D prvky – maturitní otázka

 

Otázka: D-prvky

Předmět: Chemie

Přidal(a): tomas.cech

 

Obecné vlastnosti

• Kovy
• Mohou tvořit řadu sloučenin s různými oxidačními čísly – s rostoucím oxidačním číslem roste kyselinotvornost – kyselina 1-3
• Jsou jejich sloučeniny až na výjimky barevné ­ barva přitom závisí nejen na daném d prvku, ale i na jeho oxidačním čísle
• Tvoří komplexní sloučeniny – komplexy jsou rozpustné ve vodě – těžba zlata
• D prvky a jejich oxidy mají často katalytické účinky

 

Prvky triády železa

• Fe, Co a Ni se vyskytují takřka výhradně ve sloučeninách.
• Kovy se vyrábějí z rud vždy redukcí, nejčastěji uhlíkem.

 

Železo

• Kovy se vyrábějí z rud vždy redukcí, nejčastěji uhlíkem.
• Koroze
• Železo je 4. nejrozšířenější prvek zemské kůry
• ZPŮSOBY OCHRANY ŽELEZA PŘED KOROZÍ:
  • ­ korozivzdorná ocel ­ hlavní legovací příměsi Cr, Ni, příp. Mo
  • ­ nátěry
  • ­ pokovování nekorodujícím kovem ­ nejčastěji Zn, Cr, Ni
  • ­ obětovaná anoda ­ obvykle z Al, Mg, Zn

 

Kobalt

• je poměrně vzácný kov, jeho výroba je komplikovaná, proto je drahý téměř jako stříbro.
• Hlavní použití:
  • velmi tvrdé a odolné slitiny pro turbíny,
  • obráběcí nástroje, vrtné hlavice apod.
  • zdroj gama záření k ozařování nádorů
  • barvení skla a keramiky na modro

 

Nikl

• bílý, lesklý, dobře tažný a chemicky odolný kov
• Hlavní použití: ochrana železa proti korozi (poniklování nebo legování oceli), slitiny na výrobu přesných elektrických odporů (konstantan, nikelin), výroba dobíjecích elektrických článků (Ni­Cd, Ni­MH), katalyzátor hydrogenací

 

Výroba železa

• Rudy železa: magnetit Fe3O4, hematitFe2O3
• Litina
  • Surové železo není kujné, zpracovává se odléváním do forem – příčina – uhlík 2%
  • Použití: mříže, rošty, sloupky, ozubená kola, radiátory, pumpy
• Ocel
  • Kujné železo
  • Odstraněním přebytečného uhlíku a dalších nežádoucích prvků, zejména fosforu a síry (běžné oceli mají obvykle pod 1,5% uhlíku). Uhlík se odstraňuje reakcí s kyslíkem na CO2, ostatní látky reakcemi s dalšími přísadami nebo s vyzdívkou.
  • Ocel je příliš měkká ­ proto je nutno ji zušlechtit
• Legování – chemická metoda
  • Je to tvorba slitin železa s jinými kovy, nejčastěji s Ni, Cr, V, Mn, W, Co.
• Kalení – fyzická metoda
  • Zahřátí oceli na vysokou teplotu a následné prudké ochlazení čímž dojde ke změně
  • krystalické struktury oceli a tím k výraznému zvýšení tvrdosti.
  • Zvýšení tvrdosti je doprovázeno zvýšením křehkosti – nebezpečí zranění

 

Platinové kovy

• Dělí se na ­
  • lehké platinové kovy: ruthenium, rhodium, palladium
  • těžké platinové kovy: osmium, iridium, platina
• Všechny platinové kovy jsou ušlechtilé a málo reaktivní, nacházejí se tedy ryzí, často společně, obvykle jako příměsi v jiných kovech nebo jejich rudách – těžké oddělit od sebe.
• Vlastnosti:
  • Katalické účinky, ušlechtilé ­ v Beketovově řadě leží napravo od vodíku, vysoká hustota, vysoká teplota tání, mechanicky i chemicky vysoce odolné, nepodléhají korozi

 

Platina

• Platina je nejrozšířenější a nejpoužívanější platinový kov.
• Kromě šperkařství a mincovnictví má velké využití v technice: chem. Nádobí, optická vlákna…

 

Ostatní

• Katalyzátory – Najdeme je v automobilech, v potravinářství

 

Prvky skupiny mědi

• Vlastnosti: výborně kujné a tažné, těžké, jejich ionty jsou tedy jedovat, lesklé, vysoké světelné odráží světlo, ušlechtilé nejvíce reaktivní měď

 

Měď

• Rudy: Chalkopyrit CuFeS2, malachit.
• Výroba
• pražení ­ v žáru se většina sulfidů mědi převede na oxidy
• ­ tavení s křemenem ­ železo vytvoří křemičitanovou strusku
• ­ reakce zbylých sulfidů se vzniklými oxidy mědi
• ­ přečištění surové mědi elektrolýzou
• Vlastnosti
  • Měď je červený lesklý těžký kov, odolný protikorozní, výborný vodič tepla a elektřiny.
  • Ionty měďnaté barví plamen do zelena, v roztoku jsou modré. Jsou jedovaté!
  • Koroze – mění se na zelenou
  • Slitiny:
    • Bronz – Cu + Sn
    • Mosaz – Cu+ Zn
  • Modrá skalice – Jedovatá – ochrana dřeva

 

Stříbro

• Stříbro je bílý, lesklý, poměrně měkký těžký kov, výborný vodič tepla i elektřiny.
• V přírodě se vyskytuj i ryzí, většinou však ve formě sulfidů.
• Kromě mincovnictví a šperkařství se stříbro používá: ­
  • ­ v elektrotechnice (vodiče, výroba miniaturních článků)
  • ­ k výrobě zrcadel, ale i CD a DVD (vysoká odrazivost)
  • ­ na kožní masti, k čištění studní (baktericidní účinky)
• Na světle černá – fotografie

 

Zlato

• Žlutý, lesklý, měkký, těžký kov.
• Vzhledem ke své nízké reaktivitě se obvykle nachází ryzí, v podobě nugetů.
• Využití:
  • Šperkařství – měkké – příměsi – max 24 karátů
  • Elektronika – kontakty
  • Sklářství

 

Prvky skupiny zinku

• Vlastnosti
  • jsou bílé (Zn s modrým nádechem) a lesklé
  • nepodléhají korozi
  • jsou špatně kujné
  • mají nízkou teplotou tání (Hg pod bodem mrazu)
  • ve sloučeninách mají oxidační číslo II (Hg také I)
  • jejich rozpustné sloučeniny jsou jedovaté

 

Zinek

• Výroba
• Hlavní rudou zinku je sfalerit
• nejprve se pražením na vzduchu převede na oxid:
• ­ ten pak má dvě možnosti dalšího zpracování:
  1. buď se rozpustí v H2SO4 a ze vzniklého ZnSO4 se zinek získá elektrolýzou
  2. nebo se redukuje koksem
• Využití: Ochrana oceli před korozí – nástřiky
• Výroba galvanických článků
• Sloučeniny:
  • ZnO = oxid zinečnatý – zinková běloba
  • Zn3P2 = fosfid zinečnatý – jed na krysy

 

Kadmium

• Jedovatý kov nepodléhající korozi, vyrábí se z rud zinku nebo olova, ve kterých se vyskytuje jako příměs.
• POUŽITÍ:
  • ochrana oceli před korozí (galvanické pokadmiování)
  • do slitin (zejm. pájky)
  • výroba Ni­Cd dobíjecích baterií
• SLOUČENINY:
  • CdS = sulfid kademnatý ­ kadmiová žluť
  • Jedovaté

 

Rtuť

• Rtuť je stříbrolesklý kapalný kov nepodléhající korozi, ušlechtilý, těžký, jedovatý, dobrý vodič.
• S řadou kovů (včetně zlata, ale ne železa) tvoří slitiny zvané amalgámy.
• Ve sloučeninách má oxidační čísla I a II.
• V přírodě se vzácně vyskytuje i ryzí, ale prakticky jediným jejím zdrojem je minerál cinnabarit (rumělka) HgS.
• Vyrábí se z ní pražením na vzduchu – poté destilace
• Použití
  • Teploměry, tlakoměry, polarograf – Heyrovský
  • Amalgámy – těžba zlata, zuby, NaOH
  • Úsporné žárovky
• Sloučeniny
  • Hg2Cl2 = chlorid rtuťný ­ kalomel
  • HgCl2 = chlorid rtuťnatý ­ sublimát

 

Titan

• Šedý, lehký, tvrdý a odolný kov, za normální teploty prakticky nereaktivní
• Jeho nejdůležitější sloučeninou je TiO2 ­ titanová běloba ­ netoxická, s vysokou bělostí a kryvostí.

 

Vanad

• Jeho nejdůležitější sloučeninou je V2O5 ­ katalyzátor při výrobě kyseliny sírové.

 

Chrom

• Bílý, výrazně lesklý, tvrdý, křehký, korozivzdorný, chemicky odolný kov.
• Používá se k legování oceli ­ zvyšuj její tvrdost, korozi­ a žáruvzdornost.
• Pochromování chrání povrch oceli – před korozí – auta
• Cr2O3 = oxid chromitý

 

Molybden

• Šedobílý, lesklý, tvrdý, křehký, korozivzdorný, chemicky odolný kov s vysokou teplotou tání.
• Používá se k legování oceli ­ zvyšuje tvrdost a odolnost

 

Wolfram

• Šedý, velmi těžký (asi jako zlato), vysoce chemicky i mechanicky odolný, ze všech kovů s nejvyšší teplotou tání – žárovky
• Legování

 

Mangan

• MnO2 = oxid manganičitý = burel ­ šedý prášek, katalyzátor, dříve součást nejstaršího komerčně vyráběného typu galvanického článku
• KMnO4 = manganistan draselný = hypermangan ­ tmavě fialová krystalická látka rozpustná ve vodě na světle růžový až sytě fialový roztok, silné oxidační činidlo užívané v lékařství k dezinfekci
• Legování

 

Aktinoidy

• stříbrolesklé, těžké, toxické, radioaktivní kovy. Praktický význam mají jen Th, U a Pu.

 

Uran

• Hlavní rudou uranu je uraninit (smolinec) ­ UO2 s příměsí řady dalších prvků, které buď uran doprovázejí, nebo vznikají jeho rozpadem.
• Těžba: povrchové i hlubinné doly ­ hrozba znečištění prostředí radioaktivním prachem
• chemické loužení ­ hrozba znečištění spodní vody
• Využití
  • jako zátěž do lodí, letadel, gyroskopů aj.
  • na výrobu vysoce průrazné munice

 

Thorium ­

• potenciální náhrada uranu v jaderných reaktorech
• jeho výskyt je zhruba 3x vyšší než výskyt uranu

 

Plutonium

• jediný transuran vyráběný v průmyslovém měřítku
• vyrábí se z uranu v jaderných reaktorech
• převážně pro výrobu atomových bomb
• palivo v jaderných reaktorech

 

Lanthanoidy

• Všechny lanthanoidy jsou měkké stříbrolesklé kovy, poměrně
• Reaktivní
• Výskyt: vzácné v přírodě, ve sloučeninách, komplikovaná výroba
• Použití: metalurgie, sklářství