Charakteristické vlastnosti kovů
- Kovy jsou pevné, tažné a kujné
- Typickou vlastností je magnetismus
- Kovy s dostatečně čistým a hladkým povrchem se vyznačují svým kovovým leskem
- Jsou si svými fyzikálními vlastnostmi velmi podobné na rozdíl od chemických
- Kovy tvoří ¾ všech prvků
- Mají nízkou ionizační energii ® snadno tvoří kationty
Struktura kovů
- Společnou vlastností atomů kovů je uvolňovat valenční elektrony, které se volně pohybují mezi atomy
- Právě tyto valenční elektrony jsou příčinou dobré elektrické a tepelné vodivosti
- Vazba mezi atomy v kovech je vazba kovová
Výskyt kovů
- Vyskytují se hlavně ve svých sloučeninách s kladným oxidačním číslem
- Vyskytují se v přírodninách nazývaných rudy
Výroba kovů
- Nejvíce kovů se vyrábí z oxidických a sulfidických rud
- Kovy se vyrábějí redukčními procesy nebo recyklací
- Postupy při výrobě kovů:
1) úprava rud
2) vlastní redukce
3) rafinace
Úprava rud – separační procesy
- Vede k obohacení rudy o žádoucí sloučeniny
- Základem chemické separace je přeměna „kovonosné sloučeniny“ na sloučeninu, která je stabilní v jiné fázi než sloučeniny hlušiny
- Zlato se separovalo kyanidovým způsobem
Redukční procesy
- Může probíhat různými způsoby: elektrolýzou, za vysokých teplot, redukce z roztoků
- Elektrolýza: – elektropozitivní kovy jsou vyráběny elektrolýzou svých
tavenin (chloridů)
– tímto způsobem se vyrábí Mg a Na
– hliník se taktéž vyrábí elektrolýzou, ale za složitějších podmínek
- Redukce za vysokých teplot: – nejběžnějším způsobem je redukce uhlíkem.
– uplatňuje se při výrobě železa
Rafinace
- Snižování obsahu nežádoucích příměsí
- Probíhá ocelářskými postupy (konvektory, elektrické pece)
Koroze kovů
- Cílem metalurgie je převést kovy vázané ve sloučeninách do nepřirozeného stavu s oxidačním číslem 0
- Kovy mají tendenci přecházet zpět = koroze kovů
- Ke korozním dějům dochází většinou ve vodném prostředí
- Koroze je soubor procesů, kterými se postupně mění vlastnosti materiálů do té míry, že ztrácejí užitečnou hodnotu
Beketovova řada kovů
K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Au
- Prvky za vodíkem (ušlechtilé kovy) nevytěsňují z kyselin vodík
- Prvky před vodíkem (neušlechtilé) jej vytěsňují
Kovy p-bloku
Postavení kovů v PSP
- Nacházejí se mezi prvky p1 až p4 skupiny
- Nejvíce jich náleží do prvků p1 skupiny
- Podle zařezaní do skupin mají buď 3, 4 nebo 5 valenčních elektronů
Hliník
Charakteristika, vlastnosti
- Stříbrolesklý, lehký, kujný, tažný kov
- Dobrý tepelný a elektrický vodič
- Vůči vodě a vzduchu je stálý ® nepodléhá korozi (na jeho povrchu je vrstvička Al2O3-zabraňuje dalším reakcím)
- Amfoterní charakter – reaguje jak s kyselinami, tak se zásadami za vzniku solí
- Redukční vlastnosti
- Na vzduchu hoří intenzivním svítivým plamenem
- Má malou elektronegativitu ® tvoří polární vazby
Výroba
- Elektrolýzou taveniny oxidu hlinitého a kryolitu
- Hlavní surovinou pro výrobu hliníku je bauxit
Sloučeniny
Al2O3
- V přírodě se vyskytuje jako tvrdý minerál korund – jeden z nejtvrdších materiálů
- Připravuje se spalováním hliníku
4 Al + 3 O2 ® 2 Al2O3 - Nerozpustný ve vodě
- Slouží k výrobě brusných a žáruvzdorných materiálů
- Některé odrůdy korundu (rubín, safír) se používají v klenotnictví
Al(OH)3 – amfoterní hydroxid
(CH3COO)3Al
- Octan hlinitý
- Použití v lékařství na obklady otoků
- Má stahující a protizánětlivé účinky
Al2(SO4)3 – používá se k úpravě vody a při výrobě papíru
KAl(SO4)2 – kamenec (oxidační číslo I a III)
Použití
- Hliník o vysoké čistotě se používá jako vodič elektrického proudu
- Je složkou různých slitin (dural)
- Jako obalový materiál – alobal
Cín
Charakteristika, vlastnosti
- V přírodě se vyskytuje nejčastěji ve formě SnO2 (cínovec)
- Stříbrolesklý tažný kov
- Odolný proti vodě, kyselinám i zásadám
Výroba
- Vyrábí se z SnO2 redukcí uhlíkem
Použití
- Používá se na povrchové úpravy méně odolných kovů = pocínování
- Výroba slitin – bronz (měď + cín)
- Pájka = slitina kovů sloužící ke spojování kovů
- Válcuje se na tenkou fólii – staniol
- Kdysi k výrobě různých předmětů (poháry, figurky)
- Cínový mor = proces, při kterém cínové předměty uchovávané v chladu měnili svou krystalovou modifikaci ® rozpad v šedý prášek
Olovo
Charakteristika ,vlastnosti
- Olovo se nejčastěji vyskytuje ve sloučenině galenitu PbS
- Šedý měkký kov
- Na vzduchu se pokrývá PbO
- Nerozpouští se ve zředěných kyselinách, rozpouští se v HNO3
Výroba
- Vyrábí se pražením galenitu na PbO a následnou redukcí
Sloučeniny
- Všechny sloučeniny olova jsou jedovaté
Pb3O4
- oxid olovnato-olovičitý
- Používá se k výrobě antikorózních nátěrových směsí
Použití
- K výrobě obalů kabelů, elektrod v akumulátoru, pájky
- Ochranné obaly před RTG zářením (olověné vesty)
- Tetrahylolovo se přidávalo do benzínu jako antidetonikum
Prvky d-bloku
Postavení kovů v PSP
- Leží mezi s a p prvky
- Jsou uspořádány ve 4., 5., 6., 7. periodě periodické tabulky
- Nabývají různých oxidačních čísel
- Na vazbách se podílejí i elektrony z předposlední vrstvy
Charakteristika
- Všechny d-prvky jsou kovy
- Všechny kromě rtuti jsou pevné látky
- Jejich sloučeniny a ionty jsou barevné
Vlastnosti
- Mají vysokou hustotu
- Jsou tvrdé, křehké
- Dobře tepelně a elektricky vodivé
- Často tvoří koordinační sloučeniny
Prvky skupiny železa
Postavení prvků v PSP
- Patří do prvků d6 d7 d8 skupiny 4.periody
- Patří zde: Fe, Co, Ni
- Patří mezi neušlechtilé kovy
- Nejčastější oxidační čísla: II, III
Železo
Charakteristika, vlastnosti
- Stříbřitě lesklé, tažné a kujné
- Feromagnetické = zesiluje magnetické pole
- Podléhá na vlhkém vzduchu korozi
Výroba
- Do vysoké pece se naváží: a, obohacená železná ruda (Fe2O3, SiO2)
b, koks (C)
c, vápenec (CaCO3) - Ze spodu je vháněn předehřátý vzduch a plášť pece je chlazen vodou
- V peci probíhá řada reakcí:
a) Koks slouží jako redukční činidlo, ale i jako palivo
2 C + O2 ® 2 CO
b) Nepřímá redukce Fe2O3 oxidem uhelnatým
3 Fe2O3 + CO ® 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO ® 3 FeO + CO2
FeO + CO ® Fe + CO2
c) v dolní části dochází k redukci Fe2O3 uhlíkem
2 Fe2O3 + 6 C ® 4 Fe + 6 CO
FeO + C ® Fe + CO
d) vznik strusky – zabraňuje současné redukci křemíku
CaCO3 ® CaO + CO2
CaO + SiO2 ® CaSiO3 - Odpich železa a strusky
Sloučeniny
Sulfidy
- FeS2 – pyrit, slouží k výrobě oxidu siřičitého
Oxidy
- FeO – černá práškovitá látka
- Fe2O3 – červená látka sloužící jako pigment
- Fe3O4 – oxid železnato-železitý
Hydroxidy
- Fe(OH)2 – bílá sraženina
Soli
- FeSO4·7H2O – zelená skalice, používá se k výrobě pigmentů
- Fe(HCO3)2 – součástí minerálních vod
Komplexní sloučeniny
- K4[Fe(CN)6] – žlutá krevní sůl
Slouží k výrobě barviv - K3[Fe(CN)6] – červená krevní sůl
Používá se k barvení textilu a v analytické chemii
Význam
- Biogenní prvek II. řádu
- Součást hemoglobinu, cytochromů, enzymů
Použití
- Složka ocelí
- Jako konstrukční matriál, výroba strojních součástí
Kobalt, Nikl
- Bílé kovy, vedou dobře elektrický proud
- Vyrábějí se pražením sulfidických rud
- Používají se jako katalyzátory, součástí slitin
- Radioaktivní 60Co se používá k ozařování v lékařství
- Sloučeniny kobaltu působí toxicky na srdeční sval
- Nikl je toxický, způsobuje edémy plic
Prvky skupiny mědi
Postavení prvků v PSP
- Prvky d9 skupiny 4.- 6. periody
- Nejčastější oxidační čísla: I, II, III
Charakteristika
- Ušlechtilé kovy
- Vyskytují se v zemské kůře i v ryzí formě
- Měď je červená, stříbro bílé a zlato žluté
Vlastnosti
- Jsou tažné, kujné, vysoce teplotně a elektricky vodivé
- Jsou poměrně stálé
- Měď se na vzduchu pokrývá zelenou vrstvou měděnky
Sloučeniny
- CuS – černý, ve vodě nerozpustný
- AgBr – světle žlutá látka citlivá na světlo – použití při fotografickém procesu
- Cu2O – červený prášek, barví sklo na červeno
- CuO – černý, barví sklo na zeleno
- CuSO4·5H2O – skalice modrá
Používá se jako fungicid a ke galvanickému pokovování
V bezvodném stavu je bílá a hygroskopická
Použití
- Zlato: klenotnictví, pozlacování, zubní lékařství
- Bílé zlato: směs zlata, niklu a paladia
- Stříbro: fotografické materiály, klenotnictví, výroba zrcadel, elektrotechnika
- Měď: elektrotechnika, výroba katalyzátorů
Slitiny: Bronz – Cu, Sn Mosaz – Cu, Zn
Rtuť
- Za normální teploty je kapalná
- Její páry jsou prudce jedovaté
- Používá se jako náplň teploměrů, rtuťových lamp, zářivky, léčiva
- Příprava amalgámů – sloučeniny Hg s jinými kovy
Mangan
Charakteristika, vlastnosti
- Stříbrolesklý, tvrdý kov
- Nejčastější oxidační čísla: II, IV, VII
Sloučeniny
- MnO2 – burel
Používá se ve sklářství, k výrobě suchých elektrických článků - KMnO4 – temně fialové krystalky
silné oxidační činidlo
Používá se jako dezinfekční prostředek, bělení textilií
Kdysi se nazýval hypermangan
Chrom
- Stříbrolesklý, tvrdý kov
- Oxidační čísla: III, VI
- Podílí se na metabolismu cukrů
- Používá se ke galvanickému pokovování
- Přidává se do ocelí jako ferochrom – slitina Fe a Cr
Sloučeniny
Cr2O3
- Zelený prášek, nerozpustný ve vodě, amfoterní
- Používá se k výrobě olejových barev jako chromová zeleň
- Impregnace dřeva a ochrana kovových předmětů proti korozi
Chromany
- Mají žluté zbarvení
- Oxidační účinky
- PbCrO4 – chromová žluť
Používá se jako pigment - Dichromany – silné oxidační účinky
Úkol 1:
a, Pojmenujte sloučeniny:
Cu2O oxid měďný
CrO3 oxid chromový
MoO3 oxid molybdenový
AgNO3 dusičnan stříbrný
[Cu(NH3)4](ClO4)2 chloristan tetraamin-mědnatý
[Co(H2O)6]Cl3 chlorid hexaaqua-kobaltitý
K2[PtCl6] hexachloro-platičitan draselný
K3[Fe(CN)6] hexakyano-železitan draselný
K4[Fe(CN)6] hexakyano-železnatan draselný
KFe(SO4)2 síran draselno-železitý
b, Napište vzorce:
chlorid pentaaminaquachromitý [Cr(NH3)5(H2O)]Cl3
dusitan diaminstříbrný [Ag(NH3)2]NO2
diaquadichloromědnatý komplex [Cu(H2O)2Cl2]
hydrogenfosforečnan železitý Fe2(HPO4)3
síran draselno-chromitý KCr(SO4)2
hydroxid-chlorid mědnatý Cu(OH)Cl
peroxosíran železnatý FeSO5
sulfid železitý Fe2S3
Úkol 2:
Napište rovnice výroby:
a, Zinku ze sulfidu zinečnatého
2 ZnS + 3 O2 ® 2 ZnO + 2 SO2
ZnO + C ® Zn + CO
b, Titanu z chloridu titaničitého redukcí hořčíkem
TiCl4 + 2 Mg ® Ti + 2 MgCl2
c, Molybdenu z oxidu molybdenového redukcí vodíkem
MoO3 + 3 H2 ® Mo + 3 H2O
Úkol 3:
Vyčíslete rovnice:
a, 3 K2MnO4 + 2 H2O ® 2 KMnO4 + MnO2 + 4 KOH
MnVI – 1e– ® MnVII 1 2
MnVI + 2e– ® MnIV 2 1
b, 2 PbS + 3 O2 ® 2 PbO + 2 SO2
S-II – 6e– ® SIV 6 2
O2 + 4e– ® 2 O 4 3
c, 3 Zn + 8 HNO3 ® 3 Zn(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
Zn0 – 2e– ® ZnII 2 3
NV + 3e– ® NII 3 2
d, PbS + 4 H2O2 ® PbSO4 + 4 H2O
S-II – 8e– ® SVI 8 1
O2-I + 2e– ® 2 O-II 2 4
Příklad 1:
Síran železitý je silný elektrolyt. Vypočítejte koncentraci iontů v roztoku síranu
železitého s koncentrací 1,25 mol/dm3.
Příklad 2:
Součin rozpustnosti jodičnanu olovnatého je 3,2.10-14. Jaká je jeho rozpustnost?
Příklad 3:
Železo reaguje s chlorem za vzniku chloridu železitého.Kolik g chloridu připravíme,
použijeme-li 3g chloru?
Příklad 4:
a, Kolik atomů železa je obsaženo v 0,1 g elementárního kovu?
b, Je počet atomů cínu v 0,1 g čistého kovu nižší nebo vyšší než v železe?
Příklad 5:
Na základě výpočtu určete zda je pravdivý výrok: 3g Fe a 4,03g Ni představují
přibližně stejná látková množství.
Příklad 6:
Oxidačním tavením oxidu chromitého s dusičnanem draselným a hydroxidem
draselným vzniká chroman draselný, dusitan draselný a voda.
a, vyčíslete rovnici
Cr2O3 + 3 KNO3 + 4 KOH ® 2 K2CrO4 + 3 KNO2 + 2 H2O
Cr2III – 6 e– ® 2 CrVI 6 1
NV + 2e– ® NIII 2 3
b, Vypočítejte množství oxidu chromitého potřebného na přípravu 130g chromanu
draselného.