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

Mn^VI   –  1e^–    ®   Mn^VII   1      2
Mn^VI   +  2e^–   ®   Mn^IV    2      1

b, 2 PbS  + 3 O₂   ®  2 PbO   +  2 SO₂

S^-II   –  6e^–   ®   S^IV   6      2
O₂   +  4e^–   ®   2 O  4      3

c, 3 Zn  +  8 HNO₃  ® 3 Zn(NO₃)₂  +  2 NO  + 4 H₂O
Zn⁰  –   2e^–    ®  Zn^II   2     3
N^V  +   3e^–   ®  N^II    3      2

d, PbS  +  4 H₂O₂   ®  PbSO₄  +  4 H₂O
S^-II   –  8e^–    ®   S^VI     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

 

Cr₂^III  –  6 e^–   ®  2  Cr^VI    6      1

N^V    +  2e^–    ®       N^III     2      3

b, Vypočítejte množství oxidu chromitého potřebného na přípravu 130g chromanu
draselného.