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
  1. uhlík v podobě koksu (př. Fe, Zn, Cd)
  2. hliník, např. V, Cr, Mn (Cr₂O₃ + 2Al Al₂O₃+Cr)
  3. hořčík, vápník, vodík
  4. 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, Cu^II – modré, Cu₂O – červený, Cr^III – 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

• / Ni^II (H₂O)₆ / (ClO₄)₂^-II chloristan hexaaquanikelnatý
• / Co^III 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

3. v konvektorech ……………….. do surového železa se přivádí vzduch. Postupně se spaluje Si a Mn, C, P. Struska obsahuje 20 % P₂O₃.
4. v Martinských pecích ……….  vsádka je tvořena surovým železem a vápencem se zahřívá v pecích vyhřívaných generátorovým plynem
5. 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).