • chromany, např. Na2CrO4, nebo

  • oranžové dichromany K2Cr2O7.

  • Sloučeniny Cr+VI mají prokazatelně

  • karcinogenní účinky.



Molybden

  • Molybden

  • Nižší oxidační stavy Mo jsou nestabilní,

  • hlavní sloučeninou je slabě žlutý MoO3.

  • Charakteristickým rysem je tvorba

  • polymolybdenanů, např.

  • (NH4)6Mo7O24, solí heteropolykyselin,

  • např. (NH4)3PMo12O40 a molybdenových

  • modří a bronzů.



Vlastnosti sloučenin

  • Mo7O246- PMo12O403-



Molybdenové modři a bronzy

  • Molybdenové modři a bronzy

  • Redukcí molybdenanů nebo suspenze

  • MoO3 ve vodném prostředí (pH > 7) vznikají

  • intenzivně modré produkty MoO3-x, ve

  • kterých je přítomen v různých poměrech

  • MoVI a MoV

  • Obdobně redukcí vodíkem v přítomnosti

  • alkálií vznikají barevné bronzy MxMoO3

  • s elektrickou vodivostí jako kovy



Wolfram

  • Wolfram

  • Nižší oxidační stavy W jsou nestabilní,

  • hlavní sloučeninou je WO3.

  • Charakteristickým rysem je tvorba

  • polywolframanů podobných

  • polymolybdenanům a wolframových

  • bronzů MxWO3 (M = Li, Na, K) různých

  • barev (pigmenty, elektrotechnika)



Mangan, technecium, rhenium



Mangan – obsah v zemské kůře 0,1 %,

  • Mangan – obsah v zemské kůře 0,1 %,

  • hlavní minerály pyroluzit (burel MnO2 a

  • rhodochrozit MnCO3), třetí nejrozšířenější

  • přechodný kov

  • Technecium – radioaktivní

  • Rhenium – obsah mimořádně malý

  • (7 . 10-8 %), příměs v molybdenitu



Konfigurace ns2(n-1)d5

  • Konfigurace ns2(n-1)d5

  • Pro mangan existují sloučeniny

  • s oxidačními čísly –I až +VII, významné

  • sloučeniny jsou s +II, +IV, +VI a +VII

  • Pro Tc a Re je dominantní oxidační číslo

  • +VII



Mangan – redukcí surovin Mn a Fe

  • Mangan – redukcí surovin Mn a Fe

  • uhlíkem se vyrábí feromangan,

  • používaný v ocelářství

  • čistý mangan se připravuje

  • elektrolyticky ze síranu a dále

  • se zpracovává na další látky



Mangan

  • Mangan

  • Sloučeniny +II jako soli nebo kationt

  • [Mn(H2O)6]2+ (slabě růžový),

  • ve vodném kyselém prostředí

  • jsou stabilní, v zásaditém se oxidují již

  • vzdušným kyslíkem na Mn2O3 až MnO2



Mangan

  • Mangan

  • Sloučeniny +III oxidační stav +III se

  • vyskytuje v oxidu Mn3O4, který vzniká

  • zahříváním všech sloučenin Mn na vysoké

  • teploty a je formulován jako Mn+IIMn+III2O4

  • (struktura spinelu, viz dále)



Mangan

  • Mangan

  • Sloučeniny +IV nejrozšířenější sloučeninou

  • je MnO2 (burel, černohnědý prášek), který je

  • v neutrálním a alkalickém prostředí stabilní

  • V kyselém prostředí má MnO2 oxidační

  • vlastnosti

  • 2 MnO2 + 2 H2SO4 → 2 MnSO4 + O2 + 2 H2O

  • MnO2 + H2SO4 + H2O2 → MnSO4 + O2 + 2 H2O

  • MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O



Mangan

  • Mangan

  • Sloučeniny +VI vznikají mírnou redukcí

  • manganistanů v silně alkalickém prostředí

  • jako manganany zelené barvy (K2MnO4)

  • nebo tavením burelu s KOH a KNO3,

  • jsou meziproduktem při výrobě

  • manganistanů,

  • další redukcí přecházejí na MnO2



Mangan

  • Mangan

  • Sloučeniny +VII vznikají elektrolytickou

  • oxidací mangananů nebo disproporcionací

  • mangananů v neutrálním prostředí

  • 3 K2MnO4 + 2 H2SO4 → 2 KMnO4 + MnO2

  • + 2 K2SO4 + 2 H2O

  • Nejdůležitější sloučeninou Mn+VII je fialový

  • manganistan draselný KMnO4



Manganistan draselný KMnO4

  • Manganistan draselný KMnO4

  • má široké použití jako oxidační činidlo

  • v organické, anorganické a analytické

  • chemii

  • V kyselém prostředí jde oxidace na Mn2+

  • MnO4- + 5 Fe2+ + 8 H+ → Mn2+ + 5 Fe3+ + 4 H2O

  • v neutrálním a zásaditém na MnO2



Kyselina manganistá HMnO4

  • Kyselina manganistá HMnO4

  • silná kyselina, se silnými oxidačními

  • vlastnostmi, nestálá, aniont MnO4- má tvar

  • tetraedru, oxid Mn2O7 je velmi nestálý

  • Od Tc a Re jsou nejběžnějšími látkami

  • sloučeniny M+VII, oxidy Tc2O7 a Re2O7,

  • kyseliny HTcO4 a HReO4 a jejich soli

  • technecistany a rhenistany (stabilní

  • a pouze se slabými oxidačními vlastnostmi)



Železo, kobalt, nikl



Železo – obsah v zemské kůře 6,2 %,

  • Železo – obsah v zemské kůře 6,2 %,

  • čtvrtý nejrozšířenější prvek, nejrozšířenější

  • přechodný kov

  • hlavní minerály: hematit (krevel) Fe2O3,

  • magnetit Fe3O4, siderit FeCO3 a pyrit FeS2



Kobalt – obsah v zemské kůře 0,003 %,

  • Kobalt – obsah v zemské kůře 0,003 %,

  • až třicátý nejrozšířenější prvek,

  • hlavní minerály: kobaltin CoAsS a smaltin CoAs2

  • Nikl - obsah v zemské kůře 0,03 %,

  • hlavní minerál pentlandit (Fe,Ni)S



Konfigurace ns2(n-1)d6 až ns2(n-1)d8

  • Konfigurace ns2(n-1)d6 až ns2(n-1)d8

  • Typické kovy, čisté kovy značně reaktivní

  • (jemné železo je pyroforické),

  • Fe se oxiduje v prostředí O2 + H2O za

  • vzniku odlupující se vrstvy hydratovaných

  • oxidů (limonit), ale Co a Ni se potahují

  • odolnou tenkou oxidickou vrstvou,

  • podstatně odolnější jsou slitiny



Pro železo jsou typické sloučeniny

  • Pro železo jsou typické sloučeniny

  • s oxidačními čísly +II, +III a vzácnější +VI,

  • pro kobalt +II a +III (jen v komplexech)

  • a pro nikl +II

  • Pro všechny tři prvky jsou také velmi

  • významné komplexní sloučeniny, které

  • jsou pro železo a kobalt i biologicky velmi

  • důležité (hemoglobin, vitamin B12)



Železo

  • Železo

  • Redukcí magnetitu nebo hematitu uhlíkem

  • vzniká litina (obsah C kolem 4 %),

  • redukčními prostředky jsou CO a C

  • Fe2O3 + CO → 2 FeO + CO2

  • FeO + C → Fe + CO

  • Nežádoucí příměsi (hlavně SiO2) reagují

  • s přidávaným vápencem na strusku



Ocel

  • Ocel

  • Litina nemá pro většinu použití vhodné

  • vlastnosti a dále se zpracovává na ocel

  • (snížení obsahu uhlíku pod 1,5 %

  • a odstranění dalších příměsí) v ocelárnách

  • (oxidace uhlíku kyslíkem na CO,

  • odstranění P a S, přídavky legujících kovů)



Železo

  • Železo

  • Čisté železo se připravuje redukcí oxidů

  • vodíkem

  • Kobalt

  • Po pražení sulfidických rud se louží

  • kyselinou sírovou, často je součástí

  • polymetalických rud (Cu + Zn + Pb + Ag

  • + Ni + As), na závěr se redukuje uhlíkem



Nikl

  • Nikl

  • Většina niklu se vyrábí z pentlanditu

  • pražením a následnou redukcí uhlíkem.

  • Čistý nikl se připravuje Mondovým

  • procesem přes tetrakarbonyl niklu

  • (viz dříve)



Železo

  • Železo

  • Sloučeniny +II jako kationt [Fe(H2O)6]2+ jsou

  • v kyselém prostředí stabilní, v zásaditém

  • se oxidují již vzdušným kyslíkem na Fe3+.

  • FeO a Fe(OH)2 jsou málo stabilní

  • vůči oxidaci, ze solí jsou nejznámější

  • FeSO4 . 7 H2O (zelená skalice)

  • a (NH4)2Fe(SO4)2 . 6 H2O (Mohrova sůl)



Železo

  • Železo

  • Sloučeniny +III oxidační stav +III je

  • nejstabilnější, vyskytuje se v solích a

  • kationtu [Fe(H2O)6]3+ (pouze silně kyselé

  • prostředí), v kyselém prostředí mírné

  • oxidační vlastnosti, v mírně kyselém,

  • neutrálním a zásaditém stabilní jako

  • vysrážené oxyd – hydroxidy



Fe2O3

  • Fe2O3

  • velmi stabilní, vedle oxidu i celá řada

  • definovaných oxid-hydroxidů a

  • hydratovaných oxidů tvořících limonit

  • Fe3O4

  • spinelid složení FeIIFeIII2O4, velmi stabilní,

  • černý a magnetický magnetit, také součást

  • okují



Spinelidy

  • Spinelidy

  • podvojné oxidy obecného složení AB2O4,

  • kde A je kov MII (Fe2+, Mg2+, Zn2+, Mn2+)

  • a B je kov MIII (Fe3+, Al3+, Cr3+, Mn3+)

  • (ve spinelidech se nevyskytují Ca2+ani Ba2+,

  • protože jsou příliš velké)

  • Krychlová struktura, výrazně vyvinutá

  • izomorfie (zastupování) obdobně velkých

  • kationtů se stejným nábojem



Spinelidy

  • tetraedrické polohy MII

  • oktaedrické polohy MIII



Železany

  • Železany

  • Sloučeniny +VI vznikající oxidací alkalické

  • suspenze Fe2O3 chlorem, červený aniont

  • FeO42- je podobný síranovému, je poměrně

  • stabilní v alkalickém prostředí, v kyselém

  • se velmi rychle rozkládá

  • Železany jsou silnějšími oxidačními činidly

  • než manganistany



Kobalt

  • Kobalt

  • Sloučeniny +II jako kationt [Co(H2O)6]2+

  • jsou ve vodném kyselém prostředí stabilní,

  • v zásaditém prostředí se vylučuje Co(OH)2

  • Jednoduché soli CoII jsou také stabilní.

  • Sloučeniny +III jsou typické pro komplexy,

  • pokud vznikne komplex CoII, velmi

  • ochotně se oxiduje na CoIII



Nikl

  • Nikl

  • Sloučeniny +II jako kationt [Ni(H2O)6]2+

  • jsou ve vodném kyselém prostředí stabilní,

  • v zásaditém prostředí se vylučuje Ni(OH)2

  • Jednoduché soli NiII jsou stabilní.

  • V komplexech se vyskytují i další oxidační

  • čísla.

  • Nikl a jeho sloučeniny působí

  • karcinogenně na kůži (rozdíly v citlivosti)



Platinové kovy



Platinové kovy Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt

  • Platinové kovy Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt

  • zastoupení v zemské kůře velmi malé,

  • převážně se vyskytují spolu ve slitinách,

  • doprovázejí také rudy Ni a Cu



Konfigurace ns2(n-1)d6 až ns2(n-1)d8

  • Konfigurace ns2(n-1)d6 až ns2(n-1)d8

  • Typické kovy, čisté kovy velmi nereaktivní,

  • Ru, Rh, Os a Ir se nerozpouštějí v žádné

  • kyselině (ani v lučavce královské), lze je

  • na sloučeniny převést pouze alkalickým

  • tavením s Na2O2 (Rh i tavením s NaHSO4)

  • Jejich zpracování i dělení je velmi obtížné,

  • vyskytují se v řadě oxidačních stavů.



Nejvýznamnější z platinových kovů

  • Nejvýznamnější z platinových kovů

  • typická oxidační čísla +II a + IV,

  • nejběžnějšími sloučeninami jsou K2[PtCl4]

  • a H2[PtCl6] (produkt reakce Pt s lučavkou),

  • také řada významných komplexů jako léků

  • (na rakovinu), oxidy Pt jsou nestabilní

  • a za zvýšené teploty se rozkládají



Platina

  • Platina

  • katalyzátory (automobily, výroba NO z NH3,

  • další organické výroby)

  • čistá Pt nebo slitiny s dalšími platinovými kovy na tavicí kelímky (sklářství)

  • šperky, termočlánky, elektrody, kontakty

  • v elektronice



Ostatní platinové kovy

  • Ostatní platinové kovy

  • hlavně katalyzátory (automobily, organické výroby), dále speciální slitiny



Měď, stříbro, zlato



Všechny tři kovy se v přírodě vyskytují

  • Všechny tři kovy se v přírodě vyskytují

  • ryzí a začaly být používány pro směnu

  • (mince) a šperky již 5000 až 3000 př. n. l.

  • Kolem roku 3000 př. n. l. je doložena

  • hutní výroba mědi a stříbra z rud



Měď – obsah 0,007 % (68 ppm) v zemské kůře, hlavní minerály chalkopyrit CuFeS2, chalkozin Cu2S, kuprit Cu2O a malachit CuCO3 . Cu(OH)2

  • Měď – obsah 0,007 % (68 ppm) v zemské kůře, hlavní minerály chalkopyrit CuFeS2, chalkozin Cu2S, kuprit Cu2O a malachit CuCO3 . Cu(OH)2

  • Stříbro – obsah 0,08 ppm, hlavní minerál argentit Ag2S

  • Zlato – obsah pouze 0,004 ppm, v přírodě

  • hlavně ryzí



Konfigurace ns1(n-1)d10 odchylka

  • Konfigurace ns1(n-1)d10 odchylka

  • Pro měď mají významné sloučeniny

  • oxidační číslo +I a +II, pro stříbro +I

  • a pro zlato +I a +III

  • Všechny tři kovy jsou ušlechtilé, odolné

  • vůči korozi, zvláště zlato



Měď – rudy se pražením převádějí

  • Měď – rudy se pražením převádějí

  • na oxidy a ty se uhlíkem (koksem)

  • redukují na kov,

  • měď se čistí elektrolyticky

  • Stříbro – vedlejší produkt při zpracování

  • polymetalických rud Cu + Pb + Zn



Zlato – ruda se louží roztokem NaCN

  • Zlato – ruda se louží roztokem NaCN

  • 4 Au + 8 NaCN + 2 H2O + O2 →

  • 4 Na[Au(CN)2] + 4 NaOH

  • následně se zlato vyredukuje zinkem

  • Na[Au(CN)2] + Zn → Au + Na[Zn(CN)2]



Měď

  • Měď

  • Sloučeniny +I jsou méně stálé než +II,

  • kationt Cu+ lehce disproporciuje

  • 2 Cu+ → Cu0 + Cu2+

  • Významnou sloučeninou je červený Cu2O,

  • který je stabilní a vzniká redukcí

  • Fehlingova roztoku (alkalický roztok CuSO4

  • s vinany) aldehydickou skupinou (cukry)



Měď

  • Měď

  • Sloučeniny +II stabilní sloučeniny,

  • ve vodě kationt [Cu(H2O)6]2+, v solích různé

  • hydráty, např. [Cu(H2O)4]2+ v CuSO4 . 5 H2O

  • stabilní oxid CuO (černý prášek), soli

  • většiny kyselin, řada komplexů s různými

  • koordinačními čísly (hlavně 4 – planární

  • nebo tetraedr, 6 – oktaedr)



Stříbro

  • Stříbro

  • Sloučeniny +I nejstálejší oxidační číslo,

  • nejdůležitější solí AgNO3, dále nerozpustné

  • halogenidy AgCl, AgBr a AgI (fotografie)

  • Oxid Ag2O je málo stálý a teplem se

  • rozkládá, pro stříbro je typická afinita

  • k síře (černání stříbra), Ag2S je stabilní

  • a mimořádně nerozpustný



Zlato

  • Zlato

  • Sloučeniny +I málo stabilní

  • Sloučeniny +III stabilní, hlavně chlorid

  • a chlorokomplexy AuCl3 a H[AuCl4]

  • z lučavky královské

  • naopak oxid Au2O3 nevzniká reakcí Au

  • s kyslíkem, je málo stálý a rozkládá se

  • teplem, všechny sloučeniny se lehce

  • redukují na zlato



Měď – elektrotechnický průmysl, mincovní

  • Měď – elektrotechnický průmysl, mincovní

  • slitiny, technické slitiny (bronzy)

  • Stříbro – fotografický průmysl, užitkové

  • předměty, elektrotechnika, baterie

  • Zlato – mezinárodní obchod (platidlo),

  • šperky, elektrotechnika (kontakty), zubní

  • lékařství



Zinek, kadmium, rtuť



Zinek jako součást mosazi v dnešní

  • Zinek jako součást mosazi v dnešní

  • Palestině používán už kolem roku

  • 1000 př. n. l.

  • Kadmium objeveno až v roce 1817

  • Rtuť známa a vyráběna z rumělky již

  • kolem roku 500 př. n. l. a používána

  • pro amalgamaci kovů



Zinek – obsah 0,008 % (76 ppm) v zemské

  • Zinek – obsah 0,008 % (76 ppm) v zemské

  • kůře, hlavní minerály sfalerit ZnS

  • a smithsonit ZnCO3

  • Kadmium – obsah 0,16 ppm, doprovází

  • zinek

  • Rtuť – obsah pouze 0,08 ppm, v přírodě

  • hlavně minerál cinabarit (rumělka) HgS



Konfigurace ns2(n-1)d10

  • Konfigurace ns2(n-1)d10

  • Pro téměř všechny významné sloučeniny

  • oxidační číslo +II, pouze u rtuti i +I

  • U rtuti se však nejedná o kationt Hg+,

  • ale o kationt (Hg-Hg)2+ s kovalentní

  • vazbou mezi dvěma atomy rtuti



Zinek – rudy se pražením převádějí

  • Zinek – rudy se pražením převádějí

  • na oxidy, ty se uhlíkem (koksem)

  • redukují na kov a Zn se ve formě par odvádí

  • Kadmium – vedlejší produkt při výrobě zinku

  • Rtuť – pražení cinabaritu za přístupu

  • vzduchu a kondenzací par rtuti



Zinek

  • Zinek

  • Kyselé roztoky a často také sloučeniny

  • obsahují kationt [Zn(H2O)6]2+, přidáním

  • hydroxidů se vylučuje Zn(OH)2, který se

  • v přebytku hydroxidu rozpouští na

  • hydroxokomplexy [Zn(OH)4]2- (zinečnatany)

  • amfoterní chování

  • Zinek se v neoxidujících kyselinách

  • a louzích rozpouští za uvolňování H2.



Kadmium

  • Kadmium

  • obdoba sloučenin zinku

  • Na rozdíl od biogenního zinku je kadmium

  • velmi jedovaté



Rtuť

  • Rtuť

  • Sloučeniny +I málo stálé, významné pouze

  • Hg2(NO3)2 a Hg2Cl2 (kalomel), výrazný sklon

  • k disproporcionaci

  • Hg22+ → Hg0 + Hg2+

  • Všechny sloučeniny rtuti (mimo HgS) jsou

  • vysoce jedovaté



Rtuť

  • Rtuť

  • Sloučeniny +II jsou stabilní, ale lehce

  • redukovatelné

  • nejvýznamnější soli jsou Hg(NO3)2 a HgCl2,

  • přídavkem hydroxidů se vylučuje žlutý

  • HgO, opatrným tepelným rozkladem

  • Hg(NO3)2 vzniká červený HgO (liší se pouze

  • velikostí částic), velmi stabilní je HgS



Amalgamy

  • Slitiny rtuti a kovů (tekuté nebo tuhé)

  • se nazývají amalgamy, dříve se používaly

  • na izolaci zlata z rudy (amalgamace) a

  • zlacení, dodnes se využívají v zubním

  • lékařství (amalgamové plomby)



Zinek – technické slitiny (mosaz), zinkování

  • Zinek – technické slitiny (mosaz), zinkování

  • plechů, suché články

  • Kadmium – minimální použití, kadmiování

  • Rtuť – rtuťové elektrolyzéry pro výrobu

  • chloru, elektrotechnika, teploměry,

  • zubní lékařství



Katalog: sites -> default -> files
files -> O 'zsan oatq u rilish b an k
files -> Aqshning Xalqaro diniy erkinlik bo‘yicha komissiyasi (uscirf) Davlat Departamentidan alohida va
files -> Created by global oneness project
files -> МҲобт коди Маъмурий-ҳудудий объектнинг номи Маркази Маъмурий-ҳудудий объектнинг
files -> Last Name First Name Middle Initial Permit Number Year a-card First Issued
files -> Last Name First Name License Number
files -> Ausgabe 214 Freitag, 11. Mai 2012 37 Seiten Die Rennsaison 2012 ist wieder in vollem Gan
files -> Uchun ona tili, chet tili, tarix, jismoniy tarbiya fanlaridan yakuniy nazorat imtihon materiallari va metodik
files -> O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta maxsus ta’lim vazirligi farg’ona politexnika instituti
files -> Sequenced by Last Name

Download 0.61 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:




Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2020
ma'muriyatiga murojaat qiling