-
Fémes kötés jellemzője:
A fémek legkülső héján kevés elektron, aránylag messze az atommagtól lazán kötöttek ezek az elektronok (vagy egy részük) delokalizálódik a fémrácsban
-
A fémek számos hasonló tulajdonságának oka:
hasonló atom-, kötés- és rácsszerkezet
-
Ötvözet:
különféle fémek és nemfémek olvadékelegyének megszilárdult fémes kötésű, összetett, makroszkóposan homogén anyagai
-
Ötvözetek főbb csoportjai:
- helyettesítéses ötvözet
- rácsközi ötvözet
- eutektikus ötvözet
- vegyülettípusú ötvözet
-
Helyettesítéses ötvözetek tulajdonságai:
az ötvözetet alkotó fémek hasonló tulajdonságú és méretű fématomokból áll + tisztán ugyanolyan típusú rácsot alkotnak
-
Rácsközi ötvözetek tulajdonságai:
- atomok mérete között jelentős különbség van
- kisebb atomok a nagyobb atomok közötti hézagban helyezkednek el
- Pt, Pd + H
- acél (= vasban oldott szén)
-
Eutektikus ötvözetek tulajdonságai:
- az ötvözetet alkotó fémek kölcsönös oldékonysága a lehűlés után csökken, VAGY
- szilárd fémek kristályrácstípusa között eltérés van
- megszilárdulás: külön-külön egymás mellett kialakult kristálykákban
- az ötvözet olvadáspontja a komponensek olvadáspontja alatt van
- komponensek meghatározott összetételben alkotnak elegykristályt
- Sn-Pb: 75-25 tömeg%, eutektikum megszilárdulási hőmérséklete 181 °C, tiszta óné 232 °C, ólomé 327°C
-
Vegyülettípusú ötvözetek tulajdonságai:
- nem sztöchiometrikus, de jellemző, állandó anyagmennyiség-aránnyal leírható anyagok
- pl. nyersvasban előforduló Fe3C rideggé teszi a fémet
-
Az ötvözetek fizikai tulajdonságai általánosan:
- jelentős mértékben eltérnek általában az őket alkotó fémek tulajdonságaitól
- többnyire keményebbek, nem nyújthatók, nem kalapálhatók
- a tiszta fémek kristályrácsára jellemző elsiklatási lehetőségeket az idegen atomok megakadályozzák
-
Az ötvözetek kémiai tulajdonságai általánosan:
- egyes ötvözetek meghatározott fémarányok mellett az ellenállóbb fém tulajdonságait veszik fel
- pl. Au-Cu esetén, ha a Cu aránya 8 tömeg% alatt van, az ötvözet az Au tulajdonságait mutatja
- sav-, lúg-, korrózióálló ötvözetek
- pl. Cr-Fe, ha a Cr-tartalom min. 12 tömeg% az ötvözet a Cr tulajdonságait veszi fel
-
Bronz:
- Cu és Sn ötvözete
- eszközök, művészeti alkotások, berendezések készítése
-
Amalgám:
- Hg ötvözetei
- a Hg számos fémmel képez amalgámot
- Na-amalgám folyékony
- Ag-amalgám: megkeményedő
-
Emlékező ötvözet:
- egyes ötvözetek kétféle alakra képesek emlékezni
- megfelelő körülmények között egymásba alakíthatók
- pl. ötvözet spirál felmelegítés lehűtés kiegyenesítés ha felmelgítik, újra spirállá alakul
- neve: nitinol
- alkalmazás: pl. szerkezetek összeerősítésénél, ahol csak egy oldalról lehet hozzáférni
-
Korrózió:
- a környezet hatására a fémek felületéről kiinduló kémiai átalakulások
- redoxifolyamat
- a fém a levegő alkotórészeinek, talajban oldott vegyületeknek, vagy egy másik, szennyező fémion hatására oxidálódik
-
Mikor indulhat meg korrózió?
a fématom elektronokat adhat le
-
A fémek korrózióra való hajlama függ:
- standardpotenciál-értéktől
- a kisebb -ú fémek jelentős része könnyen korrodeálódik alkálifémeket petróleum alatt kell tárolni
- a fém felületén kialakult réteg szerkezetétől
- ha a felületi oxidréteg tömör passzív védőréteg, pl. Al, Zn, Sn, Pb, Mg felületén
-
A laza szerkezetű korróziós réteget képező fémek:
- a korrózió szempontjából aktív fémek
- pl. Ca
-
A vas korróziója:
- laza oxidréteg a levegő és a nedvesség áthatol rajta
- a vas oxidálódik:
- az elektronokat a vízben oldott oxigén veszi fel:
- a vas(II)-ionok tovább oxidálódnak vas(III)-ionná
- az oldatban lévő hidroxidionokkal vas(III)-oxid-hidroxid képződik: vörös színű rozsda, FeO(OH)
-
Helyi elem:
- két, egymással érintkező fém közös elektrolitoldatba, pl. savas oldatba merül
- a helyi elem katódja (nagyobb -ú fém) felveszi az elektronokat a vízben oldott anyagokból
- a folyamat addig tart, míg a nagyobb redukálóképességű fém teljesen fel nem oldódik
-
Korrózióvédelem:
a korróziós hatások csökkentésével foglalkozik
-
Korrózióvédelmi eljárások csoportjai:
- fémek felületének védelme (aktív/passzív)
- korrózióálló ötvözetek
-
Passzív felületvédelem:
- a felületet elzárják a környezettől
- a bevonat sérülésével megszűnik a védőhatás
pl. mázolás, lakkozás, zománcozás, teflonbevonat
- passzív réteg kialakítása
- eloxálás: a megvédendő fémet elektrolizáló berendezés anódjának kapcsolják, a vizes oldatból a pozitív póluson oxigéngáz fejlődik
- fémbevonat készítése nagyobb standardpotenciálú fémből
- pl. Fe felületvédelménél gyakran Sn, Ni
- fehérbádog: pl. konzervdobozok belső falán Sn-bevonat, ha sérül, a Fe gyorsan korrodeálódik
-
Aktív felületvédelem:
a védőhatás nem szűnik meg a bevonat megsérülésével
- fémbevonat készítése olyan fémmel, amely a megvédendő fémnél negatívabb -ú
- pl. Fe-lemez bevonása Zn-kel: horganyzott bádog
- ha a bevonat megsérül, a vas mindaddig nem változik, míg Zn van a felületén
- katódos fémvédelem:
- a megvédendő szerkezethez nála negatívabb -ú fémtömböt kapcsolnak fémes vezetővel
- talajban, vízben elhelyezett csövek, fém alkatrészek
-
Fémvédelmi eljárások általános alapja:
- helyi elem képződése
- a negatívabb -ú fém a helyi elem anódjaként oxidálódik
- a megvédett fém a helyi elem katódja
- a fémekkel érintkező elektrolitoldat valamelyik komponense redukálódik
-
Alkálifémek:
- periódusos rendszer IA csoportja, kivéve a hidrogén
- Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
-
Alkálifémek általános jellemzői:
- EN a periódusos rendszerben a legkisebb (<1)
- vegyértékelektronok a legkönnyebben gerjeszthetők lángfestés: Li-vörös, Na-sárga, K-ibolyaszínű
- az oszlopban lefelé haladva az EN csökken
-
Alkálifémek fizikai tulajdonságai:
- Na: ezüstfehér, kékesen fénylő
- K: világosszürke, fémfényű
- alkálifémek sűrűsége az összes fém között a legkisebb
- az oszlop első három alkáliféme kisebb sűrűségű a víznél
- atomméret és viszonylagos távolság miatt az összes szilárd elem közül a legkisebb szilárdság
- viaszlágyságú, késsel vágható fémek
- alacsony olvadás- és forráspont
- jó elektromos vezetés
-
Fémek sűrűsége függ:
- a fémrácsot felépítő atomtörzsek méretétől
- a fémrács szerkezetétől
-
A fémek csoportjai sűrűségük alapján:
- 5 kg/dm3 alatt: könnyűfém
- felett: nehézfém
-
Alkálifémek reakciókészsége:
- igen nagy
- erélyes redukálószerek
- már a levegő alkotórészeivel is reakcióba lépnek tárolás petróleum alatt
-
Nátrium levegőn állva/égetve:
- levegőn: N2O
- égetve: Na2O2 (Na-peroxid)
-
K égetése:
KO2 keletkezik (szuperoxid)
-
Alkálifémek reakciója vízzel:
- Li nem reagál
- Na- redoxireakció, felszabaduló hő megolvasztja a fémet, érintkező felszínen a fejlődő hidrogén (sistergés) tovább mozdítja a fémet, NaOH keletkezik
- K reakciója olyan heves, hogy a fejlődő hidrogén meggyullad, KOH keletkezik
reakciók feltétele: a fém felületén kialakuló hidroxidréteg vízben oldható legyen +
-
Alkálifémek előfordulása:
- csak vegyületek formájában
- a vegyületek gyakoriak: kősó, szóda (Na-karbonát)
- sók közül jelentős: kálisalétrom, chilei salétrom
-
Alkálifémek előállítása:
alkélifém-kloridok olvadékelektrolízisével
-
Alkálifémek élettani hatása:
- K-ionok: sejtek belsejében nagy koncentrációban, oxigént juttat az agy szöveteihez, közreműködik a vérnyomás csökkentésében, szerepe van a test salakanyagainak ürítésében
- Na-ionok: sejtek közötti térben nagy koncentrációban, akadályozza a hő okozta kimerültséget, idegek és izmok megfelelő működése
- szabályozzák a szervezet vízegyensúlyát
- normalizálják a szív ritmusát
-
Alkálifémek polarizáló hatása:
igen kicsi (kis EN, kis töltésszám, nagy ionátmérő)
-
Alkálifémek vegyületeinek színe:
akkor színesek, ha az anion maga színes (K2Cr2O7), vagy ha az anion gerjeszthető (Na2O2)
-
Alkálifém-vegyületek oldódása:
- vízben jól oldódnak
- oldataik semleges (kloridok, nitrátok, szulfátok), vagy lúgos kémhatásúak (karbonát-, foszfátion hidrolízise miatt)
-
A nátrium-hidroxid tulajdonságai:
- marónátron, lúgkő
- fehér, ionkristályos anyag
- pasztilla alakban hozzák forgalomba
- erősen higroszkópos
- levegőn elkarbonátosodik
- vízben nagyon jól oldódik
- vizes oldata erősen lúgos kémhatású
- fehérjeoldó hatása miatt erős méreg
-
Az állati eredetű szálak ... moshatók.
- a lúgoldatban roncsolódnak, lúgos kémhatású mosószerekben nem moshatók
- pl. gyapjú, selyem
-
A NaOH a zsírokat ...
hidrolizálja, miközben glicerin és a zsírsavak nátriumsói keletkeznek
-
A NaOH már hidegen is lassan reagál:
üveggel, zománccal
-
A NaOH előállítása:
kősó vizes oldatának olvadékelektrolízisével
-
A NaOH felhasználása:
- Al-gyártás, műszál-, színezék-, papírgyártás
- mosószerek előállítása
-
Fedősó:
- KCl
- káliműtrágya-gyártásra használják
-
Hamuzsír:
- K2CO3lúgosan hidrolizál
- kenőszappan készítése
- üveggyártás
-
Alkáliföldfémek:
- A periódusos rendszer IIA csoportja
- Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
-
Alkáliföldfémek EN-a:
valamivel nagyobb, mint az alkálifémeké
-
Alkáliföldfémek redukálóképessége:
- erős redukálószerek
- alkálifémekhez viszonyítva gyengébb redukáló hatás
-
Alkáliföldfémek lángfestése:
- Be, Mg - nem ad lángfestést
- Ca - téglavörös
- Sr - kárminvörös
- Ba - zöld
-
A Be tulajdonságai ...
- eltérnek az oszlop további elemeinek tulajdonságaitól (mint a Li)
- Be kevésbé reakcióképes, kitűnő ötvözőanyag, fokozza az ötvözetben a fém keménységét
-
Alkáliföldfémek fizikai tulajdonságai:
- fehér és szürkés színű, fémfényű, puha, jól alakítható, könny fémek
- sűrűségük az alkálifémekénél nagyobb
- oszlopon belül változó keménység, a magasabb rendszámúak lágyabbak
- magasabb olvadás- és forráspont, mint az alkálifémeké
-
Alkáliföldfémek rácstípusa:
- Be, Mg - hatszöges rács, szoros illeszkedés
- Ca, Sr - laponcentrált kockarács
- Ba - tércentrált kockarács
-
Alkáliföldfémek elektromos vezetése:
rosszabb, mint az alkálifémeké
-
Alkáliföldfémek reakciókészsége:
- jóval gyengébb, mint az alkálifémeké
- oszlopon belül rohamosan növekszik
- Ba - legreakcióképesebb tárolás petróleum alatt
- Sr, Ca - zárt üvegben
- Mg, Be - védőréteg védi meg a korróziótól
-
Mg, Ca égése:
- vakító fénnyel fehér porrá égnek el
- az égő Mg-szalag szén-dioxidban is folytatja az égését:
a Mg a szén-dioxidot magas hőmérsékleten redukálja
-
Ba égése:
peroxid keletkezik (BaO2)
-
Alkáliföldfémek reakciója vízzel:
- a Be nem bontja
- Mg csak a forrás hőmérsékletén bont
- Ca és a többi tag: hidegen is, hidrogénfejlődés, hidroxid képződése
- a kalcium a víz alá süllyed, a képződő kalcium-hidroxid egy része fehér csapadék formájában kiválik
-
Alkáliföldfémek reakciója híg savakkal:
valamennyi alkáliföldfém reakcióba lép, gázfejlődés
-
Alkáliföldfémek előfordulása:
- csak vegyületeikben
- Ca, Mg a földkéreg gyakori elemei
- Mg-vegyületek: magnezit (Mg-karbonát), dolomit
- Ca-vegyületek: mészkő, márvány, dolomit, anhidrit, gipsz
-
Alkáliföldfémek előállítása:
kloridjaik olvadékának elektrolízise, levegőtől elzárt térben
-
Alkáliföldfémek élettani jelentősége:
- ionok, vegyületek formáiban nélkülözhetetlenek
- véralvadás, csontképzés, ingerületvezetés, izomműködés, normális szívműködés
- Ca jelenléte megelőzi az álmatlanságot, közreműködik a vas felszívódásában
Be és Ba vízben oldódó vegyületei mérgezőek
-
Alkáliföldfémek vegyületeinek általános jellemzői:
- általában az ionos kötés a jellemző
- alacsony rendszámú tagok: Be vegyületei (és részben a Mg-é is) kovalens kötés felé átmenet
-
Alkáliföldfémek vegyületeinek vízoldhatósága:
- az aniontól függ
- jól: kloridok, nitrátok
- rosszul, vagy nem: karbonátok, szulfátok
a vízben oldódó Ca- és Mg-vegyületek karbonát- és foszfátionok hatására vízben oldhatatlan csapadék formájában kiválnak, pl:
-
Égetett magnézia:
- MgO
- tapadós, fehér, vízben NEM oldódó por
- tűzálló edények, téglák készítése, tornászok hintőpor
-
Folypát:
- CaF2
- melegítve vagy UV-besugárzásra fluoreszkál
- HF előállítása, zománcok készítése, kohászatban ömlesztőszer
-
Klórmész:
- kalcium-klorid-hipoklorit, CaCl(OCl)
- oxidáló hatású
- színtelenítés, fertőtlenítés
-
Magnezit:
- magnézium-karbonát
- vízben oldhatatlan
- tűzoltóanyag-ipar használja
-
IIIA csoport elemei:
földfémek
-
Al ox. száma vegyületeiben:
+3
-
Al fizikai tulajdonságai:
- ezüstfehér
- jól nyújtható, hengerelhető vékony lemezek, fóliák készítése
- könnyűfém
- rácsa: laponcentrált kockarács a fémrétegek viszonylag kis erő hatására is könnyen elcsúsznak egymáson
- áramvezető tulajdonsága elmarad a legjobb vezetőköz képest, de könnyűfém volta miatt szívesen használják elektromos vezetékek készítéséhez
-
Al reakciókészsége:
viszonylag kis EN, viszonylag kis standardpotenciál jellemzi
-
Al reakciói:
- magas hőmérsékleten meggyújtható, vakító fénnyel ég el
- levegő oxigénjével: szobahőmérsékleten reagál védő oxidréteg a levegőn nem korrodeálódik
- ha a védőréteget eltávolítjuk (HgCl2-oldattal), reakcióba lép a vízzel Al(OH)3 (fehér pelyhes csapadék), H2
- amfoter: híg savakban, lúgoldatban is oldódik, hidrogéngáz fejlődik
- hajlamos a vízmolekulákkal komplexképzésre: [Al(OH)4]- - színtelen hidrokomplex, [Al(H2O)6]3+ - színtelen akvakomplex
- tömény oxidáló savak passziválják
- halogénelemekkel melegítve hevesen egyesül (Al és jódpor + 1 csepp víz katalizátor heves reakció)
- termitreakció: fém-oxidból fémion redukciója, pl.:
(2000-2500 °C, vasúti sínek összehegesztése)
-
Al előfordulása:
- elemi állapotban nem
- vegyületei gyakoriak
- fontosabb szilikátoknak lényeges alkotóeleme, ezek mállásterméke az agyag
bauxit: sárgásvörös színezetű, földes külsejű kőzet, szennyező anyagi: víztartalmú vas-oxidok, kvarc, titán- és vanádium-oxidok, kémiailag kötött víz
kriolit: színtelen, üvegfényű, tört felülete a jéghez hasonló ( jégkő), Al-gyártás fontos segédanyaga
korund: tiszta Al 2O 3, színtelen, nála csak a gyémánt a keményebb ásvány
-
Az Al ipari előállításának két fő szakasza:
- timföldgyártás, lényege: a tiszta Al-oxid előállítása
- a timföld elektrolízise, lényege: a timföld redukciója olvadékelektrolízissel fémalumíniummá
-
A timföldgyártás menete:
- nyersanyag: bauxit
- bauxit porrá őrlése
- feltárás: NaOH-oldatban magas hőmérsékleten és nyomáson kioldják az Al vegyületeit nem oldódó anyag a szennyező vasvegyületek miatt vörös színű (vörösiszap)
- ülepítés, szűrés, Al-tartalmú vegyületek hígítása vízzel rosszul oldódó Al(OH)3 válik le
- szűrés, izzítás (kalcinálás) timföld
-
A timföld elektrolízisének menete:
- a timföld olvadáspontja magas (2000 °C felett) 1000 °C körül olvadó kriolitban oldják oldott timföldet elektrolizálják
- elektrolízis grafitelektródok között
- elektrolizáló berendezés: alumíniumkohó
- 5-7 V, 13 ezer - 35ezer A egyenáram
- a képződő olvadt Al a kád alján, a grafitbélésen gyűlik össze
- a kriolit védi meg az újraoxidálódástól
- az anódon fejlődő oxigén reakcióba lép az anód anyagával CO, CO2 keletkezik, pótolni kell az anódszenet
-
Al felhasználása:
- a fémet és ötvözeteit nagy mennyiségben, sokféle területen használják
- fém Al: elektromos vezetékek, fóliák, lemezek
- ötvözetek: háztartási eszközök, ablakkeretek, gépalkatrészek, csomagolóanyagok, szerkezeti elemek, csövek, közlekedési eszközök gyártása
-
Az Al környezeti hatásai:
- az oldható Al-vegyületek a szervezetet károsítják
- mivel az Al amfoter, ezért Al-edények, ételhordók használatakor ezt figyelembe kell venni
- savak esők megnövekszik az élővizek Al-ion-tartalma
- halak eltűnése: Al-mérgezés + lecsökkent pH, lecsökkent pH a savasodás miatt más fémek is oldódhatnak (Cd, Zn, Pb)
-
IV. főcsoport fémei:
Sn, Pb
-
Ón, ólom ox. számai:
- ón(II) kevésbé stabilis, mint az ón(IV)-vegyületek
- ólomnál fordítva
-
Az ón fizikai tulajdonságai:
- ezüstfehér színű, jól nyújtható, kalapálható, hengerelhető nehézfém
- 13 °C alatt szürke ónná alakul (allotrop módosulat)
- szürke ón: gyémánthoz hasonló rácsszerkezet, szürke por
- fehérón szürke ón átalakulás lassú folyamat, melynek eredményeként az óntárgy porrá hullik szét
-
Az ón kémiai tulajdonságai:
- levegőn vékony SnO hártya (passzív réteg)
- égetve: SnO2
- amfoter elem
-
Az ón felhasználása:
- régen sok használati tárgy készült belőle (edények, ivókupák, pénztárgyak)
- napjainkban: vaslemezek bevonása fehér bádog
- réz + ón = bronz
- lágyforrasz/forrasztóón: ón + ólom
-
Az ólom fizikai tulajdonságai:
- friss vágási felületén élénk ezüstfényű, de az oxidáció miatt hamar sötétszürkévé alakul
- hajlékony, jól hegeszthető, korrózióálló nehézfém
- lágy, papírra lehet vele írni
- olvadáspontja alacsony (kb. 330 °C), könnyen önthető
-
Az ólom reakciókészsége:
- nagyobb, mint az óné
- negatív
- oldódása híg savban: megindul, de a felszínen keletkező ólom(II)-klorid ill. szulfát megakadályozza a további oldódást:
- híg salétromsav: alig oldódik
- szénsav: jól oldódik
- tömény oxidáló sav: oxidálja, de nem oldja:
-
Az ólom felhasználása:
- vízvezetékek nyomócsövei
- föld és víz alatti kábelek burkolatai
- akkumulátorok lemezei
- nehezék (mélytengeri halászok hálója, vitorlás hajók tőkesúlya)
- ivóvíz: ha a hidrogén-karbonátok oldatban tartásához képest több szabad szénsavat tartalmaz ólomcső falán lévő, egyébként oldhatatlan vegyületek feloldódnak (PbO2) mérgező hatás
- ólomötvözet: sörét, forrasztóón, csapágyfém
- sugárvédelem: röntgenvizsgálatok, atomreaktorok kelléke
- színes ólomvegyületek: festékek (pl. a rozsda ellen használt mínium)
-
Az ólomvegyületek élettani hatásai:
- mérgezőek
- táplálék, ivóvíz útján kerülnek a szervezetbe
- nehezen ürülnek ki az emberi és állati szervezetből, felhalmozódnak
- mérgezhetnek a tetszetős, színes edények
- ólomvegyületek okoznak: vérszegénység, érszűkület, magas vérnyomás, keringési zavarok, vérrögképződés, károsítják az idegrendszert
-
Átmeneti fémek:
- a d-mező elemei
- átmeneti tulajdonságok az s- és p-mező fémjei között
-
A mintegy 30 átmeneti fém legkülső elektronhéja:
- ns2, kivétel: Cu, Cr - ns1ezeknek a legkülső héj alatt lévő elektronhéj szerkezetében van eltérés
-
A d-mező fémjeinek közös általános tulajdonságai:
- nagy sűrűségű, kemény, magas olvadáspontú fémek
- egymással és más fémekkel ötvözetet képeznek
- egyesek nem oxidáló ásványi savakban is oldódnak, mások csak oxidálás után oldódnak savakban
- kevés kivétellel különböző ox. számmal is szerepelhetnek
-
A vascsoport elemei:
- Fe, Co, Ni
- itt az egymás mellett lévő elemek tulajdonságaik jobban hasonlítanak egymásra, mint az egymás alattiak
- mindhárom fém sűrűsége nagy, olvadáspont a Co kivételével magas
- mágneses mező hatására erősen mágneseződnek, a külső mágneses hatás után is mágnesesek maradnak
-
A vas vegyértékelektron-szerkezete, kristályrácsa:
- 4s23d6
kristályrács hőmérséklettől függ: vörösen izzó - laponcentrált kockarács jó megmunkálhatóság, szobahőmérséklet - tércentrált kockarács
-
A vas fizikai tulajdonságai:
- tiszta állapotban szürkésfehér, fémes fényű, viszonylag lágy nehézfém
- tiszta állapotban, különösen magas hőmérsékleten jól megmunkálható
- ferromágneses tulajdonságú
- elektromosságot, hőt jól vezeti
- negatív standardpotenciál
-
A vas nedves levegőn ...
korrodeálódik, laza szerkezetű rozsda, az egész fém átalakulhat
-
A Co és a Ni tulajdonságai ...
- nagyon hasonlítanak a vasra
- nem korrodeálódnak, felületükön összefüggő védő oxidréteg
-
Vas égése:
- a vaspor csillagszóró-szerűen elég
- vas(III)-oxid keletkezik
-
Vas- és kénpor reakciója:
izzásig hevítve a keveréket vas(II)-szulfid keletkezik
-
Vas és klór reakciója:
a klór vas(III)-ig oxidálja a vasat
-
Co és Ni nemfémes elemekkel alkotott vegyületeinek ox. száma:
+2
-
Vas és víz reakciója:
vas a vörös izzás hőmérsékletén redukálja a vizet
-
Fe, Co, Ni oldódása savakban:
- a Fe híg savakban hidrogénfejlődés közben oldódik (sósavval vas(II)-klorid képződik)
- a vas(II)-ionok a keletkező oldatot zöld színűre festik
- érintkezés a levegő oxigénjével sárga szín, vas(III)-ionok
- tömény, oxidáló hatású savak a Fe felületét passziválják
- Co, Ni híg savakból hidrogént fejleszt, 2+ töltésű fém-kationok keletkeznek
- tömény oxidáló savak a Co-ot és Ni-t is passziválják
-
Vas(II)-hidroxid csapadék színe:
szürkészöld
-
Vas(III)-hidroxid csapadék színe:
vörösbarna
-
A Fe előfordulása:
- az egyik legelterjedtebb elem a Földön
- elemi állapotban ritkán (pl. vasmeteoritok)
- vasat kisebb-nagyobb mennyiségben minden kőzet tartalmaz
-
A vas ércei:
- mágnesvasérc/magnetit: Fe3O4
- vörösvasérc/hematit: Fe2O3
- barnavasérc/limonit: FeO(OH)
- vaspát/sziderit: FeCO3
-
A vasgyártás lényege:
az ércek redukálószerrel történő redukciója
-
Hol történik a nyersvas előállítása?
nagykohó/nagyolvasztó
-
A vasgyártás anyagai:
- vasérc
- koksz
- salakképző anyagok, pl. mészkő
- segédanyag: levegő
-
A vasgyártás menete:
- aprított vasérc + salakképző anyag
- a kohóba váltakozva adagolják ezt a keveréket és kokszot
- fentről lefelé haladva az anyagok hőmérséklete emelkedik, magas hőmérsékleten reagálnak az alulról befúvott forró levegővel
- koksz egy része elég megfelelő hőmérséklet biztosítása, CO2 keletkezik ezt az izzó szénréteg redukálja CO-dá
- a vasérc redukálását végzi: koksz (közvetlen redukció) + CO (közvetett redukció)
- a salakképző a vasérc szennyeződéseivel reagál, jól olvadó szilikát-olvadékot képez
- salak: kémiailag tisztítja a vasat + megvédi az oxidációtól
- a kohó alján csapolják le az olvadt vasat és a salakot
- torokgázok: kohó felső részén hagyják el a kohót - CO- és hidrogéntartalom éghetőek levegő előmelegítése
- a keletkezett nyersvas a kokszból, egyéb anyagokból szennyezéseket old fel, 3-4 tömeg% szenet tartalmaz kemény, rideg, nem hegeszthető
- egy része: öntöttvas - gépek, szerkezeti elemek készítése
- nagy része: acélgyártás
-
Az acélgyártás lényege:
- a nyersvas széntartalmának csökkentése
- nyersanyag: nyersvas, termék: acél - C-tartalma 1,7 tömeg% alatt van
-
Acélgyártás folyamata:
- olvadt nyersvason magas hőmérsékletű oxigént fúvatnak át
- az oxigén a felesleges széntartalmat szén-dioxiddá alakítja + egyéb szennyezéseket is oxidálja, amelyekből salak keletkezik
- a salak az acél felszínéről eltávolítható
- acélt a konverter megdöntésével ürítik ki
-
Edzett acél:
- magas hőmérsékletre hevített és hirtelen lehűtött acél
- kemény, rideg, törékeny
ha az edzett acélt utólag néhány száz fokra melegítik, és lassan hűtik le: megeresztés rugalmas, szívós acél
-
Rozsdamentes acél:
Cr- és Ni-tartalom
-
A Fe élettani jelentősége:
- minden élőlénycsoportnak fontos
- növényeknél vashiány: klorózis
- hemoglobin, mioglobin, enzimek működése
- immunrendszer
-
Ni, Co élettani hatása:
- Ni allergén
- Co vegyületei rákkeltőek
-
Másodfajú fémek:
- a d-mező azon elemei, amelyekben a d-alhéj telített
- Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg
-
-
A rézcsoport tulajdonságai (vegyértékelektron-szerkezet, ox. szám):
- vegyértékhéj elektronszerkezete: ns1(n-1)d10
- mindhárom elem képes +1-es ox. számú vegyületet képezni
- Cu: +2-es vegyületek a legállandóbbak
- Au: +3-as vegyületek a legállandóbbak
- a rézcsoport ionjainak elektronszerkezete nem nemesgázszerkezetű
- Cu2+-ionok vízmentes állapotban: színtelen, vizes állapotban: halványkék
-
A rézcsoport elemeinek fizikai tulajdonságai:
- Cu, Au színes
- Ag fehér
- jól megmunkálható nehézfémek
- jó hő- és elektromos vezetés
- viszonylag nehezen reagáltathatók
- nagy EN-ú fémek
- standardpotenciál pozitív
-
A Cu fizikai tulajdonságai:
- vöröses színű nehézfém
- félkemény, más fémmel ötvözve keménysége megnő
- jól nyújtható, szívós fém
- hőt, áramot kitűnően vezeti
-
A Cu kémiai tulajdonságai:
- száraz levegőn hosszú idő után megsötétedik (CuO)
- nedves levegőn: patina ("nemes rozsda") megóvja a további átalakulástól
- oxigénnel reagál, CuO keletkezik
- rézdrót + kéngőzök = barnásfekete CuS
-
A Cu oldódása, komplex ionok képződése:
- vízzel, híg savakkal, lúgoldatokkal nem reagál
- sósavban nem oldódik
- csak oxidáló hatású savakban oldódik
- tömény, meleg kénsav oldja
salétromsavban hidegen is oldódik
- a hidratált réz(II)-ion akvakomplex: [Cu(H2O)4]2+
lúgos közegben: a réz(II)-ionok kék színű réz(II)-hidroxid csapadék formájában kiválnak
- a csapadék hevítés hatására megfeketedik (CuO)
- a réz(II)-hidroxid csapadék ammóniaoldat feleslegében stabilis komplex ion keletkezése közben oldódik:
a nem oxidáló savak levegő jelenlétében elősegítik a réz oxidációját:
-
A Cu jól ötvözhető:
- Zn, Sn, Ag, Fe, Al
- ötvözéssel keménysége nő, előnyösen változik önthetősége és megmunkálhatósága
-
Cu ötvözetei:
- Cu + Zn - sárgaréz
- Cu + Sn - bronz
- Cu + Ni - újezüst, alpakka
-
Cu előfordulása:
- elemi állapotban is
- fontos érce a kuprit (Cu2O)
- malachit zöld, azurit kék színű rézásvány
-
Cu előállítása:
redukcióval
-
A Cu élettani hatásai:
- fémréz nem mérgező, ionjai mérgezőek
- alacsonyabb rendű élőlények érzékenyek a réz-ionokra: permetszer, gabonacsávázás
- emberre a 0,1 g feletti rézmennyiség ártalmas
-
Ag fizikai tulajdonságai:
- fehér színű, élénk fényű fém, finom pora fekete
- réznél puhább, aranynál keményebb
- az arany után a legjobban alakítható fém
- a legjobb hő- és elektromos vezető
-
Ag kémiai tulajdonságai:
- reakciókészsége kicsi
- nedves levegő hatására szobahőmérsékleten is fekete réteg
-
Ag oldódása:
- tömény salétromsav: Ag-t először oxidálja, aztán oldja (választóvíz)
- oldódik forró, tömény kénsavban
- híg ásványi savakban, lúgokban nem oldódik
ezüstionokból lúg hatására: barnásfekete AgOH-csapadék vizet veszít, Ag 2O
ammóniaoldat feleslegében hatására: a csapadék feloldódik, diamin-ezüstion keletkezik
-
Az ezüst-nitrát-oldatból ammóniaoldat hatására ...
- csapadék válik le, amely az ammónia feleslegében feloldódik
- az oldathoz formalint adva és melegítve, a színtelen oldat megfeketedik, és a kémcső falán ezüsttükör válik ki
-
Az Ag környezeti hatásai:
- az Ag-vegyületek mérgezőek
- néhány vegyületet a gyógyászat alkalmaz
- a fémezüst erős gomba- és baktériumölő hatással rendelkezik
-
A fekete-fehér fényképezés alapjai:
- ezüst-halogenid alapú fényképészeti alapanyagok
- exponálás után a bomlatlan ezüst-halogenidek eltávolítása, a kép fixálása
- pozitív kép: a sötétkamrában a film képét fotópapírra vetítik
- fotópapír: fényérzékeny réteg, mint a filmtekercsen előhívás, rögzítés
-
Az Au fizikai tulajdonságai:
- sárga, csillogó fény
- keménysége nem nagy
- az összes fém között a legjobban nyújtható és hengerelhető
- elektromosságot, hőt kitűnően vezeti
-
Az Au kémiai tulajdonságai:
- a levegőn nem változik
- a legtöbb kémiai anyaggal szemben ellenálló
- a tömény salétromsav sem támadja meg
- a királyvíz oldja (tömény sósav és salétromsav 3:1 V-arányú elegye)
- elemi állapotban fordul elő
-
Au felhasználása:
- elektronikai ipar: Au + nemesfémek ötvözetei
- irányítástechnikai berendezések, elektromos mérőkészülékek, számítógépek egyes részei
- ékszerek
- karát: viszonyszám, mekkora az ötvözetben az arany tömegaránya, a színarany 24 karátos
-
A cinkcsoport elemei, jellemzők:
- Zn, Cd, Hg
- vegyértékelektron-szerkezet: ns2(n-1)d10
- vegyületeikben az ox. szám +2
-
Zn fizikai tulajdonságai:
kékesfehér színű, könnyen megolvasztható nehézfém
-
Zn kémiai tulajdonságai, reakciói:
- közepes EN
- negatív standardpotenciál
- levegőn állva felületén vékony, összefüggő oxidréteg
- hevítve elég, ZnO keletkezik
- Zn-por és S-por keveréke hevítve hirtelen fellobban, ZnS keletkezik
-
Zn oldódása:
- savakban, lúgokban hidrogénfejlődés közben oldódik
- lúgoldattal 4 hidroxidionnal alkot komplexet:
, dinátrium-tetrahidroxo-cinkát
-
Zn előfordulása:
- elemi állapotban nem fordul elő
- ércei: szfalerit (ZnS), cinkit (ZnO)
-
Zn felhasználása:
- korrózióvédő bevonat a vas felületén (horganyzott bádog - tetőfedő lemez, esőcsatorna, kanna, stb.)
- fontos ötvözete a sárgaréz
- ZnO: lakkok, festékek, púderek, gyógyászatban szárító szer
- ZnS: erős megvilágítás után sötétben világít, röntgenbesugárzás hatására fluoreszkál, ZnS-hoz kis mennyiségű radioaktív anyag: megvilágítás nélkül is világító festék, pl órák számlapja
-
Zn élettani hatása:
- nagyobb mennyiségben mérgező
- kis mennyiségben sok élőlény és az ember számára is nélkülözhetetlen
-
Cd tulajdonságai:
- Zn-hez hasonló fém
- korrózióvédelemben bevonatként jobb, mint a Zn
- magas ára akadályozza széles körű alkalmazását
- lúgos akkumulátorok, elemek készítése
- vegyületei nagyon mérgezőek
-
A Hg tulajdonságai:
- az egyetlen szobahőmérsékleten cseppfolyós fém
- felületi feszültsége nagy, ezért nem nedvesít
- erősen párolog
- EN nagy
- pozitív standardpotenciál
- levegőn nem változik
- kénnel szobahőmérsékleten egyesül (HgS nem mérgező)
- a Hg oxigénnel közvetlenél nem reagáltatható, mert oxidja hő hatására bomlik
-
Hg oldódása:
- sav- vagy lúgoldatokból nem fejleszt hidrogént
- tömény oxidáló hatású savakban oldódik
-
A Hg ötvözetei:
- amalgámok
- Ag, Cu-amalgám: fogtömésre
-
Hg előfordulása:
elemi állapotban, HgS formájában
-
Hg felhasználása:
- régen hőmérők töltése
- napjainkban: laboratóriumi eszközök, kvarclámpák, műszerek
-
Hg élettani hatása:
- gőze tartósan belélegezve mérgező
- oldódó vegyületei mérgezőek
-
Mn oxidációs számai:
- +2, +4
- nemfémekre jellemző magas +6, +7
-
Mn fizikai tulajdonságai:
- ezüstszürke fém
- felületén vékony rétegben oxidálódik
- állandó módosulata a vasra emlékeztet
- különböző ötvözeteiben a korrózióállóságot növeli
-
Mn +2-es ox. számú vegyületei:
- mangán(II-klorid), mangán(II)-szulfát
- rózsaszínűek, vízben jól oldódnak
-
Barnakő (tulajdonságai):
- mangán(IV)-dioxid
- vízben rosszul oldódó, barna csapadék
- kitűnő oxidálószer, klórgázt lehet vele fejleszteni
katalizáló hatás: a hidrogén-peroxid bomlását gyorsítja
-
A kálium-permanganát tulajdonságai:
- Mn-atom +7-es ox. számú
- köznapi neve hipermangán
- lilásfekete, fémfényű, csillogó kristályok
- vízben kitűnően oldódik, az oldat színe lila
- erős oxidálószer köznapi életben: fertőtlenítés
- a redoxititrálások egyik oxidálószere
- klór előállítására laboratóriumban használható
- hevítés hatására oxigén szabadul fel belőle, és mangán(IV)-dioxid keletkezik
|
|