Významné kovy D-prvků – maturitní otázka

 

Otázka: Významné kovy D-prvků

Předmět: Chemie

Přidal(a): andrea

 

Cu, Ag, Au

• ₂₉ Cu [₁₈ Ar] 3d¹⁰ 4s¹ – +1,+2
• ₄₇ Ag [₃₆ Kr] 4d¹⁰ 5s¹ – +1
• ₇₉ Au [₅₄ Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹ – +1,+3
• ušlechtilé kovy, často ztotožňovány s s¹ prvky – podobná konfigurace (1e^– v s orbitalu, ale protože mají d e^–, mohou tvořit i vyšší ox. stupně)
• na vzduchu poměrně stálé, málo reaktivní
• vysoká teplota tání, vysoká hustota, ideální elektrické i tepelné vodiče, nejsou jedovaté pro člověka
• výskyt ryzí, velmi kujné a tažné
• mincovní kovy = kdysi k ražení mincí

 

Měď – Cu

vlastnosti:

• pevná, měkká, načervenalá, kujná, tažná, vodivá; biogenní prvek
• vysoká teplota tání, stabilní kov, nereaguje s H₂O
• není stálá, na vzduchu se pokrývá měděnkou CuCO₃ . Cu(OH)₂…zelená – nekoroduje, na vzduchu stálá
• za vyšší t reaguje s kyselinami a některými nekovy, nereaguje s H₂, N₂, C, nereaguje se zředěnou H₂SO₄
  • 2 Cu + O₂ – t –  CuO …černá
  • Cu₂O…červená (nedokonalá oxidace)

 

výskyt:

• volná – ušlechtilý – vyskytuje se ryzí (vzácný)
• vázaná – ve sloučeninách – soli, hydroxidy (doprovází uhličitany)
  • chalkopyrit CuFeS₂ (0,5 %)
  • kuprit Cu₂O
  • chalkosin Cu₂S
  • malachit CuCO₃ . Cu(OH)₂…zelený
  • azurit 2 CuCO₃ . Cu(OH)₂…modrý
  • Cu⁺² – stopové množství v lidském těle, v enzymech, také hemocyanin

 

výroba:

• úprava chalkopyritu na Cu₂S
  • 2 Cu₂S + 3 O₂ – 2 Cu₂O + 2 SO₂
  • 2 Cu₂O + Cu₂S – 6 Cu (surová měď) + SO₂
  • elektrolytické přečišťování – vylučování čisté Cu na katodě

 

sloučeniny:

• ušlechtilý kov – všechny reagují s oxidujícími sloučeninami
  • koncentrovaná kys: Cu + 4HNO₃  – Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O
  • zředěná kys: 3Cu + 8 HNO₃ – 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
  • koncentrovaná kys:  Cu + 2H₂SO₄  – CuSO₄ + SO₂ + 2H₂O
• stupeň + I, sloučeniny I., II. (stálejší)
• Cu₂O – oxid měďný – červený, nerozpustný v H₂O
• Cu₂S – sulfid měďný
  • ox. stupeň +II
• CuO – oxid měďnatý (černý) CuCO₃ – t – CuO + CO₂
• CuS – sulfid měďnatý (černá směr dolů), nereaguje s H₂O
• CuSO₄ . 5 H₂O – skalice modrá – složitá komplexní struktura
  • dezinfekce (bazény), insekticidy, impregnace, galvanické pokovování

 

užití:

• výroba slitin (bronz Cu + Sn, mosaz Cu + Zn)  – dekorační účely, mincovní kov, alpaka, dural (Al + Mg + Cu), vodiče (elektrické dráty, hodně nahrazuje Al), stavebnictví (střešní krytiny, okapy)

 

Stříbro – Ag

vlastnosti:

• stříbrolesklý, měkký kov, velmi kujný, tažný, výborný vodič
• méně reaktivní než Cu, nereaguje s HCl, reaguje s roztoky alkalických kyanidů
• !! 3 Ag + 8 NaCN + 2 H₂O + O₂ – 4 Na [Ag(CN)₂] + 4 NaOH
• získávání kovů, které se nacházejí v ryzí podobě v horninách – Ag, Au
• 2 Ag + H₂S – Ag₂S + H₂ …černání stříbra (pokrývá se vrstvou Ag₂S)

 

výskyt:

• ušlechtilý – ryzí (vzácné)
• vázaný – sulfidy – argentit (leštěnec stříbrný): Ag₂S (doprovodný minerál železných rud)
  • v rudách: Cu, Ni, Zn, Pb

 

výroba:

• z anodových kalů (Cu)
• Ag₂S + O₂ – t – 2 Ag + SO₂

 

sloučeniny:

• ox. stupeň +I (nejstabilnější), oxidační účinky
• koncentrovaná kys: 2Ag + 2H₂SO₄ – Ag₂SO₄ + SO₂ + 2H₂O
• koncentrovaná kys: Ag + 2HNO₃ – AgNO₃ + NO₂ + H₂O
• Ag₂O – oxid stříbrný (hnědá směrem dolů) 2 Ag⁺ + 2 OH^– – Ag₂O směrem dolů + H₂O
• Ag₂S – sulfid stříbrný (černá směrem dolů)
• soli: rozpustné: AgF

AgNO₃ (lapis) – dezinfekce, k důkazům, je to ox. činidlo

• nerozpustné:

Ag⁺ + Cl^– – AgCl směrem dolů…bílá

Ag⁺ + Br^– – AgBr směrem dolů…nazlátlá – důkazové reakce v analytické chemii, rozpustné ve čpavku

Ag⁺ + I^– – AgI směrem dolů…žlutá

• všechny směrem dolů jsou citlivé na světlo, účinkem světla se rozkládají (fotochemická reakce) hl. Br (fotografie)

2 AgBr – světlo- 2 Ag + Br₂

2 Br ^– – 2e^–– Br₂

2 Ag⁺ – +2e^–– 2 Ag …zčernání papíru

• černobílá fotografie = vyžívá se fotochemických dějů probíhajících na AgBr, film = páska pokrytá vrstvou AgBr, při osvětlení dochází v krystalech AgBr k rozkladu AgBr – Br^– + Ag⁺, Ag⁺ přijímá elektron a redukuje se Ag⁺ + 1e^– – Ag⁰ – vyloučené Ag vytváří latentní = okem neviditelný obraz, zviditelní se až vyvoláním (vzniká negativ) pomocí vývojky hydrochinonu, negativ se dále ustaluje v ustalovači Na₂S₂O₃, čímž se odstraní nezreagovaný AgBr, z negativu (pásek) se nakonec zhotoví pozitiv (fotka), reakci umožňuje světlo.
• užití: výroba fotografických materiálů, klenotnictví, lékařství, vodiče, mincovní kov, zrcadla (spíš kdysi), galvanické postříbřování, elektrotechnika (akumulátory), zubní amalgám (50 % Ag, Cu, Sn + 50 % Hg)

 

Zlato – Ag

vlastnosti:

• měkký kov, vodič, kujné, tažné, nejčastěji nažloutlá barva, vysoká t tání
• ušlechtilý kov, velmi málo reaktivní – nereaguje s kyselinami ani zásadami, +III
• reaguje pouze s rtutí – amalgámy
• pokud chceme, aby Au reagovalo, rozpouštíme v lučavce královské (HCl : HNO₃ – 3:1) s HCl sycená Cl₂  2 Au + 2 HCl + 3 Cl₂ – 2 H[AuCl₄]
• 100 % Au…24 karátů (měření čistoty)
• 14 karátové…ve 24 dílech slitiny je 14 dílů Au, zbytek jsou další kovy (Cu,Ag)

 

výskyt:

• ryzí (vzácný), nebo vázaný v horninách, rýžování probíhá díky erozím povrchu a voda úlomky vynáší do vyšších ploch – zlatonosné řeky, v současné době těžba (získávání zlata z hornin)

 

výroba:

• z anodových kalů (Cu, Ni, Zn, Pb, Fe)
• z hornin – mletí na prach
  • amalgamace = Au se rozpustí v Hg za vzniku slitiny = amalgámu, ze kterého se Ag získává destilováním rtuti (- amalgam Hg + Au, destilace Au + Hg)
  • kyanidový (4Au + 4KCN + H₂O + O₂ – 4Na[Au(CN)₂] + 4KOH
  • 2[Au(CN)₂] + Zn – [Zn(CN)₄]^2- + 2Au

 

užití:

• klenotnictví, elektrotechnika, lékařství (zuby, kloubní náhrady)

 

 Zn, Cd, Hg

• vrstva: (n-1)d¹⁰ ns²
• přiřazovány k D prvkům, ale e^– z d orbitalu se neúčastní vazeb, val. e^– jen v s orbitalech – max. ox. st. +II
• nízké teploty tání

 

Zinek – Cn

vlastnosti:

• neušlechtilý kov, stříbrolesklý, nepodléhá korozi, nereaguje s H₂O, amfoterní charakter
• za vyšší t reaguje s řadou nekovů
• Zn + 2HCl – H₂ + ZnCl
• aq: Zn + H₂SO₄ – H2 + ZnSO₄

 

výskyt:

• pouze vázaný ve sloučeninách: ZnS…sfalerit
• ZnCO₃…kalamín (zinkit)
• v křemičitanech, v uhličitanech
• Zn⁺²..biogenní prvek (stopový) – v enzymech, kostech, vlasech, mozku

 

výroba:

• z rudy
• 2 ZnS + 3 O₂ – 2 ZnO + 2 SO₂
• ZnO + C – Zn + CO (elektrolyticky)

 

sloučeniny:

• ox. st. +II
• rozpustné soli jsou jedovaté, nerozpustné nejsou

Nerozpustné soli

• ZnO – zinková běloba, výroba nátěrových hmot
• bílá, nerozpustná v H₂O, amfoterní charakter
• výroba: ZnCO₃ – t – ZnO + CO₂
• Zn(OH)₂ – hydroxid zinečnatý
• bílá, nerozpustná v H₂O, amfoterní charakter
• výroba: Zn ⁺² + 2 OH^– – Zn(OH)₂ směrem dolů
• ZnS – sulfid zinečnatý
• ZnCO₃ – uhličitan zinečnatý

Rozpustné soli

• ZnCl₂ – 2 H₂O
• ZnSO₄ . 7 H₂O…bílá skalice
• Zn(NO₃)₂

 

využití:

• pozinkování železných předmětů – antikorózní povrch, redukční činidlo, suché články, zinková běloba; slitiny (mosaz – Zn + Cu, alpaka – Zn + Cu + Ni (příbory))

 

Kadmium – Cd

• podobné vlastnosti jako Zn – neušlechtilý, doprovází Zn v rudách
• kumulativní (těžký) kov – všechny sloučeniny jsou toxické, hromadí se v těle – škodí při větším výskytu
• není biogenní prvek, pro člověka jedovatá Cd⁺² – těžké kovy (hromadí se v játrech a ledvinách)
• CdS – sulfid kademnatý…žlutá barva (pigment)
• Sloučeniny jsou vysoce toxické

 

Rtuť – Hg

• jediný kov, který je za NP kapalný (t_t = -39°C), velmi těkavý – vypařuje se – páry jsou jedovaté
• plně obsazené orbitaly (4f¹⁴ 5d⁵ 6s²)
• těžký kumulativní kov, toxický
• projevuje se lanthanoidová kontrakce

 

vlastnosti:

• kapalný kov, vysoká hustota (díky lanthanoidové kontrakci), těkavá, karcinogenní, velmi toxické páry
• ušlechtilý kov – reaguje s koncentrovanými kyselinami se silným účinkem, nereaguje s H₂O, s hydroxidy málo

koncentrovaná kys: Hg + 4HNO₃ – Hg(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

zředěná kys: 6Hg + 8HNO₃ – 3Hg₂(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

koncentrovaná kys:  Hg + 2H₂SO₄ – HgSO₄ + SO₂ + 2H₂O

• velmi ochotně se slučuje s dalšími kovy – amalgámy (Au, Na, Ag, Sn, Pb, Cu), neslévá se s Fe
• nejsou toxické (netvoří je s Mn,Co,Ni,Fe), za NP měkké – zubní amalgám (50 % Ag, Cu, Sn + 50 % Hg)
• stupeň: +II (Hg⁺²), +I (Hg₂⁺²) – rtuťný kationt
• likvidace rtuti = posypání zinečnatým prachem – vzniká amalgám (netoxický)

 

výskyt:

• volná – ryzí spíše vzácná
• vázaná – sloučeniny HgS…rumělka (cinabarit)

 

výroba:

• HgS + O₂ – Hg + SO₂
• HgS + Fe – FeS + Hg
  • může se dále přečišťovat

 

sloučeniny:

ox. st. +I

• velmi ochotně přecházejí na +II
• kalomel Hg₂Cl₂…chlorid rtuťný (- kalomelových elektrod v analytické chemii, kdysi projímadlo)
• HgCl₂ + Hg – Hg₂Cl₂

ox. st. +II

• a) HgO – oxid rtuťnatý
  • rozkladem solí, vytváří 2 modifikace (žlutý, červený – barvu liší velikost atomů)
• b) HgCl₂ – chlorid rtuťnatý (sublimát)
  • na výrobu kalomelu, škodlivý
• c) HgS – sulfid stuťnatý (černá směrem dolů)

 

užití:

• náplň teploměrů, – kalomelové elektrody, – amalgámy (plomby)

 

Cr, (Mo, W)

• Cr – +II – +VI (+VI nestabilní, silné ox. účinky)
• Mo, W – VI – malé ox. účinky, stabilní
• neušlechtilé kovy, vysoká t tání, nepodléhají korozi, za NP málo reaktivní, velmi tvrdé

 

Chrom – Cr

vlastnosti:

• světle bílý, lesklý, neušlechtilý kov, reaguje s HCl, H₂SO₄, v konc. HNO₃ se pasivuje
• na vzduchu stálý, za vyšší t reaguje s řadou nekovů
• nereaguje s H₂O za NP, amfoterní charakter
• II – + VI (+III,+VI nejstabilnější), ostatní se rozkládají

 

výskyt:

• vázaný
• chromit…FeO . Cr₂O₃ (FeCr₂O₄)
• krokoit…PbCrO₄
• stopové množství v lidském těle Cr⁺³ (metabolismus tuků), i ve vesmíru, drahokamy
• Cr ^+VI – toxický, karcinogenní

 

výroba:

slitina

• ferochrom (Fe + Cr) redukcí chromitu uhlíkem v Martinské peci
• FeO . Cr₂O₃ – 4C – Fe + 2 Cr + 4 CO

metalotermicky z Cr₂O₃ – čistý

• Cr₂O₃ + 2 Al – Al₂O₃ + 2 Cr
• 2 Cr₂O₃ + 3 Si – 4 Cr + 3 SiO₂

 

sloučeniny:

ox. st. +III

• šedozelená barva, – komplexy
• chromnaté = velmi nestálé, snadno oxidují na chromité, technický význam, redukční činidla, CrCl₂, CrSO4 a podvojné soli
• Cr₂O₃ – oxid chromitý, Cr(OH)₃  směrem dolů – hydroxid chromitý = chromová zeleň
• pevné, šedozelené látky, amfoterní charakter, nereagují s H₂O kys. a zásadách, sklářský, kožedělní průmysl, tisk bankovek
• (NH₄)₂Cr₂O₇ – t – N₂ + 4 H₂O + Cr₂O₃
• Cr(OH)₃ + KOH – K[Cr(OH)₄] …chromitany
• Cr(OH)_3….šedozelená sraženina

ox. st. +VI – v podobě oxidu a soli

• CrO₃ – oxid chromový – reaguje s H₂O, červená barva
• CrO₃ + H₂O – H₂CrO₄
• 2H⁺   CrO₄^-2 – kondenzuje – dichromany, dichromany,…
• soli: CrO₄^-2 – žlutá
•  Cr₂O₇^-2 – oranžová
• PbCrO₄ … žlutá barva – pigment do nátěrových hmot, jedovatý, chromová žluť
• dichromany = oranžová barva, jedovatá, karcinogenní, nebezpečnější než chromany, pigmenty, oxidační činidlo Na₂Cr₂O₇ x 2H₂O
• KCr(SO₄)2 X 12H₂O – kožedělný průmysl

 

využití:

• metalurgický průmysl – legování oceli (nerezivějící slitiny Fe, Cr, Ni), ochranné pochromování galvanickým pokovováním

 

Molybden – Mb

• málo reaktivní látky
• užití: slitiny

 

Wolfram – W

• velká hustota
• lanthanoidová konfigurace
• užití: vlákna do žárovek

 

Mn, (T*, Re)

• st: +II, + III
• e^– : ₂₅ Mn [₁₈ Ar] 3d⁵ 4s² – +II,+III,+IV,+VI,+VII (+VII – silně oxidační účinky, nestabilní)
• ₄₃ Te [₃₆ Kr] 4d⁶ 5s² – +VII – nejstabilnější, malé ox. účinky
• ₇₅ Re [₅₄ Xe] 4f¹⁴ 5d⁵ 6s² – + VII – nejstabilnější, malé ox. účinky

 

Mangan – Mn

vlastnosti:

• neušlechtilý kov, stříbroleský, tvrdý, křehký, na vzduchu poměrné stálý, amfoterní charakter, práškový reaguje s H₂O, obecně s kyselinami a zásadami za vzniku H₂, nepasivuje
• velmi podobný Fe (ale nepasivuje se v HNO₃)
• za vyšší t poměrně reaktivní, tvoří manganaté sloučeniny, vysoká teplota tání

 

výskyt:

• doprovází železné rudy
• samostatně (oxidy, podvojné látky: MnO₂ – burel (pyroluzit), Mn₂O₃, MnO(OH) – manganit), minimálně v organismech

 

výroba:

výroba slitin

• feromangan (železo + až 80% mangan)
• redukce směsi  Fe₂O₃ a MnO₂

aluminotermicky

• 4 Al + 3 MnO₂ – t – 2 Al₂O₃ + 3 Mn

 

sloučeniny:

stupeň +II: Mn⁺² – [Mn(H₂O)₆]^+II (hexaaqua komplexy)

• bezvodá…bílá látka
• v roztoku…pleťová barva

Mn(OH)₂ směrem dolů Mn⁺² + 2 OH^– – Mn(OH)₂

• MnSO₄ + 2 KOH – K₂SO₄ + Mn(OH)₂ směrem dolů

soli: reakce burele s kyselinou (MnO₂ + HCl)

• MnO₂ + 4 HCl – MnCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O
• 2 MnO₂ + 2 H₂SO₄ – 2 MnSO₄ + 2 H₂O + O₂

 

stupeň +III: – velmi nestálý, látky disproporciují

• Mn⁺³ + H₂O – Mn⁺² + Mn^+IVO₂ + OH^–

 

stupeň: +IV

MnO₂ směrem dolů – burel – hnědočerná, pevná, celkem stabilní

•  reaguje s kyselinami, se silnými louhy (KOH,NaOH) a jejich oxidy
•  ocelářský průmysl, nátěrové hmoty, keramika, sklo, suché články
• MnO₂ + K₂O – K₂MnO₃
• MnO₂ + 2 KOH – K₂MnO₃ + H₂O

 

stupeň: +VI

MnO^2- …manganan – typická zelená barva

MnO₂ + 4 KOH + O₂ – t – 2 K₂MnO₄ + 2 H₂O

• jsou stálé jen v zásaditém prostředí, v neutrálním a kyselém se rozkládají
• neutrální: 3 MnO₄^-2 + 2 H₂O – 2 MnO₄^– + MnO₂ + 4 OH^–
• kyselé: 3 MnO₄^-2 + 4 H⁺ – 2 MnO₄^– + MnO₂ + 4 H₂O

 

stupeň: +VII

MnO₄^–…manganistan – fialová barva

• jsou nestálé, rozkládají se, silné ox. účinky v závislosti na prostředí
• KMnO₄ – silně dezinfekční látka, červenofialové krystaly, velmi silné ox. činidlo (manganometrie)
• kyselé pr.: MnO₄^– + 8H⁺ + 5e^– – Mn⁺² + 4 H₂O (fialová – bílá(pleťová))
• neutrální pr.: MnO₄^– + 2 H₂O + 3e^– – MnO₂ + 4 OH^– (fialová – hnědočerná)
• zásadité pr.: 4 MnO₄^– + 4 OH – 4 MnO₄^-2 + 2 H₂O + O₂
•  2KMnO + 16HCl – 2MnCl₂ + 2KCl + 5Cl + 8H₂O

 

Kobalt – Co

• namodralý kov, patří mezi neušlechtilé kovy, je málo reaktivní
• oxidační stupně: +II (anorganické sloučeniny)
• +III (komplexní sloučeniny)
• biogenní prvek – tvoří vitamin B₁₂

 

Sloučeniny

• oxid kobaltnatý CoO – výroba skla a keramiky – barví na modro
• oxid kobaltnato-kobaltitý Co₃O₄ – barvící složka
• soli – ve formě hydrátu
  • CoCl₂ x 6H₂O
  • Co(NO₃)₂ x 6H₂O … kobaltnatá soluce
• hydratovaná sůl – růžová, zahřátím získáme bezvodou sůl – modrá

 

Nikl – Ni

• bílý kov, je tažný, kujný
• 7. nejrozšířenější prvek zemské kůry
• nereaktivní poměrně
• reaguje se zředěnými kyselinami, v HNO₃ se pasivuje – pokrývá se vrstvou oxidů, reakce se zastaví
• odolný vůči H₂O i vzduchu, hodně předmětů se poniklovává, aby nerezavěly
• málokdy volný, většinou vázaný – soli, oxidy

 

Využití

• poniklování, výroba slitin a akumulátorů, ztužování tuků (kapalný olej se brzy kazí) – prodloužení trvanlivosti, smažíme ve vyšších teplotách, ale dochází k ucpávání cév
• Monellův kov – slitina Ni a Cu, extrémně odolný vůči korozi
• Nichrom – Ni a Cr, v v elektrotechnice

 

Sloučeniny

• NiO – barvení skla a keramiky

 

Platina

• chemické pomůcky do laboratoří a šperky

 

Titan – Ti

• nereaktivní, lehký kov, stříbrolesklý, tvrdý a hodně odolný
• výroba umělých kloubů, bílý pigment, přidává se do žvýkaček
• ox.č. IV
• TiO₂ – titanová běloba – bílý pigment
• TiCl₄ – součást Ziegler-Nattových katalyzátorů – polymerace ethenu, propenu, styrenu.