D-prvky – prvky přechodné
Postavení d-prvků v PSP a jejich charakteristika
- jsou přechodné prvky I.B – VII.B skupiny
- skupina těchto prvků je typická nepravidelným zaplňováním orbitů. Pro první přechodnou řadu platí, že vyšší oxidační číslo prvků ve sloučeninách je dáno součtem naspárovaných elektronů
Výskyt
- většina přechodných prvků se nachází v přírodě v sloučeninách (oxidy, sulfidy, uhličitany, křemičitany atd.)
- ušlechtilé nebo málo reaktivní prvky se nachází v přírodě ryzí nebo ve slitinách (Cu, Pt,. Pd, Au …) lehké a těžké kovy platinové
Výroba
- získávají se z rud redukčními pochody
- nejčastější redukční činidla jsou
- uhlík v podobě koksu (př. Fe, Zn, Cd)
- hliník, např. V, Cr, Mn (Cr2O3 + 2Al Al2O3+Cr)
- hořčík, vápník, vodík
- elektrolýzou (např. výroba Al)
Vlastnosti
- všechny přechodné prvky jsou kovy (tvrdé, kujné, mají vysokou teplotu tání a varu, dobré tepelné a elektrické vodiče)
- tvoří vzájemně slitiny nebo též s jinými kovy
- většinou reagují s kyselinami, pouze některé jsou ušlechtilé a jsou odolné vůči kyselinám (Cu, Ag, Au, Pt) – mají kladný standardní potenciál a jsou schopny redukovat kationty H3O+
- tvoří koordinační sloučeniny s různými oxidačními čísly, projevuje se to různou barevností sloučenin
- stálost sloučenin s různými oxidačním číslem závisí na pH prostředí, vazebných poměrech ve sloučeninách, stálostí jejich elektronové konfigurace
Barevnost sloučenin
- sloučeniny přechodných prvků jsou barevné a paramagnetické, což obvykle souvisí s neúplně obsazenými d-orbitaly těchto prvků (MnO4 – fialové, CuII – modré, Cu2O – červený, CrIII – zelené, CrO42 – žluté, Cr2O72 – oranžové)
Sloučeniny d-prvků
- KMnO4 – krystaly
- Ce2O3 – zelený prášek, používá se jako zelená minerální barva
- KCr(SO4)2 = kamenec KCr(SO4)2 . 12H2O, využívá se na vyčiňování kůží
- H2CrO4 – (kyselina chromová) soli chromany
- H2Cr2O7 – (kyselina dichromová) soli se jmenují dichromany, využití v tiskařství a v koželužství
- WC – kabrid wolframu, látka dosahují vysoké tvrdosti, využívá se na ostří obráběcích strojů
- MnO2 – oxid manganičitý (burel) – tmavý pršek používaný na zbarvení skla na fialovo. Katalyzátor na výrobu suchých baterií.
Koordinační sloučeniny
- / NiII (H2O)6 / (ClO4)2-II chloristan hexaaquanikelnatý
- / CoIII I-I (NH3)5 / Br2-I bromid pentaamojodokobaltitý
Železo
Výskyt:
Fe2O3 – krevel (hematit)
Fe3O4 – magnetovec (magnetit)
Fe2O3 . nH2O – hnědel (limonit)
FeCO2 – ocelek (siderit)
FeO2 – pyrit
Výroba:
- chemicky čisté železo je měkké, snadno koroduje, proto nemá v praxi velký význam
- v hutním průmyslu se vyrábí surové železo, ocel, slitiny železa
Výroba železa ve vysokých pecích
- vyrábí se ve vysokých pecích redukcí rudy pomocí koksu, ohřátého vzduchu a struskotvorných přísad
Základní reakce
C + O2 ® CO2
C + CO2 ® 2CO endotermní reakce rozžhaveného koksu s CO
CO redukuje oxidy železa tzv. nepřímou redukcí:
3Fe2O3 + CO ® 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + 4CO ® 3Fe + 4CO2
FeO + CO ® Fe + CO2
V dolní části pece probíhají tzv. přímá redukce:
Fe2O3 + 3C ® 2Fe + 3CO
Fe3O4 + 4C ® 3FE + 4CO
FeO + C ® Fe + CO
Struska 30 – 35 % SiO2, 10 – 25 % Al2O3, 40 – 50 % CaO a MgO
Samostatné surové železo není kujné, používá se jako litina, popř. se dále upravuje a vzniká OCEL
OCEL – výroba spočívá ve snižování obsahu uhlíku, Si, S a P ocidací vzdušným kyslíkem tzv. zkujňování – surového železa.
Způsoby výroby oceli
- v konvektorech ……………….. do surového železa se přivádí vzduch. Postupně se spaluje Si a Mn, C, P. Struska obsahuje 20 % P2O3.
- v Martinských pecích ………. vsádka je tvořena surovým železem a vápencem se zahřívá v pecích vyhřívaných generátorovým plynem
- v elektrických pecích výroba velmi kvalitní oceli, velmi energeticky nákladná
- Druhy ocelí:
- Chromová (ložiska), niklová (namáhané součástky automobilů), wolframová (žací stroje), chromniklová (nerezavějící konstrukční materiály).