D-prvky – charakteristika a nejdůležitější sloučeniny

Proč je zakázané kopírování? 💾 Stáhnout materiálVIP členstvíNahlásit chybu

chemie

 

   Otázka: D-prvky – charakteristika a nejdůležitější sloučeniny

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): eliskanikon

 

 

Charakteristika D-prvků

  • nazývají se také přechodné prvky, leží mezi s-prvky a p-prvky
  • 4., 5., 6., 7. perioda periodické tabulky, 4-7 valenčních elektronů
  • všechny d-prvky – kovy
    • menší atomové poloměry než s-prvků (téže periody)
    • do kovové vazby poskytují více valenčních e. (většinou z neúplně obsazených d-orbitalů)
    • vysoká hustota, teplota varu a tání, tvrdé, křehké, dobře tepelně a elektricky vodivé
    • vzájemně tvoří slitiny
    • pouze Zn, Cd, Hg – plně obsazené d-orbitaly (málo se podílejí na kovové vazbě)
      -> měkké a mají nízké body tání
  • ve sloučeninách – různá oxidační čísla
  • valenční elektrony – přibližně stejná energie, k tvorbě vazeb využívají s- a d-elektrony
  • ionty a sl. – barevné (pohlcením viditelného světla -> přechod d-elektronů mezi hladinami)
    • ionty s prázdnými nebo plnými d-orbitaly – bezbarvé
  • často tvoří koordinační sloučeniny – komplexy
  • reakce ušlechtilých s koncentrovanou kyselinou: M (kov) + HNO3 -> MNO3 + NO2 + H2O
  • reakce ušlechtilých se zředěnou kyselinou: M (kov) + HNO3 -> MNO3 + NO + H2O

 

Rozdělení

  • ušlechtilé d-prvky: Cu, Ag, Au, Pt, Hg
  • neušlechtilé d-prvky: všechny ostatní

 

Slitiny = homogenní směs (pevný roztok) kovů

  • bronz = Cu+Sn
  • mosaz = Cu+Zn
  • alpaka = Cu+Ni
  • dural = Al+Cu+Mg/Mn
  • liteřina = Pb+Sn+Sb
  • pájka = Pb+Sn
  • Woodův kov = Sn+Pb+Bi+Cd
  • nerez = Fe+Cr+Mn
  • ocel = Fe+C+kov
  • feromangan = Fe+Mn
  • ferochrom = Fe+Cr
  • amalgám = Hg+kov

pasivace = pokrytí kovu ochrannou vrstvou zabraňující korozi a narušení povrchu kovu

 

TRIADÁ ŽELEZA

  • charakteristika
    • 4. perioda, 8.-10. skupina
    • patří mezi neušlechtilé kovy
    • nazýváme je také prvky skupiny železa
  • železo (Fe)
  • kobalt (Co)
    • výskyt: kobaltin CoAsS, stopový biogenní prvek – vitamín B12
    • vlastnosti
      • bílý kov
      • dobře vede elektrický proud
      • paramagnetický (= je vtahován do magnetického pole)
      • běžná ox. č. – II, III
      • vazby – nejčastěji kovalentní
      • rozpustné ve zředěných kyselinách – kyselina sírová, kyselina dusičná
    • výroba: pražením sulfidických rud/redukcí oxidu kobaltnato-kobaltitého uhlíkem
      • Co3O4 + 2C -> 3Co + 2CO2
    • využití
      • při výrobě některých druhů ocelí – katalyzátor
      • radioaktivní 60Co – zdroj gama záření na ozařování nádorových buněk (kobaltové dělo)
      • v defektoskopii – odhalování vnitřních skrytých vad materiálů (nedokonalé sváry, trhliny)
    • sloučeniny
      • CoS – černá sraženina, nerozpustná ve vodě
      • CoO – olovově zelený
      • Co(OH)2 – modrá sraženina
      • (Co+II – zelený, Co+III – růžový)
  • nikl (Ni)
    • výskyt: sulfidické rudy, meteority (slitiny niklu s železem)
    • vlastnosti
      • bílý kov
      • dobře vede elektrický proud
      • paramagnetický (= je vtahován do magnetického pole)
      • běžná ox. č. – II, III
      • vazby – nejčastěji kovalentní
      • rozpustné ve zředěných kyselinách – kyselina sírová, kyselina dusičná
    • využití: součást mnoha slitin, používá se proti korozi, jako katalyzátor
    • výroba: pražením sulfidických rud: 2Ni3S2 + 7O2 → 6NiO + 4SO2 NiO + C → Ni + CO
    • sloučeniny
      • NiS – černá sraženina, nerozpustná ve vodě
      • NiO – zelený, barví sklo
      • Ni(OH)2 – zelená sraženina

 

PRVKY SKUPINY MĚDI

  • vlastnosti
    • 11. skupina (I. B)
    • patří sem ušlechtilé kovy
    • ve valenčním s-orbitalu – 1 elektron
    • na vazbách se ale podílí i elektrony z d-orbitalů (-> vyšší ox. č. než s-prvky)
  • měď (Cu)
    • výskyt: v zemské kůře jako ryzí, chalkopyrit CuFeS2, kuprit Cu2O, chalkozin Cu2S
    • vlastnosti
      • tažný, kujný, vysoce tepelně a elektricky vodivý kov (zbarvená do červená)
      • ox. č. – I, II, III
      • poměrně stálá, reaktivita klesá se stoupajícím protonovým číslem
      • rozpustná v roztocích látek se silnými oxidačními účinky
      • na vzduchu se pokrývá zelenou vrstvou měděnky (hydrogenuhličitan mědi) – proti korozi
    • výroba: pražením např. chalkopyritu, čištění elektrolyticky
      • 2Cu2S + 3O2 -> 2Cu2O + 2SO2
      • Cu2S + 2Cu2O -> 6Cu + SO2
    • využití: v elektrotechnice, výroba katalyzátorů a slitin
      • bronz – Cu+Sn
      • mosaz – Cu+Zn
      • alpaka – Cu+Ni
    • sloučeniny
      • Cu2S – vzniká přímou reakcí prvků
      • CuS – černý, ve vodě nerozpustný
      • Cu2O – červený prášek, nerozpustný ve vodě, barví sklo na červeno
      • CuO – černý, nerozpustný ve vodě, barví sklo na zeleno
      • Cu2[Fe(CN)6] = Hatchetova hněď
      • CuSO45H2O = modrá skalice, používá se jako fungicid (k hubení plísní)
        • ke galvanického pokovování
        • v bezvodém stavu – bílá, hygroskopická
    • důkaz mědi (vznikne červenohnědá látka – Hatchetova hněď)
      • K4 [Fe(CN)6 ]+2CuSO4 -> Cu2 Fe(CN)6 +2K2 SO4
    • Fehlingovo činidlo – důkaz cukrů
      • skládá se ze dvou částí
        • Fehlingovo činidlo I. – CuSO4
        • Fehlingovo činidlo II. – KOOC-COH-COH-COONa + NaOH
      • v případě přítomnosti redukujícího cukru či aldehydu
        • 2Cu+II + RCHO -> 2Cu+ + RCOOH + 2H+
        • oxidace aldehydické či ketonické skupiny
        • redukce Cu2+ -> Cu+ (změna zbarvení – z modré na oranžovou)
      • glukosa – redukující cukr, obsahuje aldehydovou skupinu
        • dochází k oxidaci aldehydové skupiny na karboxylovou skupinu
      • sacharosa – disacharid, neredukující cukr
        • aldehydická skupina – zapojena do glykosidické vazby
        • s Fehlingovým činidlem nereaguje (modré zbarvení)
  • stříbro (Ag)
    • výskyt: v zemské kůře jako ryzí, argentit Ag2S, sylvanit AgTe2, lápis AgNO3
    • vlastnosti
      • tažný, kujný, vysoce tepelně a elektricky vodivý kov
      • zbarvené do bíla
      • č. – I, II, III
      • poměrně stálé, reaktivita klesá se stoupajícím protonovým číslem
      • rozpustné v roztocích látek se silnými oxidačními účinky
      • Dianin strom: 2AgNO3 + Hg -> Hg(NO3)2 + 2Ag (stříbro ušlechtilejší)
    • výroba: získává se z rud (společně s olovem) odlučováním – vháněním kyslíku do taveniny
      • 2Ag2S + 3O2 -> 2Ag2O+2SO2
      • Ag2S + 2Ag2O -> 6Ag+SO2
    • kyanidace stříbra
      • AgCN + NaCN -> Na[Ag(CN)2]
      • Na [Ag(CN)2] + Zn -> 2Ag + Na2[Zn(CN)4]
    • rafinace (= očištěn kovu od nečistot) – elektrolýza (roztok AgNO3)
      • A: surové Ag -> anodové kaly (= nečistoty hromadící se kolem anody – Pt, Au)
      • K: plech čistého Ag -> vylučuje se čisté Ag
    • využití
      • výroba fotografických materiálů, zrcadel, v elektrotechnice
        • krystalky AgBr = fotograficky citlivá vrstva filmu v želatině
          -> v místě ozáření fotografické vrstvy dojde k přechodu fotonu na vyšší energii
          -> krystalky s nadbytkem elektronů – vytvoří tzv. skrytý obraz (latentní)
          -> vyvolání filmu = reakce filmu s vývojkou (hydrochinon – redukční činidlo)
          -> urychlení reakce přednostně v místě s latentním obrazem (Ag+ + e->Ag)
          -> AgBr – původně nažloutlá barva -> zčerná (kde se přeměnila na Ag)
          -> nadbytečný AgBr se odstranil při ustalování, vzniká negativ (AgCl+2Na2S2O3)
          -> Na3(Ag(S2O3)2) + NaCl) (ustalovač – Na2S2O3)
          -> osvětlená místa – zčernala; neosvětlená místa – bezbarvá
          -> vzniká pozitiv (prosvícením negativu)
          -> zachycení světla na fotografický papír
      • koloidní stříbro – baktericidní účinky, v lékařství a při výrobě textilií
        • oblečení – sportovní, funkční, pracovní (antibakteriální a antistatický efekt)
    • sloučeniny
      • Ag2S = argentit, akantit, černý, vzniká jako produkt černáním Ag účinkem H2S
        • stříbrné šperky černají v sirných pramenech
      • Ag2O – hnědý, ve vodě nerozpustný, rozpustný v NH3, zásaditý
      • AgNO3 = lápis, bezbarvá, ve vodě rozpustná látka
        • výroba dalších sloučenin stříbra a v kožním lékařství (léčba bradavic – kaustika)
        • 3Ag + 4HNO3 -> 3AgNO3 + NO + 2H2O
      • Ag3N = třáskavé stříbro, výbušné
    • Tollensovo činidlo – důkaz přítomnosti aldehydů
      • směs AgNO3 a vodného roztoku NH3 (NH4OH)
      • příprava činidla
        • Ag2O + 2NaNO3 + 4NH4OH -> [Ag(NH3)2]NO3 + 2NaOH + 3H2O
        • 3NH4OH + AgNO3→ [Ag(NH3)2]OH + 2H2O + NH4NO3
      • 2[Ag(NH3)2]++ RCHO + H2O → 2Ag(s) + 4NH3 + RCOOH + 2H+
        • stříbro se redukuje: Ag+-> Ag0 (vznikne tzv. stříbrné zrcátko)
        • aldehyd se oxiduje na karboxylovou kyselinu: CHO -> COOH
  • zlato (Au)
    • výskyt: v zemské kůře jako ryzí (tvoří plíšky, drátky, zrnka, valounky -> zisk rýžováním)
    • vlastnosti
      • tažný, kujný, vysoce tepelně a elektricky vodivý kov
      • zbarvené do žluta
      • ox. č. – I, II, III, V
      • poměrně stálé, reaktivita klesá se stoupajícím protonovým číslem
      • rozpustné pouze v lučavce královské
    • výroba:
      • amalgamace – rozpuštění Au v Hg -> zisk amalgámu -> zisk zlata destilací
      • kyanidace – redukce neušlechtilým kovem z kyanozlatnatých komplexů
        • 4Au + 8NaCN + 2H2O + O2 -> 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
        • 2Na[Au(CN)2] + Zn -> Na2[Zn(CN)4] + 2Au
      • využití: klenotnictví (100% zlato = 24 karátů) – nejčastější 14karátové zlato (58,5% zlata)
        • pozlacování neušlechtilých kovů, zubní lékařství, jako měnové zlato

 

PRVKY SKUPINY ZINKU

  • charakteristika
    • 12. skupina (II. B)
    • Zn, Cd – neušlechtilé kovy; Hg – ušlechtilý kov
    • jejich sloučeniny nejsou barevné, jelikož jejich kationty mají zaplněné d-orbitaly
  • zinek (Zn)
    • výskyt: sfalerit ZnS (tzv. zinkové blejno), křemičitany
    • vlastnosti
      • stříbrolesklý kov s nízkou teplotou tání
      • za normální teploty – křehký
      • při teplotě 100-150°C – tažný a kujný
      • pokrývá se vrstvičkou oxidů
    • výroba: elektrolýzou nebo pražením sfaleritu – získá se ZnO, který se poté redukuje uhlíkem
      • 2ZnS + 3O2 -> 2ZnO + 2SO2
      • 2ZnO + C -> 2Zn + CO2
    • využití: výroba slitin (mosaz), k pokovování, redukční činidlo
    • sloučeniny
      • ZnS – bílá amorfní látka, používá se k výrobě barev
      • ZnCl2 – bílý zrnitý prášek, dobře rozpustný ve vodě (vývoj tepla)
        • jeho vodný ʘ reaguje kysele
      • ZnO = zinková běloba, bílá krystalická látka, vzniká hořením zinku, barvivo (pigment)
        • absorbuje UV záření, není toxický, venkovní nátěrové barvy (na světle stálejší)
      • Zn(OH)2 – amfoterní bílá sraženina
        • vzniká působením alkalických hydroxidů na vodné roztoky zinečnatých solí
      • ZnSO47H2O = bílá skalice, krystalická látka
        • používá se v galvanotechnice a k přípravě dalších sloučenin zinku
  • kadmium (Cd)
    • výskyt: provází zinek v rudách
    • vlastnosti
      • stříbrolesklý kov s nízkou teplotou tání
      • měkčí a tažnější než zinek
      • na vzduchu se pokrývá vrstvičkou oxidů
      • nesmírně jedovatý
        • váže se na enzymy (schopnost vázat se na síru – AMK) = katalytické jedy
    • výroba: elektrolyticky při elektrolýze zinku – zisk z rud zinku/olova destilací
    • využití
      • k pokovování (proti korozi aut, letadel, strojů)
      • k absorpci neutronů v jaderné technice
      • při výrobě akumulátorů (spolu s Ni)
    • sloučeniny – prudce jedovaté
      • CdS = kadmiová žluť, žlutý prášek rozpustný ve vodě, malířská barva
      • Cd(OH)2 – reaguje pouze s kyselinami, málo rozpustný
  • rtuť (Hg)
    • výskyt: rumělka (cinabarit) HgS
    • vlastnosti
      • stříbrolesklý kov s nízkou teplotou tání
      • za normální teploty – kapalná
      • její páry – prudce jedovaté (jedovatost způsobena kvůli vázání na síru – součást proteinů)
      • odolná vůči vzdušnému kyslíku
    • výroba: z rumělky pražením nebo reakcí se železem
      • HgS+O2 ->Hg+SO2
      • HgS + Fe → Hg + FeS
    • využití
      • chemický průmysl – výroba chloru alkalickou metodou
      • příprava amalgámů (= slitiny Hg s jinými kovy) a léčiv
      • rtuťové zářivky, rtuťové katody
    • sloučeniny – prudce jedovaté
      • HgS = rumělka, nejdůležitější ruda rtuti
      • Hg2Cl2 = kalomel (chlorid rtuťný), výroba elektrod, v lékařství (projímadlo)
      • HgCl2 – prudce jedovatá sloučenina: HgCl2 + Hg -> Hg2Cl2
    • Nesslerovo činidlo – důkaz přítomnosti amonných iontů
      • roztok K2[HgI4] v KOH
      • podle c amonných iontů se objeví žluté zbarvení roztoku nebo až hnědá sraženina
      • velmi toxické a nebezpečné pro životní prostředí
      • K2 [HgI4 ]+NH3→K2 [HgI4 (NH3)]
    • polarografie – elektrochemická metoda
      • sloužící k určování výskytu a koncentrace látek v roztoku
      • Jaroslav Heyrovský (1922), Nobelova cena 1959
      • rtuťová katoda – rtuťová kapka (tvorba elektrické dvojvrstvy)
      • princip
        • závislost ele. proudu na napětí na dvou elektrodách ponořené roztoku (elektrolyt)
        • na křivkách se objevují polarografické vlny
        • poloha vln charakterizuje jednotlivé látky
        • koncentrace příslušné látky – z velikosti nárůstu proudu
    • spektrometrie
      • metoda založená na interakci elektromagnetického záření se vzorkem
      • měří spektrum, které látka vyzařuje
      • D-prvky mají barevné sloučeniny
    • polarimetrie
      • optická metoda analytické chemie
      • měření optické otáčivosti – stočení roviny polarizovaného světla opticky aktivní látkou
  • titan (T)
    • výskyt: ilmenit FeTiO3, rutil TiO2
      • 7. nejrozšířenější prvek v zemské kůře
    • vlastnosti
      • 4. skupina (IV. B), 4. perioda
      • patří mezi neušlechtilé kovy
      • lehký a tvrdý kov ocelového vzhledu
      • mimořádně chemicky stálý – netečný k působení vody a atmosférických plynů
        • odolává působení většiny kyselin a zásad, odolává korozi
    • výroba – Scrallův způsob
      • výroba finančně náročná, nelze využít běžné hutní metody
      • pyrolýzou ilmenitu nebo rutilu s uhlíkem a chlorem se získává chlorid titaničitý
        • jeho páry se redukují hořčíkem
        • TiO2 + 2Cl2 + 2C → TiCl4 + 2CO
        • TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2
    • využití
      • letecký průmysl (extrémně namáhané součásti letadel)
      • kosmické technologie (konstrukční materiál družic, vesmírný sond)
      • medicínské implantáty (titan – biokompatibilní, nízká hmotnost, vysoká pevnost)
      • šperky (pearcing)
    • sloučeniny
      • titaničitan železnatý FeTiO3 = ilmenit
      • oxid titaničitý TiO2 = rutil = titanová běloba – bílý pigment (E171 – barvení želé, džemů)
      • chlorid titaničitý TiCl4 – náplň dýmovnic
        • při styku se vzdušnou vlhkostí hydrolyzuje za vzniku bílého dýmu TiO2 a HCl
  • vanad (V)
    • tvrdý, ocelově šedý, chemicky odolný kov
    • využití: zušlechťování oceli
    • sloučeniny: oxid vanadičný V2O5 – katalyzátor při průmyslové výrobě H2SO4

triáda lehkých platinových kovů – Ru, Rh, Pd
triáda těžkých platinových kovů – Os, Ir, Pt

 

  • biogenní prvky (stopové)
    • Fe – základní složka hemu v hemoglobinu, cytochromy v elektron. transp. řetězci, myoglobin
    • Co – podstatná složka vitaminu B12 (porfyrinový cyklus)
    • Cu – součást cytochromu v elektronovém transportním řetězci, hemocyanin (barvivo plžů, mlžů)
    • Mn – kofaktor enzymů (hydrolas a transferas), aktivátor enzymů, metabolismus cukrů
    • Zn – kofaktor mnoha enzymů, řídí činnost enzymů
    • Cr – trojmocný chrom ovlivňuje účinky inzulinu
    • Mo – složka enzymů

 

  • těžké kovy
    • kov či polokov, který představuje hrozbu pro životní prostředí (Cd, Hg, Pb)
    • před rokem 1936 – význam „heavy metal“ zbraně nebo střela značných rozměrů
    • v roce 1936 Oxford English Dictionary jako první klasifikuje těžké kovy >7 g.cm-1
    • v roce 2001 učebnice toxikologie – neexistuje chemický základ pro definici těžkých kovů
    • vyšší hustota než železo
    • těžké kovy: As, Be, Cd, Co, Cr, Cu Fe, Hg, Mn, Mo, Ni, Pb Sb, Sc, Se, Ti, Tl, V, Zn
    • některé těžké kovy (Cu, Zn) – pro lidské tělo nezbytné a prospěšné
      • ve větším množství poškozují zdraví
      • schopné vázat látky – strukturní bílkoviny, enzymy či nukleové kyseliny
      • ovlivňují jejich funkci
  • metalurgie = získávání kovů z rud a jejich úprava (rafinace = úprava surového kovu)
    • kromě ušlechtilých se všechny kovy vyrábí z rud
    • redukce
      • redukčními činidly, které se oxidují
      • C a CO pro výrobu Fe, Mn, Sn, Pb, Zn
      • H2 a hydridy pro výrobu Mo, W, Ti
    • metalotermie
      • = redukce za vysoké teploty, přičemž redukčním činidlem je jiný kov
      • např. použiji hliník, abych získal čistý chrom, přičemž hliník vytvoří sloučeninu
      • podle Beketovovy řady napětí kovů
      • aluminotermie – použití Al, velmi časté, používá se pro výrobu Cr
      • magneziotermie – použití Mg
      • kalciotermie – použití Ca
      • silikotermie – použití Si
  • termický rozklad
    • například pro výrobu rtuti se udělá silně exotermický rozklad
    • dobře se termicky rozkládají HgO, ZnO (na kov a kyslík)
  • elektrolýza
    • z taveniny daného kovu vyrobíme – Li, Na, Ca, Mg, Al
    • z taveniny halogenidu daného kovu – Al, Cu, I. A, II.A, Zn
    • rafinace (= očištěn kovu od nečistot) – pomocí elektrolýzy – vyloučení čistého kovu na K


Další podobné materiály na webu: