TREDNÁ ODBORNÁ ŠKOLA STRÁŽSKE UČEBNÉ MATERIÁLY. k predmetu CHÉMIA pre 2. ročník SOŠ v Strážskom, študijný odbor prevádzka a ekonomika dopravy

TREDNÁ ODBORNÁ ŠKOLA STRÁŽSKE

UČEBNÉ MATERIÁLY k predmetu CHÉMIA pre 2. ročník SOŠ v Strážskom, študijný odbor 3760 00 prevádzka a ekonomika dopravy

Operačný program: Vzdelávanie Programové obdobie: 2007-2013 Prijímateľ: Stredná odborná škola, Mierová 727, Strážske Názov projektu: „ Moderná škola – cesta ku kvalitnému vzdelávaniu, kvalita vo vzdelávaní, úspech naši absolventov na trhu práce“ Kód ITMS projektu: 26110130595 Číslo a názov pozície: 3.1.34 Metodik pre prípravu a tvorbu učebných materiálov pre žiakov v predmete Chémia Spracoval: Mgr. Anton KRÁLIK "Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ "

1

OBSAH 1 Prvky a ich zlúčeniny ............................................................................................................ 3 1.1 Dôležité prvky a ich zlúčeniny ......................................................................................... 3 1.1.1 Voda a jej vlastnosti ................................................................................................... 3 1.1.3Vplyv zlúčenín na životné prostredie ......................................................................... 8 1.2 Vodík ................................................................................................................................ 9 1.4 Ďalšie prvky a zlúčeniny ................................................................................................ 12 1.5 Uhlík ............................................................................................................................... 13 1.6 Dusík ............................................................................................................................... 14 1.6.1 Výhody hustenia pneumatík dusíkom ...................................................................... 15 1.7 Uhličitany a dusičnany ................................................................................................... 15 1.8 Hliník a jeho využitie ..................................................................................................... 16 1.9 Meď a jej využitie ........................................................................................................... 17 1.10 Železo ........................................................................................................................... 19 1.11 Zlato .............................................................................................................................. 20 1.12 Striebro ......................................................................................................................... 20 1.13 Využitie zlata a striebra ................................................................................................ 21 1.14 Cín ................................................................................................................................ 24 1.15 Horčík ........................................................................................................................... 26 1.16 Moderné zliatiny a ich využitie v automobiloch .......................................................... 27 1.16.1 Hliníkové zliatiny................................................................................................... 27 1.16.2 Horčíkové zliatiny .................................................................................................. 28 1.16.3 Od dreva po uhlíkové vlákna ................................................................................. 29 1.17 Korózia kovov .............................................................................................................. 30 Zoznam použitej literatúry .................................................................................................... 31

"Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ "

2

1 Prvky a ich zlúčeniny 1.1 Dôležité prvky a ich zlúčeniny Látka - jedna z foriem existencie hmoty - má určitú hmotnosť, - zaberá určitý priestor - skladá sa z častíc (atómov, iónov, molekúl) - má fyzikálne (farba, teplota, tlak, hmotnosť, hustota, elektrická a tepelná vodivosť, skupenstvo, rádioaktivitu) a chemické vlastnosti (horľavosť, výbušnosť, rozpustnosť, kyslosť, zásaditosť, jedovatosť, reaktivita) skupenstvá: plynné ( para) kvapalné (voda) tuhé (ľad) plazma – vzniká pri vysokých teplotách alebo v silných elektrických poliach, je takmer dokonalý vodič, navonok neutrálna, ionizovaný plyn prírodná látka - Chemicky čisté látky Zmesi Chemicky čistá látka (chemické indivíduum) – je vytvorená z rovnakých častíc (atómov, molekúl, skupín iónov) a má stále charakteristické vlastnosti (napr. teplotu topenia, teplotu varu, hustotu). Prvok – chemicky čistá latka tvorená z atómov s rovnakým protónovým číslom. Atómy prvkov môžu byť voľné (napr. He), viazané v molekulách (Cl2) alebo v kryštalickej štruktúre (uhlík v diamante). Zlúčenina – je chemicky čistá látka vytvorená rovnakými molekulami zlúčenými z dvoch alebo viacerých atómov rôznych prvkov (napr. CO2) alebo je vytvorená z iónov viazaných v kryštalickej štruktúre (napr. NaCl). Zmes - je sústava zložená z niekoľkých rôznych chemicky čistých látok (z rôznych druhov častíc). 1.1.1 Voda a jej vlastnosti Množstvo a rôznosť použití vody sú dôsledkom jej možností. Je výborným rozpúšťadlom pre širokú paletu látok, má relatívne vysokú teplotu varu a teplotu topenia. Navyše, voda má veľkú tepelnú kapacitu. Voda je tak všadeprítomná, že sa stala štandardom pre mnohé jednotky modernej vedy, zahrňujúc Celziovu teplotnú stupnicu, kilogram a kalóriu. Avšak fyzikálne možnosti vody sú dosť zvláštne, ale sme veľmi šťastní, že sú také. Keby bola voda konvenčnejšou látkou, boli by sme úplne inými tvormi. Táto najbežnejšia kvapalina je plná prekvapení. Napríklad, je prekvapujúce, že voda je kvapalina, a nie plyn pri izbovej teplote (okolo 25 °C ) a tlaku 1 atm. Relatívna molekulová hmotnosť vody je 18,0 a skoro všetky látky s vyššou relatívnou molekulovou hmotnosťou sú plyny za týchto podmienok. Uvažujme 3 bežné atmosferické plyny: dusík má Mr = 28, kyslík 32 a oxid uhličitý 44. Všetky


3

majú Mr vyššiu ako voda, a napriek tomu ich dýchame, a nie pijeme. Nielenže je voda kvapalinou za týchto podmienok, ale má anomálne vysokú teplotu varu ( tv = 100°C ). Táto teplota je jedným z určujúcich bodov Celziovej teplotnej stupnice. Druhým je teplota topenia alebo teplota zamŕzania vody (tt = 0 °C ). A keď voda mrzne, prejavuje sa ďalšia bizarná vlastnosť - expanduje. Iné kvapaliny sa kontrahujú, keď tuhnú. Tieto a ďalšie nezvyčajné vlastnosti vyplývajú z chemického zloženia a molekulovej štruktúry vody. Zloženie vody je známe prakticky každému. Vzorec vody, H2o, je svetovo najrozšírenejšia chemická informácia. Molekulová štruktúra Elementárne zloženie chemickej zlúčeniny je len jedným z faktorov ovplyvňujúcich chemické a fyzikálne vlastnosti látky. Iný dôležitý faktor je molekulová štruktúra. Voda je kovalentná zlúčenina. Atóm kyslíka je centrálny v lomenej molekule, viazaný s atómami vodíka kovalentnými väzbami. Väzby zvierajú uhol 105°. Každá z dvoch jednoduchých väzieb pozostáva z jedného páru spoločných elektrónov. Atóm kyslíka púta elektrónový pár silnejšie ako atóm vodíka, lebo má vyššiu elektronegativitru ako vodík. Elektronegativita je mierou schopnosti atómu pútať (priťahovať) elektróny, ktoré tvoria kovalentnú väzbu. Nerovnomerné rozdelenie dáva kyslíku na konci väzby čiastkový záporný náboj. Pretože väzba má opačne nabité konce (póly), hovoríme o polárnejkovalentnej väzbe. Čím vyšší je rozdiel elektronegativít prvkov tvoriacich väzbu , tým je polárnejšia. Veľa jedinečných vlastností vody je dôsledkom tvaru jej molekuly a polarity jej väzieb. Teraz uvažujme, čo sa stane, keď sa priblížia dve molekuly vody k sebe. Vďaka priťahovaniu opačných nábojov, jeden z kladne nabitých vodíkových atómov jednej molekuly bude priťahovaný ku jednému z krajných negatívnych nábojov spájajúcich sa s neväzbovými elektrónovými pármi druhej molekuly. To je príklad intermolekulárneho (medzimolekulového) pôsobenia medzi molekulami. Každý z dvoch vodíkových atómov v molekule môže priťahovať elektrónový pár z inej molekuly. Takto teda jednoduchá molekula vody môže súčasne viazať až 4 iné: Vodíková väzba a jej súvislosť s fyzikálnymi vlastnosťami vody Toto priťahovanie medzi molekulami vody sa nazýva vodíkové väzby. Sú asi 10-krát slabšie ako kovalentné intramolekulové (vnútromolekulové) väzby, ktoré spájajú atómy dokopy na molekulu. Napriek tomu, ako intermolekulové (medzimolekulové) sily sú vodíkové väzby dosť silné. Ich sila sa prejavuje v relatívne vysokej teplote varu vody (100 °C) a v obrovskom množstve energie potrebnom na premenu kvapalnej vody na paru (540 cal / g alebo 9720 cal / mol ). Aby voda zovrela, molekuly vody sa musia oddeliť z ich relatívne tesného kontaktu v kvapalnom stave a premeniť sa na plynné skupenstvo, kedy sú


4

jednotlivé molekuly od seba omnoho ďalej. Inými slovami, ich intermolekulové vodíkové väzby musia byť prekonané. Keby boli vodíkové väzby vo vode slabšie, voda by mala o veľa nižšiu teplotu varu a na jej var by bolo potrebné menšie množstvo energie. Keby sa vo vode vôbec nenachádzali vodíkové väzby, vrela by pri teplote asi -75 °C, čo by bolo pre život nepríjemné, ak nie nemožné! Mali by sme si uvedomiť, že v našom tele pri relatívne konštantnej teplote 37 °C je asi 60 % vody. Vďaka vodíkovej väzbe väčšina vody v našom tele, či v bunkách, krvi alebo iných telových tekutinách, je v kvapalnom stave, dosť nízko od bodu varu. Bez vodíkovej väzby "by sme boli plynom"!

Vodíkové väzby rovnako vysvetľujú, prečo ľadové kryhy a ľadovce plávajú na vode. Ľadový kryštál je pravidelné usporiadanie, v ktorom každá molekula vody je vodíkovo spojená so štyroma inými. Na obrázku je vodíkovo spojená kryštálová mriežka ľadu, forma tuhej vody Ľad má menšiu hustotu ako kvapalná voda! Všimnite si skutočnosť, že model obsahuje pomerne veľa "prázdneho priestoru" vo forme 6-uholníkov. Keď sa ľad topí, táto pravidelná štruktúra sa poruší, hoci dosť vodíkových väzieb sa udrží. Pri topení samostatná molekula vody môže vstúpiť do otvorených 6uholníkov. Ako výsledok sú molekuly vody v kvapalnom stave priemerne bližšie usporiadané ako v pevnom stave. Pre veľkú väčšinu látok má tuhý stav väčšiu hustotu ako kvapalný. Skutočnosť, že "voda sa správa opačne", znamená, že jazerá zamŕzajú zvrchu, nie odspodu. Toto naruby obrátené správanie je užitočné pre vodné rastliny, ryby a korčuliarov. Na druhej strane skutočnosť, že voda pri zamŕzaní expanduje, nie je výhodná pre ľudí, ktorým vodné potrubia a radiátory zamrznú a prasknú. Voda ako rozpúšťadlo Mnoho využití vody sa zakladá na skutočnosti, že voda je výborným rozpúšťadlom pre širokú paletu látok.


5

Vďaka svojej molekulovej štruktúre voda rozpúšťa toľko rôznych látok, že ju často pokladáme za univerzálne rozpúšťadlo. Rozpúšťacia schopnosť vody je nevyhnutná na prípravu takých nápojov ako je čaj alebo káva. Horúca voda rozpúšťa aromatické šťavy obsiahnuté v pražených kávových zrnkách a čajových listoch. Rozpúšťa sa v nej aj cukor (pevná rozpúšťaná látka) a smotana (kvapalná rozpúšťaná látka). V nápoji sa tieto látky štiepia na ióny a molekuly, ktoré sa po čase rozptýlia rovnomerne po celom objeme rozpúšťadla. Ak chceme rozpúšťanie urýchliť, musíme nápoj miešať. Ak kávu pripravujeme z tvrdej vody, ktorá obsahuje vápenaté, horečnaté a hydrogénuhličitanové ióny, môže sa na hladine nápoja vytvoriť usadenina, ktorá sa dá ľahko odstrániť pridaním slabej kyseliny, napr. citrónovej šťavy. Usadenina je tvorená prevažne kryštálmi uhličitanu vápenatého, ktorý sa v kyslom prostredí ľahko rozpúšťa. V podstate všetka voda, ktorú konzumujeme, je vo forme roztokov: nealkoholické nápoje, káva, čaj a dokonca aj voda z vodovodu. Sladká a slaná voda sú príkladmi 2 hlavných tried vodných roztokov. Významný rozdiel medzi nimi je v elektrickej vodivosti. Slaná voda vedie elektrický prúd, kým čistá voda, ani sladká voda nevedú elektrinu. Voda rozpúšťa a transportuje minerály a živiny nevyhnutné pre rast a vývin rastlín, taktiež krv a iné telové tekutiny sú vodnými roztokmi biologicky dôležitých látok. Vo vode sú rozpustené aj plyny Počas zohrievania vody z vodovodu alebo minerálnej vody sa bublinky uvoľňujú skôr ako voda vrie. V niektorých minerálnych vodách je rozpustené veľké množstvo oxidu uhličitého. Aj vo vode z vodovodu, riek a jazier sú rozpustené plyny zo vzduchu. Pre život vo vode je mimoriadne dôležitý kyslík. Kyseliny reagujú s vodou Skúška vodivosti vodného roztoku kyseliny citrónovej potvrdila, že roztok vedie elektrický prúd. (Tavenina kyseliny citrónovej prúd nevedie.) V tomto prípade sa roztok kyseliny správa ako roztok soli. Vodivosť elektrického prúdu v roztokoch solí spôsobujú voľne sa pohybujúce ióny, preto ióny musia byť prítomné aj v roztoku kyseliny. (Kryštál kyseliny citrónovej nie je zložený z iónov ako kryštál soli. Elektrický prúd nevedú ani kyseliny, ktoré neobsahujú vodu, napr. stopercentná kyselina octová. Tá sa vodivou stane až po zmiešaní s vodou.) Z pokusov teda vyplýva, že pre kyseliny nie je voda iba rozpúšťadlom, ale kyseliny reagujú s vodou. Počas reakcie vznikajú ióny. Všetky roztoky kyselín obsahujú oxóniové katióny H3O+ a anióny kyseliny, napr.: HCl + H2O ---------> H3O+ + ClHNO3 + H2O ------> H3O+ + NO3Vodné roztoky kyselí sú kyslé. Indikátory sa v nich charakteristicky sfarbujú. Aj zásady reagujú s vodou a zásaditú reakciu roztoku spôsobujú hydroxidové ióny OH-.


6

Voda je produkt horenia V chladných dňoch sa za výfukmi áut tvoria biele obláčiky hmly. Ak v laboratóriu horí veľa plynových kahanov, zarosia sa niekedy okenné tabule. Znamená to, že v plameni kahana a vo výfukových plynoch sa tvorí vodná para. V chladnom vzduchu alebo na chladnej okennej tabuli kondenzuje na kvapky vody. Aj počas horenia zemného plynu vzniká voda: CH4 + 2 O2 -------> 2 H2O + CO2

1.1.2 Chlorid sodný Soľ alebo zlúčenina medzi základné riadne keďže chlorid samo vyrobiť. funguje ako

chlorid sodný je chemická kryštalického typu. Patrí živiny nevyhnutné pre fungovanie organizmu, sodný si ľudské telo nevie Soľ prítomná v potravinách ochrana pred mikroorganizmami (konzervant). Soľ odsáva z buniek mikroorganizmov vodu a tým ich zabíja. Podobným systémom soľ reguluje množstvo vody v organizme. V tele tiež pomáha regulovať množstvo krvi a tým krvný tlak. Vedci majú už mnoho rokov protichodné názory na optimálne množstvo soli, ktoré by malo byť prijaté vo forme stravy. Všeobecné tvrdenia hovoria vynechať soľ z jedálneho lístka v čo najväčšej možnej miere. Faktom však ostáva, že nedostatok soli môže pôsobiť negatívne rovnako, ako jej prebytok. Dôležitý nie je len príjem sodíka, ale predovšetkým pomer prijatého sodíka a draslíka. Problémy môžu nastať ani nie tak prebytkom sodíka, ako nevyváženou hladinou týchto dvoch prvkov. Vyvážiť takúto často krát extrémnu koncentráciu soli môžu potraviny bohaté na spomínaný draslík. Je to predovšetkým zelenina a ovocie. Ich pridaním k jedlu sa zriedi pomer soli. Taktiež je to starý osvedčený liečebný prostriedok pri výskyte množstva rôznych ochorení. Liečba v soľnej mikroklíme sa prevádza po celé stáročia, už starovekí Egypťania, Gréci a Rimania poznali prednosti soli a vnímali ju ako všestranný medikament. Kamenná soľ a morská soľ Kamenná soľ sa získava banským spôsobom, upravuje sa drvením a mletím, obsahuje anorganické soli, ktoré sa vyskytujú prirodzene v ložisku. Kamenná soľ sa skladá z priesvitných kryštálov. Kamenná soľ je predovšetkým prostriedkom energetickej očisty. Prečisťuje atmosféru od prítomnosti negatívnych energií rôzneho druhu. Takto pomáha zlepšiť vzduch v miestnostiach, odstrániť negatívne vibrácie a v konečnom dôsledku upevňuje zdravie. Nič neodstraňuje a neviaže negatívne vibrácie silnejšie ako soľ. Kamenná soľ patrí k prvým známym nerastom. V minulosti nedostatok tohto nerastu podmienil vznik výmenného obchodu a vyvolal veľa nepokojov. Dnes sa ložiská kamennej soli nachádzajú po celom svete a ťaží sa vo viac ako 80. krajinách. Morská soľ sa získava odparením morskej vody s podielom stopových prvkov a zlúčenín, ktoré sa vyskytujú v prírode. Morská soľ a kamenná soľ z podzemných štôlní sú identické, či už z hľadiska čistenia, pôvodu, ako aj


7

výživy. Jedinou výhodou morskej soli v porovnaní s kamennou soľou je, že kryštáliky morskej soli majú tvar vločiek a rozpúšťajú sa rýchlejšie ako kryštáliky kamennej soli, ktoré majú tvar kocky – vďaka tomu vzniká dojem, že morská soľ je slanšia.. 1.1.3 Vplyv zlúčenín na životné prostredie Oxid uhoľnatý CO Je to bezfarebný plyn, patrí medzi najrozšírenejšie jedy. Do ovzdušia je emitovaný vo veľmi veľkých množstvách hlavne spaľovaním fosílnych palív. V dyme sa nachádza 1 - 3 % oxidu uhoľnatého CO. Odhaduje sa, že ročne sa spaľovaním palív uvoľní do atmosféry asi 3.1011 kg CO. Vzniká aj nedokonalým spaľovaním paliva v motore, pri ktorom uhlík obsiahnutý v palive len čiastočne oxiduje. Pri dokonalom spaľovaní dochádza v motore k tvorbe oxidu uhličitého CO2, ktorý je najdôležitejší tzv. skleníkový plyn spôsobujúci klimatické zmeny. Podiel cestnej dopravy na celkových emisiách z dopravy je 95,4%, pričom podiel železničnej dopravy je len 2,3%. Hoci katalyzátory sú schopné emisie CO znížiť, ich účinok je malý počas studeného chodu motora a nízkych otáčkach. Hlavný negatívny efekt CO spočíva v blokovaní prísunu kyslíka ku tkanivám. Klasickými príznakmi otravy CO sú bolesti hlavy a závrat, srdečné problémy a malátnosť. Pri vysokých koncentráciách môže dôjsť až k usmrteniu postihnutej osoby. Na hemoglobín sa viaže 130-krát aktívnejšie na než kyslík. V mestských častiach s vysokou automobilovou premávkou je koncentrácia oxidu uhoľnatého okolo 5 mg.m-3. Oxid uhličitý CO2 Je stálou zložkou vzduchu. Je rozpustený vo vodách a vo forme uhličitanov aj v pôde a horninách. Je prijímaný zelenými rastlinami pri fotosyntéze a je vylučovaný pri dýchaní všetkými organizmami. U organizmov vysoký obsah CO2 znemožňuje dýchanie. K vážnemu narušenia rovnováhy medzi O2 (kyslík) a CO2 dochádza v dôsledku rúbania pralesov a znečisťovania morí. Najviac CO2 u nás vyprodukuje cestná doprava - takmer 93,0%, kým železničná doprava len okolo 4,4%. Každé motorové vozidlo spaľujúce benzín alebo naftu, spôsobuje emisie oxidu uhličitého do atmosféry. Spálením jedného litra benzínu dochádza k vzniku asi 2,5 kg tohto plynu. Nákladné automobily a autobusy produkujú najviac emisií. Osobné automobily produkujú v priemere 200 g oxidu uhličitého na km. Znečistenie je nadmerne kritické a môže znamenať obrovské škody pre prírodu a budúce generácie. CO2 na rozdiel od SO2, NOx, alebo olova nie je pre organizmy toxický, má však vplyv na zmenu globálnej klímy (skleníkový efekt). Oxid uhličitý je najdôležitejším skleníkovým plynom. Jeho množstvo v atmosfére bolo po niekoľko tisíc rokov pozoruhodne stále a zmena nastala až s príchodom priemyselnej revolúcie. V priebehu necelých 300 rokov vzrástol obsah oxidu uhličitého v atmosfére o 25%. Okrem oxidu uhličitého sú ďalšími významnými skleníkovými plynmi v atmosfére metán, oxid dusný, chlórfluorované uhľovodíky a ozón.


8

Preskúšajte sa: 1.Charakterizujte pojmy látka, zmes, zlúčenina? 2. Vymenujte vlastnosti vody? 3.Čo je to elektronegativita? 4. Vysvetlite význam vodíkovej väzba vo vode? 5. Prečo jazerá zamŕzajú z vrchu? 6 .Ako reagujú kyseliny s vodou? 7. Charakterizujte kuchynskú soľ ? 8.Čo je morská soľ ? 9. Vymenujte zlúčeniny škodlivé pre životné prostredie?

1.2 Vodík VLASTNOSTI - prvý člen periodickej tabuľky: Z = 1 - má najmenší atómový polomer - má najjednoduchšiu elektrónovú konfiguráciu : - poznáme 3 izotopy: - ľahký vodík (prótium) : - ťažký vodík (deutérium - D) - super ťažký vodík (trítium – T) : je rádioaktívny – bezfarebný plyn, bez chuti a bez zápachu – typický nekov – vodíkový atóm má veľkú ionizačnú energiu ( 1 311 kJ/mol ) podobá viac halogénom ako alkalickým kovom VÝSKYT – vodík je najrozšírenejší prvok vo vesmíre a tretí najrozšírenejší prvok na Zemi – voľný - sopečné plyny, zemný plyn, atmosféry hviezd – viazaný - voda, organické a anorganické látky – biogénny prvok ( súčasť vody, bielkovín, nukleových kyselín, ....) PRIEMYSELNÁ VÝROBA – napr.: 1. termický rozklad metánu 2. reakcia vodnej pary s rozžeraveným koksom POUŽITIE - uchováva sa v oceľových tlakových fľašiach označených červeným pruhom - redukčné činidlo, napr. získavanie ťažko vyredukovateľných kovov - na zváranie a rezanie kovov - palivo budúcnosti – „TOKAMAK“ - výroba NH3 , CH3OH , dusíkatých hnojív, HNO3 , .... - odstraňovanie síry z ropy - stužovanie tukov (katalytická hydrogenácia tukov)


9

ZLÚČENINY ANORGANICKÉ - najdôležitejšia zlúčenina - voda I. HYDRIDY = binárne zlúčeniny vodíka a) iónové = vodík + prvky s1 a s2 ( NaH, CaH2, ..) iónová väzba = vysoké teploty topenia, pevné látky, reagujú s vodou za vzniku hydroxidov a H2 b) kovalentné = vodík + prvky p1 – p5 -ich vlastnosti závisia od polarity väzieb, prípadne od prítomnosti voľného el. páru na atóme nekovu , napr.: slabo polárna kovalentná väzba = plyny, nereagujú s vodou polárna kovalentná väzba = reagujú s vodou) c) kovové = vodík + d-prvok (prechodný kov, napr.: Ti, Zr, Hf, ...) - majú premenlivé zloženie, kovový vzhľad, sú vodivé príp. polovodivé II. HYDROXIDY III. KYSELINY ORGANICKÉ I. uhľovodíky II. deriváty uhľovodíkov III. prírodné látky 1.3 Kyslík Vlastnosti pre svoje odlišné vlastnosti oproti chalkogénom sa uvádza samostatne vysoko reaktívny plyn, bez farby, chuti a zápachu 3 izotopy: - 99,76% v prírode, chýbajúce dva elektróny môže atóm kyslíka v zlúčeninách získať niekoľkými spôsobmi vytvorením: 1) oxidového aniónu: , 2) a, dvoch jednoduchých kovalentných väzieb , b, jednej dvojitej kovalentnej väzby, napr.: CO2 3) jednej jednoduchej väzby a prijatím jedného elektrónu – vznik OH- , napr.: NaOH oxidačné činidlo molekulový kyslík ( O2 ) pri vyšších teplotách oxiduje priamo väčšinu prvkov, pričom tieto reakcie sú silno exotermické = kyslík je reaktívny - ľahko sa spája s inými látkami a v tomto procese sa často uvoľňuje energia( typický príklad = horenie - keď horí drevo , kyslík sa s ním zlučuje a uvoľňuje sa teplo) oxidácia: a) pomalá (dýchanie, korózia) prebieha pri nízkych teplotách


10

b) rýchlejšia - pri vyšších teplotách (exotermická reakcia) c) prudká = horenie - sprevádzaná tepelným aj svetelným žiarením atómový kyslík = kyslík v stave zrodu v malom množstve sa rozpúšťa vo vode, s rastúcou teplotou rozpustnosť vo vode klesá (taktiež rozpustnosť v slanej vode je nižšia) kondenzuje na modrastú kvapalinu Výskyt najrozšírenejší prvok na Zemi (v atmosfére 21 % - cca 1/5 vzduchu, ktorý dýchame, hydrosfére, v zemskej kôre - vo forme minerálov, príp. hornín) voľný - a v atmosfére O2 O3 viazaný - anorganické zlúčeniny – H2O, oxidy, soli oxokyselín (uhličitany, sírany, živce) - organické zlúčeniny – sacharidy, lipidy, proteíny, ... biogénny prvok – súčasť živých organizmov (H2O, bielkoviny, nukleové kyseliny, ....) , potrebný na dýchanie - ozón O3 alotropická modifikácia kyslíka je veľmi reaktívny  ( rozkladá sa na molekulový a atómový kyslík )  ozón vzniká všade tam, kde sa vytvára atómový kyslík (napr. tichý elektrický výboj, ÚV žiarenie)  má dezinfekčné (baktericídne) vlastnosti → používa sa na dezinfekciu pitnej vody (ozonizácia pitnej vody)  vo vyšších koncentráciách je zdraviu škodlivý  pohlcuje UV žiarenie (ozónová vrstva) Výroba kyslíka frakčná destilácia skvapalneného kvapalného vzduchu elektrolýza vody Použitie kyslíka hutníctvo = oxidačné činidlo zváranie a rezanie kovov (Vo zváracích prístrojoch sa spaľuje zmes určitého plynu ( acetylén, vodík) a čistého kyslíka, pričom vzniká taký horúci plameň, že dokáže roztaviť kov.) lekárstvo - dýchacie prístroje kvapalný kyslík - raketové palivo dýchacie prístroje – potápači, ...... v priemysle sa používa na výrobu chemikálií - napr. formaldehydu, acetaldehydu, kys. dusičnej Dodáva sa v oceľových fľašiach označených modrým pruhom.


11

1.4 Ďalšie prvky a zlúčeniny Síra Charakteristika: Síra je krehký nekov žltej farby známy od staroveku. Latinský názov pochádza zo Sanskritského výrazu súveri. Podľa gréckeho básnika Homéra používali síru kňazi pri náboženských obradoch na dezinfekciu spaľovaním na oxid síričitý. Síra bola aj súčasťou "gréckeho ohňa", ktorý vrhali Turci na ruských vojakov pri obliehaní Carihradu. Síra sa vyskytuje vo viacerých modifikáciách. Pri normálnej teplote je stála kosoštvorcová síra, ktorá kryštalizuje v bipyramídach a pri 90,5 C sa mení na hranolky jednoklonnej síri. Keď vlejeme roztopenú síru do vody vzniká amorfná modifikácia síri, ktorá je plastická a ťahá sa ako guma. Okrem toho poznáme sírny kvet, ktorý je súčasťou pušného prachu a sírne mlieko na ničenie škodcov viníc. Na Sicílii sa rýdza síra získava zo sopečných kameňov topením a odlievaním do kolíkov. V Louisiane sa po roztopení horúcou parou vytláča z podzemných ložísk tlakom vzduchu. Síra sa získava aj zo sadry, barytu a svietiplynu. Do obchodu sa dostáva v kolíkoch alebo ako sírny kvet. Výskyt: V prírode sa voľná síra vyskytuje v sopečných kráteroch na Sicílii a v ložiskách v hĺbke zeme v Loisiane, Poľsku, Grécku, Japonsku, Kaukaze, Urale. Častejšie sa vyskytuje v sulfidoch : pyrit, galenit, sfalerit, antimonit, v sýranoch : sadrovec, baryt, alumit. Nachádza sa aj v Glauberovej soli - dekahydrát síranu sodného, ktorý je známy ako zázračná soľ. Použitie: Veľa síry sa spotrebuje na vulkanizáciu kaučuku, ktorý sa po zmiešaní so sírou a zahriatí stáva pružným a dobre udržuje tvar. Síra sa používa aj v pyrotechnike, na výrobu kyseliny sírovej. Zlúčeniny Síra horí modrastým plameňom na oxid siryčitý, ktorý má ostrý, štipľavý zápach, bieliace a dezinfekčné účinky. Síria sa ním pivnice a sudy, bieli sa ním slama na klobúky. V prírode uniká z niektorých sopiek na Kamčatke. Znečisťuje životné prostredie, v malých koncentráciách spôsobuje nepríjemnú chuť v ústach a dráždi sliznice. Pri koncentrácii nad 0,2 % vo vzduchu sťažuje dýchanie a môže spôsobiť stratu vedomia. Rozpúšťa sa v kvapôčkach vody a vzniknutá kyselina sírová vyluhuje železo z chloroplastov v listoch, čím sa zabraňuje asimilácii oxidu uhličitého zo vzduchu. Zo stromov sú najcitlivejšie jedľa a smrek z kvetov ruže. Oxidáciou oxidu síričitého za prítomnosti katalyzátorov oxid sírový, ktorý je základom na výrobu kyseliny sírovej, ktorej výroba je známa už od roku 1746. Kyselina sírová je základnou surovinou pri výrobe kyseliny chlórovodíkovej a dusičnej, hnojív, pri rafinácii ropy. Plnia sa ňou olovené akumulátory, používa sa pri organických syntézach. Síra sa nachádza aj v bielkovinách, v rohovine, vlasoch, perí, vo vaječnom žĺtku, v inzulíne. Ich rozkladom sa uvoľňuje ako plynný sírovodík, ktorý zápach po skazených vajciach. S kovmi reaguje za vzniku farebných sulfidou : strieborného - čierny, olovnatého - čierny, bizmutitého - hnedý, antimonitého - oranžový, kademnatého - žltý, zinočnatého - biely, atď. Toto sa využíva v analytickej chémii na stanovenie prvkov. Vo fotografii sa uplatňuje síričitan a tiosíransodný na prípravu vývojok a ustaľovačov. Zo síranov sú dôležité skalice a kamence. význam má síran sodný, ktorý sa používa pri výrobe sódy a tabuľového skla.


12

Využitie kyselina sírovej v doprave Elektrolyt: Aktívny materiál – pasta na doskách nebude aktivovaný, kým nebude nasýtený zriedenou, chemicky čistou kyselinou sírovou (elektrolytom). Elektrolyt, okrem aktívnej účasti na chemickej reakcii, má viesť elektrický prúd medzi kladnými a zápornými doskami. Ak odvážime 1 liter elektrolytu odobratý z plne nabitej batérie a 1 liter destilovanej alebo čistenej vody, zistíme, že elektrolyt je ťažší než voda. Kým 1 liter vody váži 1 kg, 1 liter elektrolytu váži 1,28 kg. To znamená, že merná hmotnosť elektrolytu je rovná 1,28kg/l. Postupne, ako sa akumulátor vybíja a sírany z kyseliny sírovej sa usadzujú na doskách, hustota elektrolytu klesá. V princípe sa elektrolyt používa v troch formách: ako kvapalina, ako gél alebo ako viazaný elektrolyt (absorbovaný v separátore). Tekutý elektrolyt sa používa pre väčšinu konvenčných olovených akumulátorov. Batéria s gélovým elektrolytom (Exide Gel) je typom tesne uzavretej batérie, s rekombináciou plynov, ktorá je najpodobnejšia konvenčnej batérii. Gélové akumulátory obsahujú bežné separátory a elektrolyt s kremeňom. Akumulátory, v ktorých je elektrolyt absorbovaný v separátoroch, sa nazývajú AGM (Absorbed Glas Mat). V prípade týchto batérií je povrch rozvinutých dosiek väčší a preto je ich vnútorný odpor nižší a ich štartovací prúd vyšší. Požiadavky na dobíjacie napätia u AGM sú vyššie než u gélových batérií. Príkladom tejto technológie je Exide Maxxima . Spoločnou charakteristikou týchto dvoch posledne menovaných konštrukcií je, že si vyžadujú presné riadenie dobíjacieho napätia vo vozidle a aj v zdroji nabíjania, v porovnaní s takzvanými batériami s “otvorenou” technológiou.

Preskúšajte sa: 1.Vymenujte vlastnosti vodíka ? 2.Popíšte výskyt a využite vodíka? 3.Ktoré zlúčeniny vytvára vodík? 4.Vysvetlite vlastnosti kyslíka? 5. Vymenujte kde v praxi sa používa kyslík? 6.Charakterizujte síru? 7.Vymenujte možnosti použitia síry? 8. Popíšte využitie kyseliny sírovej v doprave ? 1.5 Uhlík Uhlík patrí do IV. hlavnej skupiny prvkov. Uhlík je nekov. Ďalšie prvky v tejto skupine sú germánium (polokov), cín a olovo (kovy). Atómy týchto prvkov v základnom stave majú vo valenčnej vrstve 4 elektróny. Do stabilnej elektrónovej konfigurácie najbližšieho vzácneho plynu chýbajú týmto prvkom 4 elektróny, resp. vo valenčnej vrstve majú o 4 elektróny viac ako predchádzajúci vzácny plyn. Atómy C vytvárajú pri zlučovaní prevažne kovalentné väzby a vyskytujú sa hlavne v oxidačnom čísle IV. Ich oxidy (CO2, SiO2), podobne ako iné nekovy vytvárajú s vodou kyseliny (oxid uhličitý je plyn pomerne dobre rozpustný vo vode, oxid kremičitý je tuhá látka vo vode skoro nerozpustná). V soliach sú prítomné vo forme aniónov. Uhlík má schopnosť vytvárať reťazce obsahujúce jednoduché aj násobné (dvoj- a trojnásobné) kovalentné väzby uhlík-uhlík s veľkou pevnosťou. To umožňuje vznik obrovského počtu organických zlúčenín. Uvedenými zlúčeninami sa zaoberá organická chémia. Vyskytuje sa v dvoch alotropických modifikáciách - minerály diamant a grafit :


13

a/ Diamant je veľmi tvrdá priezračná látka (posledná v Mohsovej stupnici tvrdosti), má atómovú štruktúru. Tvoria ju atómy uhlíka tetraedricky pospájané kovalentnými väzbami. Kubická sústava. Má vysoký bod topenia (asi 3500 °C). Je elektricky nevodivý, pri teplote nad 800 °C v atmosfére kyslíka zhorí. Použitie: tvrdý brúsny materiál, rezanie, vŕtanie. b/ Tuha (grafit) má vrstevnatú štruktúru -hexagonálna sústava. Je to čierna, mäkká, štiepateľná, elektricky a tepelne vodivá látka. Používa sa na výrobu elektród pre vysokoteplotné procesy (napr. výroba karbidu vápnika), žiaruvzdorných materiálov, ceruziek, mazadiel, náterov, moderátorov pre jadrové reaktory a podobne. Priemyselné produkty tvorené uhlíkom sú koks, drevné uhlie, aktívne (živočíšne) uhlie a sadze. Majú grafitickú štruktúru, tvorenú veľmi malými kryštálikmi. Aktívne uhlie má veľmi nepravidelnú štruktúru, nepravidelne usporiadané kryštáliky a obrovský špecifický povrch. Má preto aj veľkú adsorpčnú schopnosť. (Adsorpcia je viazanie molekúl iných látok (plynov, kvapalín, príp. aj tuhých látok) na povrchu uvažovanej tuhej látky - adsorbenta.) Používa sa k čisteniu a odfarbovaniu. Sadze sa vyrábajú neúplným spaľovaním uhľovodíkov. Používajú sa prevažne do gumárenských výrobkov. Uhlík má redukčné účinky. Koks sa používa ako palivo a redukčné činidlo na redukciu železa z rúd vo vysokých peciach. 1.6 Dusík Vlastnosti: dusík je plyn bez farby a zápachu, o niečo ľahší ako vzduch, nepatrne rozpustný vo vode (za normálnych podmienok 23 cm3 v 1 litre vody). Pri obyčajných podmienkach je dusík interný (nezlúčivý). Tvorí dvojatómové molekuly N2 , v ktorých sú atómy viazané tromi elektrónovými pármi (:N≡N:). Trojitá väzba v molekule dusíka je obzvlášť stabilná; dvojitá a trojitá väzba medzi atómami iných prvkov sa ľahko poruší (napr. acetylén H−C≡C−H práve preto je veľmi zlúčivý). Molekulový dusík je energeticky veľmi chudobný, preto na jeho aktiváciu treba dodať veľa tepla (zahriatím na vysokú teplotu) alebo pôsobiť elektrickým výbojom. Aktivovaný dusík je veľmi zlúčivý: reaguje s mnohými prvkami, napr. s vodíkom tvorí amoniak, s kyslíkom kysličníky dusíka a s kovmi nitridy. V zlúčeninách s inými prvkami môže mať dusík oxidačné číslo od –III až V, napr.: Výskyt: 78% vzduchu tvoria molekuly dusíka N2. Pri elektrických výbojoch za búrky sa štiepia na atómy, ktoré sa zlučujú s kyslíkom na oxidy dusíka, tie sa v dažďovej vode rozpúšťajú a dostávajú sa s ňou na zem. Zlúčeniny dusíka potrebujú rastliny na tvorbu bielkovinových látok, na stavbu svojich tiel. Rastlinnou potravou sa dostávajú bielkoviny do tiel živočíchov a ľudí. Rozkladom rastlinných a živočíšnych bielkovín vzniká amoniak. Amoniak sa zúčastňuje na vzniku amónnych solí. Výroba: Dusík sa vyrába frakčnou destiláciou skvapalneného vzduchu. Skladuje sa v oceľových tlakových fľašiach označených zeleným pruhom. Použitie: Dusík v zmesi z argónom sa používa na plnenie žiaroviek (na utvorenie inertnej atmosféry), uplatňuje sa ako východisková surovina na výrobu amoniaku, kyseliny dusičnej a jej solí (priemyselné dusíkaté hnojivá). Zlúčeniny: AMONIAK, čiže čpavok NH3 je bezfarebný plyn, ľahší ako vzduch, prenikavo


14

zapácha, dráždi sliznice, pôsobí ako nervový jed. Vo vzduchu nehorí, ale keď sa vedie v zmesi s kyslíkom cez zahriate katalyzátory, mení sa na oxidy dusíka, z ktorých ďalšími reakciami vzniká kyselina dusičná. 1.6.1 Výhody hustenia pneumatík dusíkom Prečo práve dusík? Dusík je inertný a stabilný plyn, ktorý si zachováva stabilnejší tlak ako vzduch, a to aj v prípade zahriatia pneumatiky. Pomerne veľký rozmer molekúl dusíka znižuje tlakové straty spôsobené prirodzenou poróznosťou pneumatiky. 4 výhody hustenia pneumatík dusíkom:  Bezpečnosť: - Zníženie rizika roztrhnutia plášťa súvisiaceho s prehrievaním pneumatiky v prípade jej podhustenia. - Lepšie jazdné vlastnosti vozidla a vyšší komfort jazdy vďaka presnejšiemu udržiavaniu správneho tlaku v pneumatikách. - Lepší záber pneumatík (t. j. lepšia adhézia k povrchu vozovky) vďaka menším výkyvom teploty a tlaku, ktoré inak bývajú spôsobené predovšetkým vlhkosťou vzduchu nahusteného v pneumatike.  Zníženie prevádzkových nákladov vozidla: správny a presný prevádzkový tlak pneumatík dosiahnutý vďaka husteniu dusíkom umožňuje zabezpečiť optimálny jazdný odpor pneumatík a tým aj zníženie spotreby paliva.  Vyšší kilometrový výkon: stabilnejší tlak pneumatík dosiahnutý vďaka husteniu dusíkom predlžuje životnosť pneumatík a zabezpečuje pravidelnejšie opotrebovanie behúňa pneumatiky.  Ochrana životného prostredia: - nižšie nároky vozidla z hľadiska spotreby energie (paliva) a tým aj znížená produkcia skleníkových plynov, - predĺženie životnosti pneumatiky a tým aj zníženie množstva odpadu, ktorý je nutné spracovať. Používanie dusíka na hustenie pneumatík je technológia, ktorá sa používa už pomerne dlho v sektoroch s vysokými technologickými nárokmi, napríklad v leteckej doprave, kozmonautike alebo v pretekoch na okruhoch Formuly 1, ale tiež v ťažkej nákladnej doprave a v prípade mechanizmov používaných na verejno-prospešné práce. 1.7 Uhličitany a dusičnany Názov Dusičnan draselný, Sanitra, Potasium nitrate, KNO3, Rýchla soľ, Draselná soľ kyseliny dusičnej, Liadok draselný Využitie - Hnojivo dobrý zdroj dusíka a draslíka 2 makro živín pre rastliny ideálne aj na jahody - Akvárium sa používa ako hnojivo pre rastliny - Pyrotechnika sa používa na rakety, dymovnice, pušný prach a niektorých prípadoch aj ako


15

základný okysličovač delobuchov - ako silné oxidačné činidlo, ktoré sfarbuje plameň kahana do fialova pri plameňovej skúške prítomnosti draslíka. Preskúšajte sa: 1. Charakterizujte uhlík ako prvok? 2. Vysvetlite v akej podobe sa vyskytuje uhlík ? 3. Kde v praxi sa využíva uhlík ? 4. Aké je využitie dusíka v doprave ? 1.8 Hliník a jeho využitie Hliník je tretí najrozšírenejší prvok v zemskej kôre- tvorí približne 8 % objemu zemskej kôry. Už Rimania používali síran hlinitodraselný, ktorý nazývali alumen, z tohto slova je odvodený aj dnešnýchemický názov- alumínium. Slovenský názov- hliník- označuje jeho prítomnosť v hline, íloch a mineráloch. Najčastejšie sa vyskytuje v kombinácii s kyslíkom (ako oxidy), ale aj inými prvkami. Základnou surovinou pri výrobe hliníka sú teda tzv. hliníkové rudy- horniny, ktoré obsahujú oxid hlinitý. Najznámejšie hliníkové rudy sú bauxit, kaolín, nefelín a kryolit: _ bauxit (Al2O3 · H2O)- komplexná zlúčenina pozostávajúca z 50- 80% oxidu hlinitého, ďalej obsahuje aj ďalšie oxidy, napr. oxid kremičitý, železitý, titaničitý, draselný, sodný a železo. Najčastejšie sa používa na výrobu hliníka. Má bielu, niekedy červenú farbu (v závislosti od obsahu železa) a vonkajším vzhľadom pripomína hlinu. Ťaží sa v Maďarsku, Taliansku, Grécku, Francúzsku (najkvalitnejší v meste Baux- podľa ktorého bol pomenovaný), Rusku, Indonézii, Afrike a v Guayane. _ kaolín (Al2Si2O5(OH)4) a nefelín (KNa3[AlSiO4]4)- používajú sa ako náhradná surovina na výrobu hliníka, v krajinách, ktoré nemajú bauxit; ťažia sa v Rusku a na polostrove Kola.

Výroba hliníka Hliník je možné vyrobiť dvomi spôsobmi: 1. výrobou primárneho hliníka z rudy (najskôr uvoľňovanie Al2O3 z hliníkovej rudy, potom nasleduje elektrolýza, pri ktorej sa z Al2O3 získava čistý hliník ); 2. recykláciou z hliníkového šrotu a spracovateľného hliníkového odpadu, t. j. výrobou sekundárneho hliníka. Vlastnosti čistého hliníka Hliník má kubickú plošne centrovanú mriežku, teplotu tavenia 660°C a mernú hmotnosť 2700kg/cm3 (čo je asi 1/3 mernej hmotnosti ocele- číže napríklad výraznejším používaním hliníka v automobiloch sa znižuje ich hmotnosť a tým aj spotreba paliva a zároveň tak môžeme zvýšiť ich užitočnú hmotnosť v porovnaní s použitím ocele). Hliník má veľmi malú pevnosť v rozmedzí 60 až 70 MPa a je ťažný aj pri nízkych teplotách. Jeho nízka pevnosť sa môže zvyšovať legovaním, deformáciou za studena alebo tepelným spracovaním.


16

Hliník má dobrú koróznu odolnosť na vzduchu a vo vode. Neodoláva alkáliám a soliam s alkalickou reakciou, pretože sa ľahko mení na hlinitan, účinok alkálií rýchlo vzrastá s koncentráciou a teplotou a klesá s čistotou hliníka. Hliník najlepšie odoláva kyseline dusičnej, menej zriedeným a koncentrovaným roztokom kyseliny soľnej a sírovej. Dobre s uplatňuje v potravinárstve, pretože odoláva kyseline octovej, mliečnej, citrónovej a vínnej. Dobrú koróznu odolnosť zapríčiňuje ochranná oxidická vrstva na povrchu hliníkových produktov. Tento oxid Al2O3 má rovnaký molekulový objem ako hliník, preto pevne priľne na povrchu a dostatočne ho pasivuje. Tento oxid má vysokú tepelnú stabilitu (nad 2000°C), nerozpúšťa sa v roztavenom kove, a preto sa pri ďalšom technologickom spracovaní hliníka (napr. pri zváraní alebo spájkovaní) musí z povrchu odstrániť. K trvácnosti, a teda aj koróznej odolnosti hliníka prispievajú aj mnohé povrchové úpravy (napr. anodické povlakovanie, lakovanie, atd.). Má zhoršenú obrobitelnosť, pretože má veľkú húževnatosť. Preto sa častejšie tvárni (ťahanie alebo pretlačovanie), než obrába. Jedna z veľmi výhodných fyzikálnych vlastností hliníka je dobrá elektrická a tepelná vodivosť. Obe sú však ovplyvnená čistotou hliníka- čím je čistejší, tým má lepšiu elektrickú a tepelnú vodivosť a chemickú stálosť. Hliník je takmer dvojnásobne výkonnejší vodič ako med, vďaka čomu sa hliník stal najpoužívanejším materiálom vo väčšine energetických prenosových sústav. Dôležité sú aj vlastnosti optické, najmä schopnosť odrážať svetlo, preto sa hliník používa na výrobu reflektorov a zrkadiel alebo iných produktov, kde je takáto vlastnosť nevyhnutná. Hliník je 100%-ne recyklovateľný a zároveň recyklácia nezhoršuje jeho úžitkové vlastnosti. Navyše pre výrobu sekundárneho hliníka je potrebné len 5% energie v porovnaní s výrobou primárneho hliníka, čo prináša značné výhody jednak ekonomické a najmä ekologické. Použitie čistého hliníka Pre konštrukčné účely sa používa tzv. technický hliník, ktorý obsahuje minimálne 99% Al. Podľa stupňa čistoty sa technický hliník delí do týchto akostí: _ elektrovodný hliník- čistoty Al 99,85 (maximálny obsah nečistôt je 0,15%); _ hliník pre chemický a potravinársky priemysel- čistoty Al 99,8 (maximálny obsah nečistôt je 0,2%); _ hliník na špeciálne účely- čistoty Al 99,75 (maximálny obsah nečistôt je 0,25%); _ hliník bežnej akosti- čistoty Al 99,5 (maximálny obsah nečistôt je 0,5%). Hliník má teda vďaka svojim vynikajúcim vlastnostiam širokú škálu aplikácií. S danou čistotou sa používa predovšetkým pre aplikácie, kde sa vyžaduje kombinácia výbornej koróznej odolnosti a tvárniteľnosti, napr. pri výrobe obalov a tenkých fólií pre potravinársky priemysel (dokáže ochrániť balené produkty pred svetlom, vlhkosťou, oxidáciou, UV žiarením, tukom, mikroorganizmami a inými nežiaducimi vplyvmi bez zmeny vône, chuti či farby produktov), používa sa v chemickom priemysle, v automobilovom priemysle (pri výrobe trupov cisternových vozov alebo nákladných áut), v strojárskom a energetickom priemysle, pre nábytkárske, rekreačné a športové účely.

1.9 Meď a jej využitie V mnohých oblastiach priemyslu, pri navrhovaní konštrukcií je meď jedným zo základných materiálov. Stále viac ju používame v elektronike a informačných technológiách. Stáva sa štandardom v rozvodoch vody i vykurovacích systémov. Už pred stáročiami sa meď využívala pri pokrývaní striech a moderná architektúra využívanie tohto ušľachtilého kovu "Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ "

17

stále viac akceptuje. Pôvodom je nielen výborná odolnosť medi voči atmosférickej korózií, ale i to, že medená strecha vystavená vplyvu počasia mení svoj vzhľad z pôvodného lesku, cez teplé hnedé tóny, až nakoniec dosiahne typickú zelenú farbu. Touto platinou dosiahneme architektonického zámeru – medená strecha je integrujúcim prvkom začlenenia budovy do okolia. Je to významné najmä pri rekonštrukcii historických častí miest a pri výstavbe nových objektov v týchto lokalitách. Neprekvapí nás preto, že poprední svetoví architekti bežne túto kombináciu skvelých technických, estetických vlastností medi využívajú. Pridaním zinku a olova vznikne zliatina používaná už od pradávna k výrobe diel. V súčasnosti sa s touto zliatinou stretávame skôr pri výrobe rôznych odliatkov (napr. u ponorných čerpadiel). V modernej metalurgii sa meď pridáva v malom množstve do ocelí za účelom dosiahnutia väčšej odolnosti voči korózii. Zliatiny medi a niklu sú veľmi odolné voči chemickej korózií a používajú sa pri stavbe lodí. V hliníkových zliatinách dosiahneme pridaním malého množstva medi zlepšenie mechanických vlastností, ale na úkor odolnosti voči korózií. Metropolitné múzeum vied v Amsterdame, ktoré navrhol Renzo Piano, má strechu z medeného plechu. Krásnu zelenú farbu dosiahol umelým „zostarnutím“. V Stockholme môžeme vidieť zastrešené múzeum postavené pre VASU, jedinú existujúcu nepoškodenú loď zo 17. storočia na svete, dielo architektov Marianne Dahlbåck a Garan Månsson. Táto stavba sa stala víťazom významnej architektonickej súťaže v silnej konkurencii 384 ďalších stavieb. Od začiatku civilizácie mala meď kľúčové postavenie v domácnostiach (spotrebné predmety a okrasné prvky), v mincovníctve. Mince boli vyrábané z medi tisíce rokov a stretávame sa s nimi i v súčasnosti, i keď v bežnom živote sa javia praktickejšími papierové bankovky. Euro je moderná mena a každá z ôsmych mincí Euro v hodnotách od jedného Eurocentu do dvoch Euro obsahuje meď. Archeológovia objavili časť systému vodnej inštalácie z Cheopsovej pyramídy v Egypte. Medené potrubie bolo schopné prevádzky aj po viac ako 5000 rokoch.

Zaujímavosti o medi:      

Mosadzné dverové kľučky a zábradlia znižujú riziko prenosu baktérií. Baktérie sú ničené i medeným vodovodným a vzduchovým potrubím. Čisté zlato je mäkké, ak ho chceme používať pridáva sa do neho malé množstvo medi. Dokonca i 24 karátové zlato obsahuje prísadu medi. Náradie vyrobené z medi alebo medených zliatin neiskrí a môže byť používané všade tam, kde hrozí nebezpečie výbuchu. Socha slobody v New Yorku je pokrytá 80 tonovým medeným plášťom. Meď pochádza z nórskych baní a je spracovaná francúzskymi remeselníkmi Lode, na ktorých sa plavil Colombus do Ameriky, mali pod čiarou ponoru medený plášť, chrániaci loď pred biologickými usadeninami. Dnes sú námorné plavidlá z rovnakého dôvodu chránené nátermi obsahujúcimi meď. Výnimočná odolnosť medi voči korózií je neoceniteľná pri podmorskom prieskume a ťažbe zemného plynu a ropy z mora.


18





Švédske právne normy predpisujú pre uloženie vyhoreného jadrového paliva kontajnery chránené 5 cm hrubým medeným plášťom. Takto je splnená požiadavka účinnej ochrany počas 100 tisíc rokov. Predpokladaná životnosť je však 10 krát vyššia. Na jednom zo slávnych zvitkov od Mŕtveho mora, objavených v Izraeli, bola použitá meď namiesto krehkej zvieracej kože. Obsahom tohto zvitku nie sú náboženské texty, ale kľúč k pokladom dosiaľ neobjaveným.

1.10 Železo Ferrum - Fe Protónové číslo : Konfigurácia :

26 (Ar)3d64s2 teplota Fyzikálne vlastnosti : 1535 topenia : teplota varu : 3000 Charakteristika: Železo je čiernosivý kov. Je to najznámejší kov, ktorý bol pre človeka už v pradávnych dobách veľmi užitočný. Slovo železo pochádza z praslovančiny. Železo je po kyslíku, kremíku a hliníku najrozšírenejší prvok zemskej kôry. Výroba železa je v súčasnosti základným článkom priemyslu technicky vyspelých štátov. Vyrába sa vo vysokej peci, čo je kužeľovitá veža zo žiaruvzdorných tehál. Skladá sa z ústia, ktoré sa striedavo plní vrstvami koksu a železnej rudy s prísadou troskotvorných látok. Ruda pomaly klesá šachtou k k rozporu , kde sa píšťalami vháňa vzduch. Vytavené železo sa hromadí v nisteji, kde na ňom pláva troska, ktorá ho chráni pred okysličením. Troska plynule odteká, surové železo sa vypúšťa do pieskových foriem, kde tuhne, alebo do panví, v ktorých sa dopravuje na miesto ďalšieho spracovania. Výskyt: Zrnká rýdzeho železa sa nachádzajú uzavreté v čadičoch. Geochemici predpokladajú, že spolu s niklom tvorí jadro našej planéty. Človek sa prvýkrát stretol so železom v meteoritoch. Priemerné zloženie železa, ktoré sa nachádza v meteoritoch je 90 % Fe, 8,5 %Ni a 0,5 % Co. Do zeme sa vracia aj železo spotrebované na výrobu streliva počas vojen. Nemci vystrieľali v prvej svetovej vojne 10 000 000 ton nábojov a granátov. V prírode sa železo nachádza v týchto železných rudách: hematite, limonite, v magnetite, na Slovensku najmä v siderite. Siderit tu tvorí rozsiahli žilový systém Slovenského rudohoria. Veľké ložiská magnetovca sú vo Švédsku a USA. Použitie: Čisté železo sa používa na jadrá transformátorov a elektromagnetov, technické železo - ocele, liatina- ako najbežnejší konštrukčný materiál v každej oblasti ľudskej činnosti. Je základom vyspelého strojárskeho a hutníckeho priemyslu na stavbu mostov, továrenských hál, lodí, železníc, ale aj drobných železných predmetov, ako sú sekery, píli, náradia, klince, reťaze a podobne. Železo je aj významnou zložkou ľudskej stravy, pretože je potrebné na dýchanie. Zlúčeniny Zo zlúčenín železa sú významné najmä síran železnatý, ktorý sa používa na výrobu kamencov, atramentov, na ničenie machu na lúkach, ďalej chlorid železitý, ktorý sa používa vo forme železitej vaty na zastavovanie krvácania pri poranení, lebo zráža bielkoviny.


19

Zaujímavý je aj pentakarbonyl železa, z ktorého sa vyrába čisté práškové železo. Ako žltkastá kvapalina sa pridáva s názvom motalin do benzínu ako antidetonačný prostriedok. Preskúšajte sa: 1.Charakterizujte uhlík? 2. Ktoré sú uhlíkové rudy načo sa využívajú? 3. Vymenujte vlastnosti čistého hliníka? 4. Uveďte príklady využitia medi? 5. Vymenujte zaujímavosti o medi? 6. Charakterizujte prvok železo? 7. Vymenujte možnosti použitia železa v praxi? 1.11 Zlato Aurum - Au Protónové číslo :

79 (Xe)4f14 Konfigurácia : 5d106s1 teplota Fyzikálne vlastnosti : 1063 topenia : teplota varu : 2966 Charakteristika: Zlato je na vzduchu stály, žltý. lesklý kov. Je najkujnejší zo všetkých kovov, má najväčšiu ťažnosť. Z 1 kg možno vytiahnuť drôtik dlhý 3 km. Má názov rannej zory - auróry. Zlato sa stalo výmenným obchodným prostriedkom a symbolom moci a bohatstva. Výskyt: Odhaduje sa , že v zemskej kôre je 0,005 g zlata na tonu horniny. Vyskytuje sa najčastejšie rýdze v podobe plieškov, vláskov alebo zrniek. Najväčšie balvany zlata vydali povestné náleziská v Klondiku - až 112kg ťažké. Zlato sa nachádza aj v sulfidoch olovených a strieborných rudách, teluridoch a calavarite. Použitie: Pozlátkom sa zlatia písmená na väzbách kníh, rámy obrazov, porcelán a sklo. Klenotníci zhotovujú šperky, razili sa mince. Hodnota zlata sa vyjadruje v karátoch. V súčasnosti sa osvedčuje v elektronike a používa sa vo výstroji kozmonautov. Zlúčeniny Z chloridu zlatitého sa prídavkom chloridu cínatého vyredukuje koloidné zlato. Farbí sa ním sklo na rubínovo. 1.12 Striebro Argentum - Ag Protónové číslo : 47 Konfigurácia : (Kr)4d10 5s1 Fyzikálne vlastnosti teplota : topenia :

960,5


20

Charakteristika: Striebro je ušľachtilí, biely, ťažný a kujný kov, je najlepším vodičom elektrického prúdu. Jeho názov pochádza zo Samskritského "argenos", čo znamená jasný. Slovenský názov pochádza z praslovančiny. Striebro je kov známy už z predhistorických dôb. Hlavný význam malo v začiatkoch mincovníctva. Cena striebra sa v rannom stredoveku blížila k cene zlata. Hutnícky sa získava zo striebronosného olova odháňaním, čiže kupeláciou okysličením olova na oxid olovnatý, ktorý sa z povrchu čistého striebra sťahuje. Existuje mnoho iných spôsobov oddeľovania striebra od olova - patinsonovanie, parkesovanie. Rýdze striebro sa odlieva do tehál. Výskyt: V staroveku sa ťažilo v Stredomorí, v stredoveku sa jeho ťažba presúva do strednej Európy u nás v Kremnici, v Banskej Štiavnici. Striebro sa tu nachádza jednak rýdze, častejšie však v zlúčeninách, napr. argentit - sulfid strieborný. V novoveku sa ťažba presúva do Ameriky a Austrálie. Veľké ložiská sú aj na Urale. Použitie: V súčasnosti má striebro charakter spotrebného kovu. Zo zliatin s meďou sa vyrábajú šperky, príbory a podobne. Striebria sa zrkadlá, termosky, aby odrážali tepelné lúče. Jeho dobrá tepelná elektrická vodivosť sa využíva v elektropriemysle. Zlúčeniny Pôsobením stôp sírovodíka zo vzduchu strieborné predmety černejú sulfidom strieborným. Vo fotografickom priemysle sa používajú chlorid strieborný a bromid strieborný. Dusičnanom strieborným sa vypaľujú bradavice a hnisavé rany. Hoci je striebro známe viac ako 5000 rokov, niektoré jeho zlúčeniny boli pripravené len nedávno. Reakcie: Strieborný strom Redukčné vlastnosti striebra možno ukázať na nasledujúcom pokuse. Na sklenú tabuľku si pripravíme medené drôtiky v tvare rozkonáreného stromu (môžu byť aj iné tvary). Meď potrieme roztokom dusičnanu strieborného po chvíli sa začne medený drôtik postriebrovať. Tabuľku treba počas priebehu reakcie uložiť do tmy. 1.13 Využitie zlata a striebra Zlato sa stalo dôležitým materiálom v mnohých moderných aplikáciách a zohráva rozhodujúcu úlohu v rozvoji priemyselnej a ekonomickej činnosti. Zlato, ako mnohé iné kovy, sa stalo neoddeliteľnou súčasťou nášho každodenného života. Kovy a kovové zmesi zostávajú jedným zo základných vstupov pre procesy priemyselnej výroby a pre výrobky každodennej spotreby. Aj napriek novým vyvinutým syntetickým materiálom sa použitie a spotreba kovov za poslednú dekádu plynulo zvyšovala. Zlato je nevyhnutný materiál, ktorý zabezpečuje spoľahlivosť mnohých výrobkov, od zubného lekárstva po lietadlové motory. Od prvotných čias, kedy sa zlato používalo najmä v šperkárstve, jeho vynikajúce schopnosti a výnimočné vlastnosti umožnili širokú škálu použitia v mnohých priemyselných odvetviach, ako napr. elektronika, medicína, výskum vesmíru atď. o

V ŠPERKÁRSTVE


21

Zlato sa používa najmä na výrobu šperkov a to vo forme zliatin so striebrom, meďou, zinkom, paládiom či niklom. Samotné rýdze zlato je príliš mäkké a šperky z neho zhotovené by sa nehodili pre praktické použitie. Prímesi paládia a niklu najviac sfarbujú vzniknutú zliatinu – vzniká tak v súčasnosti dosť moderné biele zlato. Obsah zlata v klenotníckych zliatinách alebo rýdzosť sa vyjadruje v karátoch. o

ZLATO V STROJÁRSKOM PRIEMYSLE

Aj veľmi tenký zlatý film na povrchu kovu ho dokáže účinne ochrániť pred koróziou. Pozlacovanie kovových materiálov sa uskutočňuje elektrolytickým vylučovaním zlata na príslušnom kove, ktorý je ponorený do zlatiaceho kúpeľa. Okná na lietadlách sú taktiež potiahnuté tenkým zlatým filmom, aby sa znížilo slnečné žiarenie a aby sa zabránilo ich namŕzaniu. o

ZLATO V ELEKTROTECHNIKE

Vzhľadom k svojej vynikajúcej elektrickej vodivosti a inertnosti voči vplyvom prostredia sa veľmi často používa v mikroelektronike a počítačovom priemysle. Hlavným oborom využitia je tu predovšetkým zaistenie dlhodobej a bezproblémovej vodivosti dôležitých spojov v počítači (kontakty mikroprocesora a zbernice dát). Pre tieto účely sa príslušné kontaktné povrchy elektrolyticky pokrývajú tenkou zlatou vrstvou. o

ZLATO V ZUBNEJ TECHNIKE

Zlato je už dlhý čas súčasťou väčšiny dentálnych zliatin, teda materiálov slúžiacich v zubnom lekárstve ako výplne zubov napadnutých zubným kazom alebo na konštrukciu mostíkov a iných aplikácií. Dôvodom je predovšetkým zdravotná nezávadnosť zlata, ktoré je natoľko chemicky inertné, že ani po mnohoročnom pôsobení pomerne agresívneho prostredia v ústnej dutine, nepodlieha korózii. Čisté zlato je však príliš mäkké a preto sa aplikujú jeho zliatiny najmä s meďou, striebrom, paládiom, zinkom, cínom, antimónom, niekedy je súčasťou dentálnej zliatiny tiež indium, irídium, ródium aleboplatina.


22

o

ZLATO AKO INVESTIČNÁ KOMODITA

Zlato je svojim spôsobom finančné poistenie. Ako história mnohokrát ukázala, je zlato najlepšou ochranou pred finančnou katastrofou. V prípade astronomickej inflácie, ochromujúcej deflácie či dokonca pri rozpade finančného trhu, poskytuje zlato bezpečie a istotu. Ako ukázali mnohé pády menových systémov, tí ktorí vlastnili zlato, nezostali bez prostriedkov. K zlatu sa ľudia uchyľujú tradične a inštinktívne. STRIEBRO – VYUŽITIE Striebro je nenahraditeľný kov. Moderný život, ako ho poznáme by bez striebra nemohol existovať. Fotografie, batérie, elektronika … tieto veci už dosiahli dospelosti a stali sa široko používanými v priebehu druhej svetovej vojny, resp. krátko po nej a následne sa ich používanie prudko rozšírilo po šesťdesiatych rokoch vďaka vedeckým objavom týkajúcich sa priemyselného využitia striebra. Striebro sa používa v elektrotechnike, kozmonautike, lekárstve, mincovníctve, pri výrobe CD a DVD nosičov vo fotografickom priemysle, v sklenárstve , v stavebnom priemysle, pri výrobe batérií, ložísk, katalyzátorov, pesticídov, na elektrické vodiče, v elektronike, medicíne, zubnom lekárstve, na elektrolytické pokovovanie, lekárske nástroje, zrkadlá, reflexné povrchy, fotografie, solárne články, čistenie vody a na ďalšie použitie.


23

V priemysle sa používa menej než 10% produkcie zlata. 90% zlata, ktoré bolo v priebehu histórie vyťažené, je doposiaľ niekde k dispozícii ku kúpe. Pri striebre je to inak. Doposiaľ sa celkovo vyťažilo asi 2,2 miliardy uncí striebra, pričom dnes disponujeme objemom asi 300 miliónov uncí. Inými slovami, 85% všetkého vyťaženého striebra nenávratne zmizlo v priebehu pár rokov. 1.14 Cín Čistý cín je biely striebristý kov, ktorý je mäkký, kujný a tvárny. Je jedným z najstarších kovov, ktoré človek pozná, ale v prírode sa ako kov nevyskytuje. Nepochybne najvýznamnejším cínovým minerálom je kassiterit, v prírode sa vyskytujúci oxid cínu, ktorý vo svojej najčistejšej forme obsahuje 78,6% cínu. Cín je pomerne vzácny minerál v porovnaní s niektorými inými kovmi, ako meď, olovo alebo zinok, s priemerným obsahom okolo 2 ppm v zemskej kôre. Vlastnosti Cín (Sn) je členom 4. skupiny periodickej tabuľky, spolu s uhlíkom, kremíkom, germániom a olovom. Ak ho posudzujeme ako kov, najdôležitejšími vlastnosťami cínu sú nízka teplota tavenia, netoxickosť, odolnosť voči korózii, príťažlivý vzhľad a schopnosť ľahko vytvárať rôzne užitočné zliatiny s väčšinou kovov. Cín sa zriedkavo používa v čistej forme vzhľadom na svoju mäkkosť. Takmer vždy sa používa v kombinácii s inými kovmi, buď ako legujúci prvok alebo ako povlak. V zlúčeninách sa objavuje vo 2 oxidačných stavoch, buď +2 (cínatý) alebo +4 (ciničitý), a vytvára rôzne priemyselne významné zlúčeniny oboch typov.


24

Použitie Cín má výnimočnú kombináciu vlastností, čo viedlo k jeho využitiu vo veľkom množstve aplikácií. Má množstvo využití ako kov, zliatina alebo chemická zlúčenina. Dve najvýznamnejšie aplikácie sú v spájkach a cínovom plechu. Svetová spotreba cínu je okolo 310 000 ton ročne. Zliatiny cínu Spájky Spájky sú najrozšírenejším produktom z cínu a nachádzajú využitie v elektronike, inštalatérstve a všeobecnom strojárstve. V minulosti bola prevažná väčšina spájok založená na kombinácii cín-olovo. Keďže však legislatíva zakazuje použitie olova, nadobúdajú väčší význam bezolovnaté spájky. Ich výber je široký; väčšina z nich je založených na cíne s prídavkom striebra, medi, bizmutu, antimónu, india a zinku v rôznych kombináciách. Cínová zliatina Pewter Pewter je zliatina s obsahom viac ako 90 % cínu, ktorá sa používa na riady, ozdobné predmety, odevnú bižutériu a hračky. Najvýznamnejšími legujúcimi prvkami sú antimón a meď. Zliatiny z bieleho kovu Pôvodne využívané v ložiskách. Tieto zliatiny sú považované za materiály pre nenáročnú prevádzku vzhľadom na ich obmedzenú únavovú odolnosť a schopnosť odolať vysokým zaťaženiam (obvykle sa používajú ako vrstva na bronzovom, oceľovom alebo železnom podklade). Zliatiny bohaté na cín bežne obsahujú antimón, meď alebo olovo v množstve do 12 hm.% cínu. Zliatiny bohaté na olovo obsahujú od 1 do 10 % cínu. Bronzy Bronzy sú zliatiny medi a cínu, s komerčnými stupňami obvykle obsahujúcimi od 3 do 8 % cínu v prípade tvárniacich produktov (tvarovaných ako platne, pásy, rúry, tyče a drôty a používané v aplikáciách, ako sú pružiny alebo časti prístrojov) a do 12 % v prípade liatych výrobkov (používaných na ozubené kolesá, klzné ložiská a v tradičných aplikáciách, napr. na výrobu zvonov a architektonických pamätníkov). Delové bronzy obsahujú aj zinok. Ostatné zliatiny s obsahom cínu Zliatiny hliníka a cínu na ložiskové aplikácie (Al6Sn, Al20Sn); zliatiny zirkónia a cínu (Zr2.5Sn) na puzdrá jadrového paliva; zliatiny titánu a cínu; zliatiny nióbu a cínu; zubné zliatiny (amalgám Ag3SnHg); ľahko taviteľné zliatiny. Cínový plech Cínový plech na obaly je druhým najrozšírenejším využitím cínu. Cínový plech je tenký, za studena valcovaný pás z nízkouhlíkovej ocele, na oboch stranách potiahnutý komerčne čistým cínom (1-15,2 g/m2). Obaly z cínových zliatin Množstvo cínových zliatin sa využíva komerčne ako obaly; sú to zliatiny cínu s niklom, cínu so zinkom, cínu s meďou, cínu s olovom a matový biely plech. Môžu sa aplikovať pokovovaním ponorom alebo elektrolytickým pokovovaním. Typické oblasti ich aplikácie zahŕňajú elektroniku, automobilový priemysel, potreby pre domácnosť a zariadenia chemickej výroby.


25

1.15 Horčík Horčík je kov, ktorý sa farbou takmer nedá rozoznať od hliníka, ale má nižšiu hustotu. Je najľahší z trojice ľahkých kovov – hliník, titán, horčík (napríklad kryt počítača, vyrobený z horčíka, má sotva dvojtretinovú hmotnosť hliníkového krytu). Tieto tri kovy sú základom leteckého inžinierstva. Ľahšie je len berýlium, ale jeho vysoká cena a potenciálna toxicita obmedzujú jeho využitie len na špeciálne aplikácie. Horčík je horľavý, ale iba v práškovej forme alebo vo forme veľmi tenkého plechu. Je drahší než hliník, ale omnoho lacnejší ako titán. Okolo 75 % z celkovej spotreby zliatin horčíka tvoria odliatky do foriem a odliatky liate na vytaviteľný model. Takmer všetky sa využívajú v častiach, ktoré sú v prevádzke do 150 °C, pretože nad touto teplotou horčíkové zliatiny mäknú. Zloženie Horčík + legujúce prvky, napr. Al, Mn, Si, Zn, Cu, Li, prvky vzácnych zemín Vzťah k životnému prostrediu Horčík je piatym najrozšírenejším prvkom v zemskej kôre a tretím vo svetových oceánoch – ekonomicky ťažiť sa dá z oboch prostredí (najvýdatnejším zdrojom je Mŕtve more). Jeho extrakcia je však veľmi energeticky náročná, energetická spotreba na jednotku hmotnosti je trojnásobná, ako u spotrebných polymérov a dvojnásobná, ako v prípade hliníka. Dá sa recyklovať pri spotrebe sotva jednej pätiny energie potrebnej na jeho extrakciu. Konštrukčné návody Dopyt po kompaktnej a ľahkej elektronike (laptopy, mobilné telefóny) a ľahkých vozidlách (kolesá, kovové časti vnútornej kabíny) prinútili návrhárov, aby zliatinám horčíka venovali väčšiu pozornosť než kedykoľvek predtým, stimulovali výrobu a vyvolali pokles cien. Aké sú perspektívy? Horčík má nízku hustotu, dobré mechanické tlmenie, omnoho lepšiu tepelnú vodivosť ako oceľ, horšiu elektrickú vodivosť ako meď a hliník, ale ešte stále vyhovujúcu. Dobre vyhovuje pre chránené prostredie domácnosti alebo kancelárie, ale intenzívne koroduje v slanej vode a kyselinách; dokonca aj v sladkovodnom prostredí stráca lesk, takže musí byť pokrytý ochranným povlakom. Ľahko sa opracúva, ale vzhľadom na jeho nízku tuhosť musia byť pritom časti pevne uchytené. Zliatiny horčíka sú navrhované pre špecifické účely. Niektoré (napr. AZ63, AZ92 a AM100) sú určené na liatie na vytaviteľný model; rad AZ91 sa používa na liatie do foriem. Väčšinu horčíkových zliatin možno zvárať pri využití metód TIG alebo MIG; ľahko sa dajú spájať i lepiť. Môžu byť použité aj pre bodové a švíkové zváranie, avšak len pri aplikáciách vyžadujúcich nízke napätie; vhodnejšie je nitovanie, za predpokladu použitia hliníkových nitov, aby sme predišlo galvanickej korózii.


26

Technické poznámky Najviac zaužívaný je klasifikačný systém ASTM, v ktorom prvé dve písmená označujú hlavné legujúce prvky, a to A = hliník, C = meď, E = vzácne zeminy, K = zirkónium, L = lítium, M = mangán, S = kremík, Z = zinok. Písmeno, zodpovedajúce prvku prítomnému v najväčšom množstve, sa používa ako prvé; ak sú množstvá rovnaké, sú zoradené abecedne. Za písmenami nasledujú číslice, ktoré označujú množstvá hlavných legujúcich prvkov vo váhových percentách, zaokrúhlených na najbližšie celé číslo; teda AZ91 znamená zliatinu 90 % Mg, 9 % Al a 1 % Zn; LA141 označuje zliatinu 85 % Mg , 14 % Li a 1 % Al. Príklady použitia Letecký priemysel; automobilový priemysel; športové náradie, napr. bicykle; obaly na jadrové palivo; vibračné tlmenie a tienenie obrábacích strojov; odliatky krytov motorov; kľukové skrine; kryty prevodov; kolesá automobilov; rebríky; kryty elektronických prístrojov, najmä mobilných telefónov a šasi prenosných počítačov; telesá fotoaparátov; kancelárske vybavenie; lodné vybavenie a kosačky trávy. Obchodné názvy Electron, Dowmetal, Revere alloy, Eclipsalloy Horčík a jeho zliatiny majú hexagonálnu kryštalickú štruktúru (na rozdiel od hliníka), ktorá však obmedzuje ich použitie na valcovanie alebo kovanie pri izbovej teplote. Dajú sa však pretláčať, kovať a valcovať pri teplote nad 350 °C. Toto čiastočne spôsobuje nízku spotrebu kovaných produktov – tieto tvoria okolo 25 % celkovej spotreby horčíkových zliatin. Preskúšajte sa: 1.Charakterizujte zlato? 2. Vysvetlite výskyt zlata ? 3. Charakterizujte striebro? 4. Vysvetlite aké zlúčeniny striebra poznáme v praxi? 5.Podrobne popíšte využitie zlata a striebra v praxi? 6. Popíšte cín a vymenujte jeho vlastnosti ? 7. Charakterizujte zliatinu cínu? 8. Popíšte spôsoby využitia horčíka ?

1.16 Moderné zliatiny a ich využitie v automobiloch 1.16.1 Hliníkové zliatiny Zliatiny na báze hliníka sa stali v malej alebo väčšej miere neoddeliteľnou súčasťou konštrukcie áut všetkých tried. Ich atraktivita spočíva v nízkej hmotnosti. Hliníkové zliatiny majú v porovnaní s oceľami približne tretinovú hmotnosť. Úsporu na hmotnosti však nie je možné posudzovať len na základe tohto parametra. Tým, že hliníkové zliatiny majú nižšie pevnostné vlastnosti, konštrukčné prvky musia byť masívnejšie. Plusom je tiež dobrá


27

recyklovateľnosť týchto zliatin, korózna odolnosť a dobrá dostupnosť. Menej pozitívne vyznieva vyššia a hlavne často sa meniaca trhová cena hliníka, a v porovnaní s oceľami horšia tvárniteľnosť a zvaritelnosť. V súčasnosti sa používajú zliatiny triedy 5xxx (Al-Mg zliatiny), predovšetkým 5251, 5754, 5182, 5022, 5023. Pre vyššiu medzu sklzu, ktorá môže dosahovať hodnoty až 600 MPa, sú aktuálne aj zliatiny triedy 6xxx (Al-Si zliatiny), 6022, 6181, 6016, 6111, 6009 a iné. V Európskych autách sa zriedkavo používajú aj prvky zo zliatin triedy 2xxx (Al-Cu zliatiny), 2036 a 2117. Ich väčšiemu rozšíreniu bráni sťažená recyklovateľnosť. Napriek tomu sú stále populárne v automobilkách USA . V exkluzívnych a neštandardných modeloch sa používajú konštrukcie s vyšším podielom hliníkových zliatin (napr. BMW radu 5 a 7 [38]) s úsporou na hmotnosti 5 až 15%, prípadne s celohliníkovou konštrukciou (napr. Audi R8, Jaguar XJ), kde sa dosahuje úspora na hmotnosti 40 až 50% [18]. Veľké uplatnenie na menej namáhané komponenty našli hliníkové peny. Ich prednosťou je ešte nižšia hmotnosť pri relatívne dobre zachovanej pevnosti.

Obr. 3: Celohliníková karoséria Audi R8 z roku 2011 [39]. 1.16.2 Horčíkové zliatiny Hmotnosť horčíkových zliatin je v porovnaní s hliníkovými zliatinami o 30% nižšia. Oproti oceliam je to až o cca 75% nižšia hmotnosť. Popri nízkej hmotnosti poskytujú horčíkové zliatiny aj možnosť odlievania aj tenkostenných odliatkov. Zliatiny horčíka pre tieto aplikácie sú legované mangánom a zinkom. Dominantné sú zliatiny s označením AZ91, AM50 a AM60. Medza sklzu týchto zliatin sa pohybuje od 120 do 160 MPa, medza pevnosti od 210 do 240 MPa, a ťažnosť je 3 až 10% . Pre tak nízke mechanické vlastnosti a vysokú reaktivitu s kyslíkom je použitie horčíkových zliatin obmedzené len na také konštrukčné prvky, ktoré nie sú veľmi namáhané a exponované kyslíku. Avšak predovšetkým horšie mechanické vlastnosti, z ktorých vyčnieva zvýšená citlivosť na vruby, majú na svedomí, že horčíkové zliatiny sa do praktických konštrukčných aplikácii v automobilizme zatiaľ takmer vôbec nedostali. Vo výnimočných prípadoch sa z týchto zliatin vyrábajú rôzne menej namáhané kryty. Ďalšou veľkou nevýhodou je možnosť výroby len odlievaním. Zatiaľ sa z komerčného hľadiska nedajú použiť procesy tvárnenia. Spomenúť treba tiež vysokú cenu týchto zliatin.


28

1.16.3 Od dreva po uhlíkové vlákna Na počiatku éry automobilov stál upravený koč, ktorý nahradil živé kone konskými silami v spaľovacom motore. Prvé automobily mali okrem pohonu identickú konštrukciu s konskými povozmi. Zahŕňalo to aj veľké drevené kolesá so špicmi. Na ochranu pred nástrahami neupravených ciest bolo drevo na kontaktnej ploche obalené tenkým kovovým plechom, prvotným predchodcom pneumatiky.

Obr. Kolesá prvých automobilov sa na dnešné veľmi nepodobali

Pôvodné kolesá z koča postupne zmenšovali svoj priemer, keďže sa autá už nemuseli svojimi proporciami prispôsobovať rozmerom koňa. 1895 – drevené kolesá s pneumatikami 1904 – odnímateľné kolesá 1926 – kolesá s oceľovými špicmi 1935 – celokovové disky kolies 1956 – hliníkové disky 1962 – horčíkové disky kolies 1984 – disky z uhlíkových vlákien V roku 1895 nahradila pneumatika pôvodné plechové pláty. Od roku 1904 začali výrobcovia na svoje automobily montovať odnímateľné kolesá. Rok 1926 priniesol oceľové špice namiesto dreva, čím sa zvýšila odolnosť kolesa. V roku 1935 prišiel americký Ford s celokovovými diskami kolies. Päťdesiate a šesťdesiate roky znamenali príchod diskov z ľahkých zliatin s využitím hliníka i horčíka. V oblasti výroby sa objavil v roku 1984 nový materiál - uhlíkové vlákna. Disky z neho prvýkrát vyrobili pre motorku, neskôr sa dostal aj do áut. Karbónové či horčíkové disky mali za úlohu zvýšiť pevnosť a minimalizovať hmotnosť. Napriek tomu, že sú oba materiály používané na výrobu kolies desiatky rokov, vysoká cena stále bráni väčšiemu rozšíreniu. Postupom času sa menil i dizajn diskov. Pôvodne plné kotúče vývojom začali dozrievať ako ementál – pribúdali v nich diery. Na svedomí to mali pokroky v zlievaní kovov, ktoré umožňovali dosiahnuť dostatočnú pevnosť pri menšom množstve materiálu. Okrem zníženia hmotnosti bolo účelom otvorenia plochy diskov aj lepšie chladenie brzdového systému.


29

1.17 Korózia kovov Korózia kovov prebieha samovoľne, pretože kov má tendenciu dostať sa do termodynamicky stabilného stavu (prirodzeného, v akom sa nachádza v prírode). Pri výrobe čistého kovu sa vynaloží obrovské množstvo energie, ktorej časť sa stáva súčasťou čistého kovu. Tento energeticky bohatší stav čistého kovu M0 sa označuje ako metastabilný, preto má snahu pri normálnych podmienkach vrátiť sa do stavu stabilného M+.

- povrch súčiastky má odlišné vlastnosti ako jej vnútro, pretože atómy v povrchovej vrstve sú v nerovnovážnej polohe, preto sú veľmi reaktívne. - povrch súčiastky je zaťažovaný a zároveň naň pôsobí okolité prostredie - z toho vyplývajú rôzne druhy poškodenia - znehodnocovanie chemickým alebo fyz.-chemickým pôsobením prostredia nazývame korózia Korózia je postupný, samovoľne prebiehajúci proces znehodnocovania materiálu pôsobením okolitého prostredia. Chemická korózia je rozrušovanie kovových materiálov vplyvom chemického pôsobenia vonkajšieho prostredia. Prejavuje sa väčšinou pôsobením suchých plynov, vzduchu, produktov horenia a v kvapalných neelektrolytoch ako je nafta, benzén a pod. [8, 10]. Korózia kovov v plynnom prostredí za vysokých teplôt je najviac rozšíreným typom chemickej korózie. Prejavuje sa pôsobením plynného prostredia na materiál pri vzniku chemickej zlúčeniny. Plyny oxidačne alebo redukčne pôsobiace. Príčinou je termodynamická nestálosť v danom plynnom prostredí pri danej teplote a tlaku agresívnej zložky. Základný činiteľ ovplyvňujúci rýchlosť korózie v oxidačných plynoch je homogenita vrstvy koroz. splodín. Oxidácia má ochrannú funkciu u niektorých kovoch ( Ti , Al ...). Redukčné plyny ako vodík nevytvárajú vrstvu kor. splodín. Vodík. krehkosť , H rozpustený v oceli, H kor. t. j. reakcia vodíka s C , vzniká metán neschopný difúzie spôsobujúci silne napätia iniciujúce trhliny. Elektrochemická korózia je rozrušenie kovových materiálov vplyvom elektrochemického pôsobenia okolitého prostredia – elektrolytu. Nastáva pri vzájomnom pôsobení kovov s elektrolytmi (napr. vodou, vodnými roztokmi solí, kyselinami, zásadami, roztavenými soľami), pričom prenos el. energie musí byť väčší ako na vzdialenosť dvoch atómov. Elektrochemická korózia sa riadi zákonmi elektrochemickej kinetiky. Pri koróznej reakcii vzniká el. prúd, ktorého podstatná časť sa mení na teplo. Schéma korózneho procesu vo vodnej kvapke (galvanický článok). V okrajových vrstvách kvapky prebieha katodová reakcia, a to redukcia rozpúšťaného kyslíka z atmosféry. anodová reakcia zodpovedá oxidácii Fe, jeho korózii. Korózne splodiny ( hrdza Fe(OH)3 ) vznikajú reakciami uvedenými na obrázku. Najdôležitejšími druhmi elektrochemickej korózie sú atmosférická, korózia vo vodách a pôdach, korózia vodnými roztokmi kyselín, zásad a solí. K atmosférickej korózii dochádza účinkom látok, nachádzajúcich sa v atmosfére ( O2, H2O, SO2, chloridy a iné). Korózne deje prebiehajú v tenkej vrstve kondenzovanej vzdušnej vlhkosti na povrchu kovu. Dôležitým činiteľom urýchľujúcim korózne porušenie kovov v atmosfére sú prítomné exhaláty ( najagresívnejšie sú SO2, H2S, HCl a iné) a podľa obsahu SO2 sa hodnotí aj korózna agresivita atmosféry. Deštrukčné pôsobenie atmosféry na sa vyjadruje zvyčajne ročným úbytkom hrúbky alebo hmotnosti kovu na jednotku povrchu. "Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ "

30

Zoznam použitej literatúry

1. www.sskp.sk/edu/images/files/ach/1.pdf 2. http://www.zones.sk/studentske-prace/chemia/5353-latky-prvky-zluceniny-zmesi/ 3.http://www.zones.sk/studentske-prace/biologia/7187-vyznam-nacl-ako-uzitocnej-ajskodlivej-latky-pre-zivot-cloveka/ 4. http://kekule.science.upjs.sk/chemia/digitalna_kniznica/assets/data/ Alternativne%20paliva.pdf 5. www.medportal.sk 6. www.kmti.szm.sk/ch-p6a.pdf 7. Síra _ Ťaháky-referáty.sk.htm 8. http://people.ksp.sk/~yoyo/prvky/ 9. www.matnet.sav.sk 10. http://www.yopi.sk 11. http://www.pneusvet.sk 12. http://www.materialing.com/ 13. www.autobild.sk 14. kmi2.uniza.sk/wp-content/uploads/.../Korózia-a-opotrebenie-teoria.doc 15. http://kekule.science.upjs.sk/chemia/kuch/kaz/4.htm


31

Vydané pre interné účely SOŠ v Strážskom. Autorské práva vyhradené.

2015


32

TREDNÁ ODBORNÁ ŠKOLA STRÁŽSKE UČEBNÉ MATERIÁLY. k predmetu CHÉMIA pre 2. ročník SOŠ v Strážskom, študijný odbor prevádzka a ekonomika dopravy

Recommend Documents