Přechodné kovy = prvky 3. – 11. skupiny Nemají zcela zaplněné d-orbitaly valenční vrstvy K tvorbě vazeb využity elektrony z valenční vrstvy (tj. el. konfigurace ns, (n-1)d, n=4-7) Velká rozmanitost oxidačních čísel, v některých komplexních sloučeninách i záporné hodnoty Většina sloučenin je barevná (absorpce světla) (ionty s plnými nebo prázdnými orbitaly jsou bb) Malé at. poloměry, vysoká hustota, vysoké tt a tv, tvrdost, pevnost, el. a tepelná vodivost
Výskyt a výroba Výskyt: Ryzí (Au, Ag, Pt, Cu,…) Ve sloučeninách – oxidy, sulfidy, halogenidy, uhličitany, sírany,…) Těžba energeticky náročná Výroba (předchází jí separace – tj. procesy zvyšující obsah kovu v surovině – př. plavení, sedimentace, chem. reakce) Tepelný rozklad Redukce (uhlíkem, vodíkem, metalotermicky) Elektrolýza (pro elektropozitivní kovy)
Nejvýznamnější kovy Chrom Nejtvrdší elementární kov Mimořádně nízká reaktivita a vysoká chemická odolnost Stálý na vzduchu – užití k pochromování Fe-předmětů Ferrochrom = slitina se železem (přidává se do ocelí – vys. tvrdost a odolnost proti korozi) – např. výroba lopatek turbín Slouč. v ox. stupni VI – karcinogenní Slouč. v ox. stupni III – neškodné (metabolismus cukrů)
Cr2O3 – zelený (pigment do vodovek), amfoterní Vzniká termickým rozkladem dichromanu Cr2O72 (NH4)2Cr2O7 → N2+Cr2O3+ 4 H2O (umělá sopka)
Cr(OH)3 – šedozelená srženina Amfoterní:
Cr(OH)3+ 3 HCl → CrCl3+ 3 H2O Cr(OH)3+NaOH → Na[Cr(OH)4]
Mangan Stříbrolesklý tvrdý kov Nejvýznamnější ruda - MnO2 = burel Nejelektropozitivnější po s-kovech a Al Nejvýzn. ox. čísla – II, IV, VII Užití – složka ocelí, slitin - např. dural (Mn, Mg, Cu, Al) KMnO4 – červenofialová krystalická látka dobře rozp. ve vedě Silné oxidační činidlo – desinfekční prostředek
(zdravotnictví, potravinářství, úprava pitné vody) Tepelným rozkladem vzniká kyslík
2KMnO4
K2MnO4 + MnO2 + O2
Triáda železa
Železo Nejvýznamnější přechodný kov Měkký, kujný, stříbrolesklý 4. nejrozšířenější prvek na Zemi (po O, Si a Al) Výskyt: Ryzí výjimečně (meteoritický původ) Rudy: hematit (krevel) Fe2O3
magnetit Fe3O4 (FeO.Fe2O3) limonit (hnědel) 2Fe2O3 . 3H2O pyrit FeS2 siderit (ocelek) FeCO3
hematit
magnetit
limonit
siderit
pyrit
Meteorické železo
Rozpustné ve zředěných roztocích kyselin (HCl, H2SO4 ) za vzniku vodíku Fe + H2SO4 H2 + FeSO4 V koncentrované H2SO4
2Fe + 6H2SO4 (konc.)
Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
V kyselině dusičné se pasivuje
VÝROBA: ve vysokých pecích redukcí rudy koksem
VSÁZKA = Fe-ruda + koks + vápenec (struskotvorná přísada) Kolem 900°C dochází k difúzi C do železa – snižuje tt železa (nejnižší při 4,3% Fe) NÍSTĚJ = spodní část pece – shromažďuje se zde surové železo Na povrchu surového železa je vrstva STRUSKY (obsahuje SiO2, CaO) – chrání surové železo před zpětnou oxidací ODPICH = vypouštění surového železa a strusky
Surové Fe Obsahuje hodně příměsí (C, Si, Mn, P,….) Je křehké (dáno obsahem C) s vysokým obsahem C = LITINA, většina se ale
zpracovává na OCEL (snížení obsahu C pod 2%)
Výroba oceli V konvertorech – příměsové prvky v surovém Fe jsou oxidovány vháněným vzduchem na oxidy, které se buď váží na vyzdívku konvertoru (SiO2) nebo unikají (CO2) V nístějových pecích – zahřívány elektricky, k surovému Fe se přidá Fe-ruda, směs se taví, příměsové prvky se oxidují kyslíkem vázaným v oxidech Fe
Úprava vlastností oceli Tepelným zpracováním Kalení – zahřátí a prudké ochlazení oceli – vznik velmi tvrdé, ale křehké oceli Popouštění – zahřátí a pomalé ochlazení oceli – tvrdá a pružná ocel
Legováním (přísadami) – např. pružinová ocel (Mn, Cr), nerezová ocel (Cr, Ni), vanadová ocel (V) Povrchovou úpravou – vyhlazení povrchu, leštění
Největší výrobci oceli (Statistické údaje 2003 podle Handelsblat Die Welt in Zahlen 2005) Pořadí
Země
Mil.t/rok Pořadí
Země
Mil.t/rok
1
Čína
220,1
10
Itálie
26,7
2
Japonsko 110,5
11
Francie
19,8
3
USA
90,4
12
Taiwan
18,9
4
Rusko
62,7
13
Turecko
18,3
5
Jižní Korea
46,3
14
Španělsko 16,5
6
Německo 44,8
15
Kanada
15,9
7
Ukrajina
36,9
16
Mexiko
15,2
8
Indie
31,8
17
Anglie
13,3
9
Brazílie
31,1
18
Belgie
11,1
V ČR bylo v roce 2003 vyrobeno 6,7 mil. t surové oceli.
Sloučeniny Fe Především ox. čísla II, III (stabilnější – konfigurace d5) Fe2+ - zelená barva barvení pivních lahví Fe3+ - hnědá barva Železnaté soli jsou dobře rozpustné ve vodě, většinou jsou bezbarvé až světle zelené a snadno se oxidují na železité sloučeniny.
FeO Černý prášek, vzniká jako meziprodukt při výrobě Fe Při vyšších teplotách (nad 575°C) disproporcionuje 4FeO
Fe + Fe3O4
FeSO4 Vzniká reakcí Fe s H2SO4 Z vodného roztoku krystalizuje jako heptahydrát = zelená skalice Užití: výroba inkoustu, hubení plevele, ochrana dřeva proti hnilobě
K3[FeIII(CN)6] – červená krevní sůl Jedovatá (CN- jsou vázány slabě)
2K3[FeIII(CN)6] + 3FeSO4
3K2SO4 + FeII3[FeIII(CN)6]2 berlínská modř K4[FeII(CN)6]. 3H2O – žlutá krevní sůl Stabilní
3K4[FeII(CN)6] + 4FeCl3
12KCl + FeIII4[FeII(CN)6]3 Turnbullova modř
Fe(CO)5 Kapalný, velmi jedovatý, výbušný Výroba velmi čistého železa
Kobalt Modrý kov, málo reaktivní Odolnější vůči korozi než Fe Součást vit. B12 (kobalamin) – nejčastěji se izoluje ze syrových jater) Významný pro krvetvorbu, nervový systém, tvorbu bun. membrán Nedostatek – anémie, onemocnění nerv. soustavy, porucha růstu Výroba tvrdých slitin (speciální oceli – výr. obráběcích strojů), barvení skla (CoO – modré sklo)
Nikl
7. nejrozšířenější prvek na Zemi Výskyt: ryzí i ve sloučeninách Stříbrolesklý, kujný, tažný, za lab. teploty nereaktivní Vůči HNO3 se pasivuje Užití: Odolný proti působení hydroxidů alk. kovů – výroba zařízení na výrobu NaOH Výroba akumulátorů Galvanické pokovení Katalyzátor při ztužování tuků Výroba slitin a ocelí (Monelův kov = 68%Ni, 32%Cu – velmi odolný – zařízení pro práci s F2) NiO – zelené sklo
Platinové kovy
Ru, Rh, Pd – lehké platinové kovy Os, Ir Pt – těžké platinové kovy
Obtížně tavitelné, odolné vůči kyselinám Ruthenium a osmium připomínají svými sloučeninami železo, rhodium a iridium kobalt Vyskytují se téměř vždy společně Užití: slitiny a katalyzátory
Platina Kujná, tažná, v přírodě téměř vždy ryzí Užití: katalyzátory syntéz
výroba šperků výroba chem. náčiní – odolné vůči chemikáliím (Pt-kelímky, drátky pro plamenové zkoušky,…)
Měď Měkký, načervenalý kov Dobrá vodivost – výroba el. vodičů Výskyt: převážně ve sloučeninách chalkopyrit CuFeS2
• kuprit Cu2O
vzácně ryzí
Biogenní prvek, nedostatek způsobuje anémii Slitiny: mosaz (Cu, Zn)
bronz (Cu, Sn)
dural
Ušlechtilý kov – reaguje jen s oxidujícími kyselinami (konc. H2SO4, HNO3)
Cu + 4HNO3 Cu + 2H2SO4
Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O CuSO4 + SO2 + 2H2O
Stálá, na vzduchu se potahuje měděnkou CuCO3.Cu(OH)2
Sloučeniny nejstabilnější v ox. stupni II, často také I
CuSO4.5H2O – skalice modrá Vzniká reakcí Cu s konc. kys. sírovou Bezvodý síran je bílý Užití: příprava měďnatých sloučenin součást fungicidních přípravků v zemědělství Cu(OH)2 Světle modrá sraženina Příprava: srážení měďnatých solí alkalickým hydroxidem
Stříbro Bílý, lesklý kov, tažný, kujný, nejlepší vodič tepla a proudu V přírodě vzácně ryzí, častěji ve sloučeninách argentit Ag2S
Získává se jako vedlejší produkt při výrobě Cu, Pb, Zn (doprovází jejich rudy) Užití: výroba zrcadel, mincí, šperků
elektrotechnika výroba fotograf. materiálů, CD, DVD příprava zubního amalgámu (slouč. s Hg) katalyzátor
Nejstabilnější sloučeniny v ox. č. I Reaguje pouze s oxidujícími kyselinami (viz. reakce Cu)
AgNO3 Nejvýzn. sloučenina (příprava ostatních sloučeniny Ag) Bílá krystalická látka, dobře rozp. ve vodě V lékařství = lapis (kamínek určený k naleptávání a odstraňování některých kožních útvarů, vyroben z dusičnanu stříbrného)
AgCl, AgBr, AgI Citlivé na světlo – rozklad za vyloučení kovového stříbra (užití ve fotografii) Čím více světla na vrstvu dopadne, tím víc Ag se vyloučí Odstraní se nezreagovaná sloučenina – vzniká negativ
Zlato Měkký, žlutý kov, z kovů 11. skupiny je nejméně reaktivní, vynikající vodič Odolný vůči kyselinám i hydroxidům (rozpouští se v lučavce královské) Výskyt: především ryzí (těžba především rýžováním a z hornin chudých na zlato – převod na amalgám) Užití: slitiny k výrobě šperků (zvýšení tvrdosti přídavkem stříbra) zubní lékařství Ryzost se udává v karátech – čisté zlato má 24 karátů (ve šperkařství nejčastěji 14-ti karátové)
Sloučeniny před. v ox. st. III (také I)
AuCl3 Vzniká rozpouštěním zlata v lučavce královské Užití: výroba Cassiova purpuru (jemně rozptýlené Au v kyselině cíničité) – barvení skla rubínově červeně
12. skupina Zcela zaplněny d-orbitaly Podobné vlastnosti jako ostatní d-kovy Poměrně nízké tt
zinek
kadmium
rtuť
Zinek V přírodě jen ve sloučeninách
ZnS = sfalerit
ZnO = zinkit
Výroba – 3 kroky:
1) převod ZnS na oxid pražením
2ZnS + 3O2
2ZnO + 2SO2
2) reakce se zřed. H2SO4 ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2O 3) elektrolýza síranu
Vlastnosti Biogenní prvek – součást mnoha enzymů Neušlechtilý kov – reaguje i s neoxidujícími kyselinami Zn + zřed. H2SO4 ZnSO4 + H2
Zn + konc. 2H2SO4
ZnSO4 + SO2 + H2O
Amfoterní – reaguje i s roztoky hydroxidů Zn + 2NaOH + 2H2O Na2 [Zn(OH)4] + H2
Užití: Galvanické pokovování (pozinkovaný plech), výroba slitin (mosaz), redukční činidlo
Sloučeniny ZnO bílý prášek (pigment zinková běloba) Amfoterní: ZnO + 2HCl ZnCl2 + H2O ZnO + 2NaOH + H2O Na2[Zn(OH)4] ZnSO4.7H2O (bílá skalice) Vzniká rozpouštěním Zn nebo ZnO v H2SO4
Pozn.: rozpustné zinečnaté sloučeniny jsou jedovaté!
Kadmium Výskyt: příměs v rudách zinku Neušlechtilý kov, reaguje i s neoxidujícími kyselinami (vývoj H2) Stříbrolesklý Sloučeniny kademnaté jsou mimořádně toxické (v lidském těle se hromadí v ledvinách a játrech, dochází k jejich selhání a nahrazení zinku v enzymech – narušení metabolismu)
CdS Žlutý prášek (pigment kadmiová žluť)
Rtuť Za lab. podmínek lesklá kapalina, velmi těkavá Ušlechtilý kov Ruda – rumělka HgS Páry a sloučeniny jsou jedovaté (příznaky otravy – slinění, červenání dásní, uvolňování zubů, křeče, nervové poruchy) Reaguje jen s oxidujícími kyselinami S některými kovy tvoří slitiny = AMALGÁMY (s Na, Ag, Au, Cu, Zn, Cd) Neslévá se s Fe, Co, Ni
Naleziště rtuti
Užití Náplně teploměrů
Příprava amalgámů Zubní lékařství Hg+ Ag Likvidace Hg posypáním Zn
nebo S – amalgám se snadno odstraní
Sloučeniny Rtuťné (Hg2I)2+ Dimerní, ionty spojené kovalentní vazbou Např. Hg2Cl2 – kalomel - projímavé účinky (v lékařství se již nepoužívá, může být znečištěn HgCl2) Rtuťnaté HgII Např. HgCl2 – sublimát - prudký jed (smrt. dávka 20mg/kg), teratogenní Nejjedovatější jsou organokovové slouč. – před. dimethylrtuť CH3-Hg-CH3 (smrt. dávka pro dospělého člověka je 0,1 ml)
