Chemický kroužek Datum přípravy: 8. 4. 2013 Datum výuky: 9. 4. 2013 Název: Přechodné kovy, Beketovova řada Lektor: Mgr. Tereza Krištofová
Teorie: Přechodné kovy přehled a elektrochemická řada kovů = Beketovova
Přechodné prvky - jsou prvky, u kterých se zaplňuje orbital d, vytváří přechod mezi s 2 a p1 prvky - charakteristika: d prvky jsou kovy = vytváří kovovou vazbu, které se účastní valenční e - d orbitalů, mají velkou hustotu, vysokou teplotu tání, výraznou pevnost v tahu (výjimka – Zn, Cd, Hg (II.B)) - oxidační čísla nelze určit z elektronové konfigurace – d elektrony mohou být využívány různě - většina prvků a jejich sloučenin jsou látky barevné (bez prázdných a úplně zaplněných d orbitalů) - oxidační čísla I, II – zásadotvorné prvky, III, IV – amfoterní, V a více – kyselinotvorné - za normálních podmínek jsou pevné (výjimka – Hg) - vytváří koordinační sloučeniny (tzv. komplexy) - jsou paramagnetické - výskyt: ve formě kyslíkatých sloučenin – od Sc po Fe - ve formě sulfidů – Co až Zn - v čisté formě – Ag, Au, Pt kovy: Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Os - výroba: redukcemi (pomocí C, CO, Al, Mg)
I.B – Cu, Ag, Au Měď: - výskyt: ryzí podoba, chalkopyrit (CuFeS2), malachit a azurit (uhličitany) - vzhled: načervenalý, měkký, kujný, ušlechtilý kov, s výbornou el. a tep. vodivostí, na vzduchu vrstva CuO, na vlhkém vzduchu vrstva měděnky – Cu(OH)2 . CuCO3
- využití: elektrotechnika, varné kotle (pivo), potrubí, střechy, slitiny – bronz (Cu + Sn), mosaz (Cu + Zn), zlatnictví (slitina s Ag, s Au), biogenní prvek (stopové množství - hemoglobin), modrá skalice – proti plísním, škůdcům, při galvanickém pokovování Stříbro: - výskyt: ryzí podoba vzácná, argentit (Ag 2S) - vzhled: stříbrolesklý, ušlechtilý, tažný kov, výborný vodič elektřiny, na vlhkém vzduchu černá (Ag2S) - využití: zlatnictví, galvanické pokovování – výroba zrcadel koloidní stříbro – dezinfekce, lékařství, klasická fotografie, AgNO3 – lápis (lékařství - bradavice) Zlato: - výskyt: v čisté podobě (zlatá horečka, kyanidový způsob (roztok KCN)) - vzhled: žlutý, kujný, velice tažný ušlechtilý kov - využití: zlatnictví (ryzost určována v karátech – 100% Au = 24 karátové), zubní náhrady, rozpustný v lučavce královské (HCl 3:1 HNO3), AuCl3 – barvení skla (rubínová červeň)
II.B – Zn, Cd, Hg Zinek: - výskyt: sfalerit (ZnS) - vzhled: stříbrolesklý, neušlechtilý, měkký kov, na povrchu vrstva ZnO - využití: galvanické pokovování, slitiny, součástí enzymů, ZnO – zinková běloba, zinkové masti, ZnSO4.7H2O – bílá skalice (impregnace dřeva, lékařství), Zn3P2 – fosfid zinečnatý (hubení hlodavců), Zn2+ sloučeniny rozpustné v H2O jsou jedovaté Kadmium: - výskyt: doprovází Zn – v jeho rudách - vzhled: stříbrolesklý, neušlechtilý, měkký kov, stálý na vzduchu - využití: pokovování (proti korozi lepší než Zn), CdS – kadmiová žluť, Cd je jedovaté, ekologicky nebezpečné Rtuť: - výskyt: v čisté podobě velice vzácně, HgS – rumělka (Španělsko, Slovinsko, Itálie) - vzhled: kapalný, velmi těkavý kov, stříbrolesklý - využití: teploměry, tlakoměry, amalgamové plomby (slitiny Ag, Cu, Zn), vakcína proti žloutenkám, barviva, HgCl2 – vysoce toxická látka užívaná jako dezinfekce, ochrana rostlin
III.B – Sc, Y Skandium: - výskyt: v nerostech společně s lanthanoidy (uranové rudy) - vzhled: stříbřitě bílý, neušlechtilý, měkký, lehký kov - využití: intenzivní zdroje světla, kosmonautika Yttrium:
- výskyt: v nerostech společně s lanthanoidy (uranové rudy) - vzhled: šedý, tvrdý, velmi vzácný - využití: sklo, keramika (proti teplotním šokům), luminofory barevných televizorů (červené záření)
IV.B – Ti, Zr, Hf Titan: - výskyt: TiO2 (rutil, anatas, brookit) - vzhled: stříbrolesklý, lehký kov, poměrně hojně zastoupený v zemské kůře (7. místo), odolný proti korozi, radioaktivnímu záření, výborně vede teplo i elektrický proud - využití: slitiny (dural – Al, Mg), šperkařství, lékařské nástroje, protézy, strojírenský průmysl – titanová ocel, těla letadel, kamery, fotoaparáty, TiO2 (prášek) – titanová běloba (bělení mléka, zubní pasty) Zirkonium: - výskyt: ZrO2 (minerál), ZnSiO4 (zirkón) - vzhled: stříbřitě bílý, celkem lehký, středně tvrdý kov, lze vybrousit do podoby diamantu (obdobný index lomu světla) - využití: šperkařství, keramická výroba, ZrO2 – synteticky vyráběný, podobný s diamantem Hafnium: - výskyt: doprovází minerály Zr - vzhled: šedý, tvrdý, vzácný kov, podobný Zr - využití: součást slitin (Nb, Ti, Ta) – na širší využití příliš malý výskyt
V.B – V, Nb, Ta Vanad: - výskyt: VS4 (patronit), vanadinit (složitý oxid vanadu), v ropě, v uhlí - vzhled: šedý, kujný kov, s vysokou teplotou tání - využití: katalyzátor chemick. reakcí, přídavek kvalitních ocelí (snižuje opotřtebení), biogenní prvek (nutný dodávat stravou) – nedostatek způsobuje anémii, chronická otrava – kožní problémy, průjmy, zvracení, mdloby Niob: - výskyt: kolumbit (minerál) - vzhled: šedý, kujný, vzácný prvek, na vzduchu modrá - využití: součástí ocelí a slitin – supravodivé Tantal: - výskyt: doprovází Nb (dříve považováno za Nb) - vzhled: šedý, tvrdý kov, velmi dobrý vodič el. energie a tepla - využití: elektrolytické kondenzátory (vrstva oxidu) v počítačích, v mobilech, implantáty (lebka)
VI.B – Cr, Mo, W, U Chrom: - výskyt: chromit (u nalezišť železa), malé množství v drahokamen (zbarvení do červena) - vzhled: světle bílý, lesklý, tvrdý, křehký, hojný kov (JAR), odolný vůči korozi - využití:chromování předmětu, chromová ocel, chromany – barviva textilií = rakovinotvorné, Cr2O3 – chromová zeleň Molybden: - výskyt: molybdenit (minerál) - vzhled: stříbrolesklý, křehký, vzácný kov, s vysokým bodem tání, odolný vůči kyselinám - využití: součástí ocele (zvýšení tvrdosti), výroba elektrod (součástí sloučenin – supravodivé), biogenní prvek – reguluje metabolismus železa, ovlivňuje tvrdost zubní skloviny, nedostatek Mo – anémie, impotence Wolfram: - výskyt: wolframit (minerál) - vzhled: stříbrolesklý, vysoký bod tání! – čím vyšší teplota, tím více září, vysoká hustota - využití: vlákna v žárovkách, slitiny (96%), karbidové vrtáky (velice tvrdé), projektily, součástí obrazovek (luminofor)
VII.B – Mn, Tc, Re Mangan: - výskyt: burel (MnO2) – dlouho považován za magnetovec - vzhled: stříbrolesklý, tvrdý, křehký kov, biologicky důležitý (enzymy), paramagnetický, výrazně elektropozitivní (nejvíce po s1, s2, Al) - využití: dříve na mytí starého masa, výroba slitin (feromangan Fe + Mn), výroba oceli (odstranění S a O) mangonometrie (stanovení redukujících látek), KMnO4 – dezinfekce (i potravin), keramika (glazury), nedostatek v potravě – cukrovku (obilniny, hrášek, špenát, olivy), přebytek v potravě – projevy Parkinsona Technecium: radioaktivní - nejlehčí prvek periodické soustavy, bez stabilního izotopu, výskyt pouze jako produkt radioaktivního rozpadu uranu Rhenium: - výskyt: zisk z molybdenových minerálů - vzhled: šedý, tvrdý kov, těžký kov, s vysokou teplotou tání – obtížně tavitelné, velmi vzácný - využití: není využíván – nedostupný
Triáda železa – Fe, Co, Ni Železo:
- výskyt: 4. nejrozšířenější prvek zemské kůry – magnetovec (Fe3O4 = železnato – železitý), krevel (Fe2O3), ocelek (FeCO3), pyrit (FeS2 – disulfid železnatý) - vzhled: šedý, lesklý, kujný kov, nepříliš tvrdý, feromagnetický, biogenní (součást hemoglobinu) - využití: nástroje (již od doby železné), barevný pigment (FeO – zelený, Fe2O3 – hnědý), strojírenství, slitiny, ocel – nerez (Fe + Cr + Ni + C) - koroze: pokrytí vrstvou Fe(OH)3 = antikorozní úprava – pokovování, nátěry - výroba oceli: zkujňování železa = odstraňování C, S, O, P oxidací - zušlechťování oceli: přidáváním příměsí – vznik slitin, povrchové úprav y Kobalt: - výskyt: v rudách niklu v podobě arsenidu - vzhled: namodralý, tvrdý (tvrdší než ocel), feromagnetický kov - využití: barvení skla, keramiky – kobaltová modř (Starověký Egypt), malé použití díky vysoké ceně (jako Ag), slitiny, ochrana proti korozi (pokovování) Nikl: - výskyt: nikelin, kobaltin, smaltin (minerály), v ryzí podobě v meteoritech - vzhled: bílý, lesklý, kujný, tažný, feromagnetický kov - využití: ochrana proti korozi (pokovování), slitiny – legování oceli (vylepšování vlastností přidáváním přísad, prvků), toxický prvek – teratogen, kožní alergie
Platinové kovy – Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt - charakteristika: roční produkce Pt kovů = 100 t, ušlechtilé, odolné, kujné, tažné kovy, vodivé elektricky i tepelně, mají výraznou hustotu, odolné vůči kyselinám - název platina = plata (Šp.) - stříbro - výskyt: vzácně v podobě ryzí (naleziště JAR) - využití: katalyzátory (při chemických reakcí), odolné chemické nádobí, lékařství (cytostatika), šperkařství
Beketovova řada
- kov = kovová vazba - kationty v krystalické mřížce + elektronový oblak - kov po vložení do roztoku s ionty = elektroda, kationty v mřížce snaha o přechod do roztoku, na rozhraní roztok – kov = elektrodový potenciál
- je neměřitelný = pouze ho jde srovnávat s jiným potenciálem = rozdíl dvou elektrod - základní elektroda = srovnávací je H elektroda Chemické reakce: pracovní postup -
Chemické pokusy: pracovní postup: a) porovnat chemickou reaktivitu kovů, zápis chemických reakcí, jejich vyčíslení, zápis oxidace a redukce (Na, Al, Zn, Fe, Pb, Cu, Ag, Au, Petriho misky, 15% HCl) b) porovnat chemickou reaktivitu práškové a kusové formy (Al alobal a prach, Zn kusový a prach, Fe prach a hřebík) c) najímat vznikající plyn a ověřit ho
