Přechodné kovy

� = prvky 3. – 11. skupiny

� Nemají zcela zaplněné d-orbitaly valenční vrstvy

� K tvorbě vazeb využity elektrony z valenční vrstvy (tj. el. konfigurace ns, (n-1)d, n=4-7)

� Velká rozmanitost oxidačních čísel, v některých komplexních sloučeninách i záporné hodnoty

� Většina sloučenin je barevná (absorpce světla) (ionty s plnými nebo prázdnými orbitaly jsou bb)

� Malé at. poloměry, vysoká hustota, vysoké tt a tv, tvrdost, pevnost, el. a tepelná vodivost

Výskyt a výroba

� Výskyt:� Ryzí (Au, Ag, Pt, Cu,…)

� Ve sloučeninách – oxidy, sulfidy, halogenidy, uhličitany, sírany,…)

� Těžba energeticky náročná

� Výroba (předchází jí separace – tj. procesy zvyšující obsah kovu v surovině – př. plavení, sedimentace, chem. reakce)� Tepelný rozklad

� Redukce (uhlíkem, vodíkem, metalotermicky)

� Elektrolýza (pro elektropozitivní kovy)

Nejvýznamnější kovy

Chrom� Nejtvrdší elementární kov

� Mimořádně nízká reaktivita a vysoká chemická odolnost

� Stálý na vzduchu – užití k pochromování Fe-předmětů

� Ferrochrom = slitina se železem (přidává se do ocelí – vys. tvrdost a odolnost proti korozi) – např. výroba lopatek turbín

� Slouč. v ox. stupni VI – karcinogenní

� Slouč. v ox. stupni III – neškodné (metabolismus cukrů)

� Cr2O3 – zelený (pigment do vodovek), amfoterní

� Vzniká termickým rozkladem dichromanu Cr2O72-

� (NH4)2Cr2O7 → N2+Cr2O3+ 4 H2O (umělá sopka)

� Cr(OH)3 – šedozelená srženina

� Amfoterní:

� Cr(OH)3+ 3 HCl → CrCl3+ 3 H2O

� Cr(OH)3+NaOH → Na[Cr(OH)4]

Mangan� Stříbrolesklý tvrdý kov

� Nejvýznamnější ruda - MnO2 = burel

� Nejelektropozitivnější po s-kovech a Al

� Nejvýzn. ox. čísla – II, IV, VII

� Užití – složka ocelí, slitin - např. dural (Mn, Mg, Cu, Al)

� KMnO4 – červenofialová krystalická látka

� dobře rozp. ve vedě

� Silné oxidační činidlo – desinfekční prostředek (zdravotnictví, potravinářství, úprava pitné vody)

� Tepelným rozkladem vzniká kyslík

2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2

Triáda železa

Železo� Nejvýznamnější přechodný kov

� Měkký, kujný, stříbrolesklý

� 4. nejrozšířenější prvek na Zemi (po O, Si a Al)

� Výskyt:

� Ryzí výjimečně (meteoritický původ)

� Rudy: hematit (krevel) Fe2O3

magnetit Fe3O4 (FeO.Fe2O3)

limonit (hnědel) 2Fe2O3 . 3H2O

pyrit FeS2

siderit (ocelek) FeCO3

hematit magnetit limonit

siderit pyrit Meteorickéželezo

� Rozpustné ve zředěných roztocích kyselin (HCl, H2SO4 ) za vzniku vodíku

Fe + H2SO4 H2 + FeSO4

� V koncentrované H2SO4

2Fe + 6H2SO4 (konc.) Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

� V kyselině dusičné se pasivuje

VÝROBA: ve vysokých pecích redukcí rudy koksem

� VSÁZKA = Fe-ruda + koks + vápenec (struskotvorná přísada)

� Kolem 900°C dochází k difúzi C do železa – snižuje tt železa (nejnižší při 4,3% Fe)

� NÍSTĚJ = spodní část pece – shromažďuje se zde surovéželezo

� Na povrchu surového železa je vrstva STRUSKY (obsahuje SiO2, CaO) – chrání surové železo před zpětnou oxidací

� ODPICH = vypouštění surového železa a strusky

� Surové Fe

� Obsahuje hodně příměsí (C, Si, Mn, P,….)

� Je křehké (dáno obsahem C)

� s vysokým obsahem C = LITINA, většina se ale zpracovává na OCEL (snížení obsahu C pod 2%)

Výroba oceli

� V konvertorech – příměsové prvky v surovém Fe jsou oxidovány vháněným vzduchem na oxidy, které se buďváží na vyzdívku konvertoru (SiO2) nebo unikají(CO2)

� V nístějových pecích – zahřívány elektricky, k surovému Fe se přidá Fe-ruda, směs se taví, příměsovéprvky se oxidují kyslíkem vázaným v oxidech Fe

Úprava vlastností oceli

� Tepelným zpracováním

� Kalení – zahřátí a prudké ochlazení oceli – vznik velmi tvrdé, ale křehké oceli

� Popouštění – zahřátí a pomalé ochlazení oceli – tvrdá a pružná ocel

� Legováním (přísadami) – např. pružinová ocel (Mn, Cr), nerezová ocel (Cr, Ni), vanadová ocel (V)

� Povrchovou úpravou – vyhlazení povrchu, leštění

Pořadí Země Mil.t/rok Pořadí Země Mil.t/rok

1 Čína 220,1 10 Itálie 26,7

2 Japonsko 110,5 11 Francie 19,8

3 USA 90,4 12 Taiwan 18,9

4 Rusko 62,7 13 Turecko 18,3

5JižníKorea

46,3 14 Španělsko 16,5

6 Německo 44,8 15 Kanada 15,9

7 Ukrajina 36,9 16 Mexiko 15,2

8 Indie 31,8 17 Anglie 13,3

9 Brazílie 31,1 18 Belgie 11,1

Největší výrobci oceli (Statistické údaje 2003 podle Handelsblat Die Welt in Zahlen 2005)

V ČR bylo v roce 2003 vyrobeno 6,7 mil. t surové oceli.

Sloučeniny Fe

� Především ox. čísla II, III (stabilnější – konfigurace d5)

� Fe2+ - zelená barva

barvení pivních lahví

� Fe3+ - hnědá barva

� Železnaté soli jsou dobře rozpustné ve vodě, většinou jsou bezbarvé až světle zelené a snadno se oxidují na železitésloučeniny.

FeO

� Černý prášek, vzniká jako meziprodukt při výrobě Fe

� Při vyšších teplotách (nad 575°C) disproporcionuje4FeO Fe + Fe3O4

FeSO4

� Vzniká reakcí Fe s H2SO4

� Z vodného roztoku krystalizuje jako heptahydrát = zelená skalice

� Užití: výroba inkoustu, hubení plevele, ochrana dřeva proti hnilobě

K3[FeIII(CN)6] – červená krevní sůl

� Jedovatá (CN- jsou vázány slabě)

� 2K3[FeIII(CN)6] + 3FeSO4 3K2SO4 + FeII3[FeIII(CN)6]2

berlínská modř

K4[FeII(CN)6]. 3H2O – žlutá krevní sůl

� Stabilní

� 3K4[FeII(CN)6] + 4FeCl3 12KCl + FeIII4[FeII(CN)6]3

Turnbullova modř

Fe(CO)5

� Kapalný, velmi jedovatý, výbušný

� Výroba velmi čistého železa

Kobalt� Modrý kov, málo reaktivní

� Odolnější vůči korozi než Fe

� Součást vit. B12 (kobalamin) – nejčastěji se izoluje ze syrových jater)

� Významný pro krvetvorbu, nervový systém, tvorbu bun. membrán

� Nedostatek – anémie, onemocnění nerv. soustavy, porucha růstu

� Výroba tvrdých slitin (speciální oceli – výr. obráběcích strojů), barvení skla (CoO – modré sklo)

Nikl� 7. nejrozšířenější prvek na Zemi� Výskyt: ryzí i ve sloučeninách� Stříbrolesklý, kujný, tažný, za lab. teploty nereaktivní� Vůči HNO3 se pasivuje� Užití:

� Odolný proti působení hydroxidů alk. kovů – výroba zařízení na výrobu NaOH

� Výroba akumulátorů� Galvanické pokovení� Katalyzátor při ztužování tuků� Výroba slitin a ocelí (Monelův kov = 68%Ni, 32%Cu –

velmi odolný – zařízení pro práci s F2)� NiO – zelené sklo

Platinové kovy

� Ru, Rh, Pd – lehké platinové kovy� Os, Ir Pt – těžké platinové kovy

� Obtížně tavitelné, odolné vůči kyselinám

� Ruthenium a osmium připomínají svými sloučeninami železo, rhodium a iridium kobalt

� Vyskytují se téměř vždy společně

� Užití: slitiny a katalyzátory

Platina� Kujná, tažná, v přírodě téměř vždy

ryzí

� Užití: katalyzátory syntéz

výroba šperků

výroba chem. náčiní – odolné vůči chemikáliím (Pt-kelímky, drátky pro plamenové zkoušky,…)

Měď� Měkký, načervenalý kov

� Dobrá vodivost – výroba el. vodičů

� Výskyt: převážně ve sloučeninách

� chalkopyrit CuFeS2 • kuprit Cu2O

� vzácně ryzí

� Biogenní prvek, nedostatek způsobuje anémii

� Slitiny: mosaz (Cu, Zn) bronz (Cu, Sn) dural

� Ušlechtilý kov – reaguje jen s oxidujícími kyselinami (konc. H2SO4, HNO3)

Cu + 4HNO3 Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Cu + 2H2SO4 CuSO4 + SO2 + 2H2O

� Stálá, na vzduchu se potahuje měděnkou CuCO3.Cu(OH)2

� Sloučeniny nejstabilnější v ox. stupni II, často také I

CuSO4.5H2O – skalice modrá

� Vzniká reakcí Cu s konc. kys. sírovou

� Bezvodý síran je bílý

� Užití: příprava měďnatých sloučenin

součást fungicidních přípravků v zemědělství

Cu(OH)2

� Světle modrá sraženina

� Příprava: srážení měďnatých solí alkalickým hydroxidem

Stříbro � Bílý, lesklý kov, tažný, kujný, nejlepší vodič tepla a

proudu

� V přírodě vzácně ryzí, častěji ve sloučeninách

� argentit Ag2S

� Získává se jako vedlejší produkt při výrobě Cu, Pb, Zn (doprovází jejich rudy)

� Užití: výroba zrcadel, mincí, šperků

elektrotechnika

výroba fotograf. materiálů, CD, DVD

příprava zubního amalgámu (slouč. s Hg)

katalyzátor

� Nejstabilnější sloučeniny v ox. č. I

� Reaguje pouze s oxidujícími kyselinami (viz. reakce Cu)

AgNO3

� Nejvýzn. sloučenina (příprava ostatních sloučeniny Ag)

� Bílá krystalická látka, dobře rozp. ve vodě

� V lékařství = lapis (kamínek určený k naleptávání a odstraňování některých kožních útvarů, vyroben z dusičnanu stříbrného)

AgCl, AgBr, AgI

� Citlivé na světlo – rozklad za vyloučení kovového stříbra (užití ve fotografii)

� Čím více světla na vrstvu dopadne, tím víc Ag se vyloučí

� Odstraní se nezreagovaná sloučenina – vznikánegativ

Zlato� Měkký, žlutý kov, z kovů 11. skupiny

je nejméně reaktivní, vynikající vodič

� Odolný vůči kyselinám i hydroxidům (rozpouští se v lučavce královské)

� Výskyt: především ryzí (těžba především rýžováním a z hornin chudých na zlato – převod na amalgám)

� Užití: slitiny k výrobě šperků (zvýšení tvrdosti přídavkem stříbra)

zubní lékařství

� Ryzost se udává v karátech – čisté zlato má 24 karátů(ve šperkařství nejčastěji 14-ti karátové)

� Sloučeniny před. v ox. st. III (také I)

AuCl3

� Vzniká rozpouštěním zlata v lučavce královské

� Užití: výroba Cassiova purpuru (jemně rozptýlené Au v kyselině cíničité) – barvení skla rubínově červeně

12. skupina� Zcela zaplněny d-orbitaly

� Podobné vlastnosti jako ostatní d-kovy

� Poměrně nízké tt

zinek kadmium rtuť

Zinek

� V přírodě jen ve sloučeninách

ZnS = sfalerit ZnO = zinkit

� Výroba – 3 kroky:

1) převod ZnS na oxid pražením

2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2

2) reakce se zřed. H2SO4

ZnO + H2SO4 ZnSO4 + H2O

3) elektrolýza síranu

Vlastnosti

� Biogenní prvek – součást mnoha enzymů

� Neušlechtilý kov – reaguje i s neoxidujícími kyselinami

Zn + zřed. H2SO4 ZnSO4 + H2

Zn + konc. 2H2SO4 ZnSO4 + SO2 + H2O

� Amfoterní – reaguje i s roztoky hydroxidů

Zn + 2NaOH + 2H2O Na2 [Zn(OH)4] + H2

Užití:

� Galvanické pokovování (pozinkovaný plech), výroba slitin (mosaz), redukční činidlo

SloučeninyZnO

� bílý prášek (pigment zinková běloba)� Amfoterní:

ZnO + 2HCl ZnCl2 + H2OZnO + 2NaOH + H2O Na2[Zn(OH)4]

ZnSO4.7H2O (bílá skalice)� Vzniká rozpouštěním Zn nebo ZnO

v H2SO4

Pozn.: rozpustné zinečnaté sloučeniny jsou jedovaté!

Kadmium� Výskyt: příměs v rudách zinku

� Neušlechtilý kov, reaguje i s neoxidujícími kyselinami (vývoj H2)

� Stříbrolesklý

� Sloučeniny kademnaté jsou mimořádně toxické (v lidském těle se hromadí v ledvinách a játrech, dochází k jejich selhání a nahrazení zinku v enzymech – narušenímetabolismu)

CdS

� Žlutý prášek (pigment kadmiová žluť)

Rtuť� Za lab. podmínek lesklá kapalina, velmi těkavá

� Ušlechtilý kov

� Ruda – rumělka HgS

� Páry a sloučeniny jsou jedovaté (příznaky otravy –slinění, červenání dásní, uvolňování zubů, křeče, nervové poruchy)

� Reaguje jen s oxidujícími kyselinami

� S některými kovy tvoří slitiny = AMALGÁMY (s Na, Ag, Au, Cu, Zn, Cd)

� Neslévá se s Fe, Co, Ni

Naleziště rtuti

Užití

� Náplně teploměrů

� Příprava amalgámů

� Zubní lékařství Hg+ Ag

� Likvidace Hg posypáním Zn nebo S – amalgám se snadno odstraní

SloučeninyRtuťné (Hg2

I)2+

� Dimerní, ionty spojené kovalentní vazbou

� Např. Hg2Cl2 – kalomel

- projímavé účinky (v lékařství se již nepoužívá, může být znečištěn HgCl2)

Rtuťnaté HgII

� Např. HgCl2 – sublimát

- prudký jed (smrt. dávka 20mg/kg), teratogenní

Nejjedovatější jsou organokovové slouč. – před. dimethylrtuť

CH3-Hg-CH3 (smrt. dávka pro dospělého člověka je 0,1 ml)