Prvky VIII.B skupiny – triáda železa

1. Prvky VIII.B skupiny – triáda železa železo (26Fe) • výskyt: rudné minerály (rudy) – minerály obsahující kov • hematit (krevel) - Fe2O3 • limonit (hnědel) - 2FeO3·3H2O • magnetit (magnetovec) - Fe3O4 • siderit (ocelek) - FeCO3 • pyrit - FeS2 • minerální vody [Fe(HCO3)2] • 70% v lidském těle je součástí hemoglobinu

2. hematit

3. limonit

4. magnetit (Bolívie)

5. siderit (Německo)

6. pyrit („kočičí zlato“)

7. průmyslová výroba železa a oceli • 1. popis vysoké pece • vysoká pec je zařízení, které pracuje 10 let nepřetržitě, po skončení provozu se opravuje, v ČR jsou vysoké pece v Ostravě – ArcelorMittal Steel Ostrava a v Třineckých železárnách • pec je vysoká 25-40m, základem je šachta, která se v horní části zužuje – tzv. sazebna (zde se pomocí šikmých výtahů naváží vsázka – ruda(hematit, koks a vápenec)

8. sazebna je uzavřena sazebním uzávěrem, kudy také odchází vysokopecní (kychtový plyn) do ohřívačů vzduchu • další částí šachty je zarážka – nejširší místo šachty a nístěj – spodní část šachty, odkud se vypouští struska a roztavené surové železo • šachta je tvořena ocelovými pláty a vyztužena ohnivzdornou vyzdívkou, plášť šachty je chlazen vodou

9. v místě zarážky se nachází kruhové potrubí, kterým pomocí dmyšen proudí do vysoké pece předehřátý vzduch z ohřívačů vzduchu • předehřátý vzduch obsahuje kyslík a má teplotu až 1000 C a slouží ke spalování koksu ve vysoké peci • součástí vysoké pece jsou ohřívače vzduchu – jsou to válcovité ocelové nádoby, s ohnivzdornou vyzdívkou, uvnitř mají spalnou komoru, kde se ohřívá vzduch pomocí kychtového plynu z vysoké pece, který obsahuje především oxid uhelnatý • teplota na vrcholu ohřívačů (pod kopulí je až 1600 C)

11. 2. Reakce ve vysoké peci • vysoká pec má pásma, které se liší teplotou a reakcemi, které zde probíhají • předehřívací pásmo (pod sazebnou) – teplota cca 200 C, zde se vsázka (koks, ruda – hematit – oxid železitý, struskotvorné přísady – vápenec, dolomit) předehřívá a vypařuje se vlhkost • 1.redukční pásmo – zde probíhá nepřímá redukce oxidu železitého oxidem uhelnatým, který je součástí vysokopecního plynu, vzniká tak surové železo, které klesá ke dnu pece, teplota 400 – 1000 C

12. 2.redukční pásmo – zde probíhá přímá redukce oxidu železitého uhlíkem, teplota 1100 – 1200 C, • nauhličovací pásmo – teplota až až 1400 C, v tomto pásmu se do železa dostává uhlík, 3,5 až 4,5%, uhlík snižuje teplotu tání železa • tavící pásmo – zde se nachází kapalné surové železo, připravené k odpichu,teplota je zde až 2000 C, t.t (Fe) = 1536 C

13. struska a surové železo se vypouští, struska vzniká z hlušiny, která doprovází čistý hematit a z vápence a dolomitu • struska plave na surovém železe a chrání ho před oxidací kyslíkem • struska se používá na výrobu např. tvárnic nebo se přidává do cementu

14. struska

15. surové železo je buď šedé nebo bílé • z šedého železa, ocelového šrotu,vápence a koksu se v tavících pecích získává litina šedá nebo bílá, teplota v peci je 1500 C, litina je pevná, ale křehká, obsah uhlíku víc než 2,14% • výrobky z litiny – radiátory, kotle, kašny, náhrobky, krbové desky apod. • bílé železo se zpracovává v ocelárnách na ocel

16. základem výroby oceli ze surového železa je snižování obsahu uhlíku až na 1%, dále jsou při výrobě oceli odstraňovány nečistoty (sloučeniny Si, P, S) – jsou převedeny na své oxidy • výroba oceli v kyslíkovém konvertoru spočívá v profukování surového roztaveného železa kyslíkem z ocelových trysek • výroba oceli v elektrické peci spočívá v roztavení surového železa účinkem tepla, které vzniká průchodem el. proudu surovým železem • el. oblouková pec je tvořena elektrodami, mezi kterými vzniká díky průchodu el. proudu el. oblouk

17. oběma způsoby získáme měkkou nelegovanou ocel, kterou můžeme zpracovávat kalením, popouštěním nebo legováním • kalení – prudké zahřátí oceli a prudké zchlazení vodou • popouštění – pomalé zahřátí a zchlazení • legování – k oceli se přidávají kromě železa další kovy, nikl, chrom, vanad, kobalt, takže legované oceli mohou obsahovat až 30 % různých kovů • výrobky z oceli – ocelové konstrukce – Eifellova věž, Petřínská rozhledna, televizní vysílač Žižkov, ocelové konstrukce mostů, kolejnice,plechy, dráty, chirurgické a zubařské nástroje, elektrárenské turbíny

18. chirurgické nástroje

19. fyzikální vlastnosti: • bílý, lesklý, neušlechtilý kov, měkký, kujný, tažný

20. chemické vlastnosti: • na suchém vzduchu stálé • na vlhkém vzduchu se pokrývá vrstvou Fe(OH)3 (rezavění) • s kyslíkem reaguje za vzniku Fe2O3 nebo Fe3O4 • reaguje např. s HCl nebo zředěnou kyselinou sírovou za vzniku soli a vodíku • v oxidujících kyselinách se pasivuje

21. sloučeniny: • hydroxid železnatý • reakcí vodného roztoku obsahujícího Fe2+ s hydroxidy - vzniká vločkovitá sraženina, která, je-li připravena za naprostého vyloučení vzduchu je bílá • v přítomnosti kyslíku Fe(OH)2 tmavne a přechází na červenohnědý Fe(OH)3

22. disulfid železnatý • může se připravit zahříváním Fe2O3 v atmosféře H2S • zahříváním za přístupu vzduchu vzniká Fe2O3 a SO2

23. síran železnatý • bezvodý - bílá látka • s vodou vytváří heptahydrát - zelená skalice FeSO4·7H2O – používá se k úpravě pitných a odpadních vod a k hubení mechu v trávnících • (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O - Mohrova sůl - látka na vzduchu stálá - význam v analytické chemii

24. zelená skalice

25. uhličitan železnatý • bílá sraženina • na vzduchu hnědne, neboť se oxiduje • nerozpustný ve vodě, obsahuje-li však vodu a rozpuštěný CO2 tvoří se rozpustný Fe(HCO3)2, který je součástí minerálních vod

26. K4[Fe(CN)6] - hexakyanoželeznatan draselný (žlutá krevní sůl) • ve vodě dobře rozpustná, žlutá, krystalická látka, není toxická • reakcí se železitou solí vzniká - tmavě modrá sraženina, berlínská modř – využití v analytické chemii

27. žlutá krevní sůl

28. FeCl3·6H2O – hexahydrát chloridu železitého • prostředek k leptání, zvláště důležitá je jeho schopnost leptat měď, čehož se využívá při výrobě tištěných elektrických obvodů • světlehnědá, krystalická látka, rozpustná ve vodě • při úpravě vody vytváří vločky, které na sebe navážou z vody rozpuštěné nežádoucí látky

29. hexahydrát chloridu železitého

30. hydroxid železitý • složení lépe vystihuje vzorec Fe2O3·nH2O • látka má amfoterní charakter • vytváří hnědé nebo červenohnědé granule, ve vodě nerozpustné • používá se k čištění vod, které obsahují arsen (adsorpce)

31. síran železitý • krystaluje v podobě šesti různých hydrátů (12, 10, 9, 7, 6 a 3 H2O) • nejčastěji jako nonahydrát, používá se k úpravě odpadních vod jako srážedlo

32. nonahydrát síranu železitého

33. K3[Fe(CN)6] - hexakyanoželezitan draselný (červená krevní sůl) • příprava oxidací hexakyanoželeznatanu draselného např. chlórem v roztoku okyseleném kyselinou chlorovodíkovou:2K4[Fe(CN)6] + Cl2  2K3[Fe(CN)6] + 2KCl • krystalizuje v červených krystalech, které se dobře rozpouští ve vodě na žlutý roztok

34. je jedovatá • reakcí s ionty železnatými dává modrou sraženinu, Turnbullova modř – v analytické chemii

35. červená krevní sůl

36. kobalt (27Co) • výskyt: • smaltin - CoAs2 • kobaltin - CoAsS • součást vitamínu B12 • průmyslová výroba: • rudy se nejprve praží, kov se tak převede na oxid a oxid se redukuje uhlíkem, vodíkem nebo hliníkem

37. fyzikální vlastnosti: • lesklý, stříbřitý kov s modrým nádechem • tvrdší než železo, kujný, tažný • feromagnetický - Curieho teplota > 1100 °C • jeden izotop - 60Co

38. chemické vlastnosti: • na vzduchu je za normální teploty stálý • ve zředěných kyselinách se rozpouští obtížně • tvoří komplexní sloučeniny

39. využití: • výroba barev - výroba porcelánu a skla • sloučeniny kobaltu se používají jako katalyzátory v organických reakcích • výroba slitin (Alnico - Al, Ni, Co) - výroba permanentních magnetů • pokobaltování - ochrana před korozí ovocnými šťávami (příbory), 60Co (poločas rozpadu - 5271 let) • koncentrovaný zdroj záření gama v lékařství při léčbě zhoubných nádorů

40. sloučeniny: • chlorid kobaltnatý • indikátor kvality silikagelu používaného jako sušící prostředek (změna barvy modré na růžovou, ke které dochází při přechodu z bezvodé formy na hydratovanou)

41. nikl (28Ni) • výskyt: • nikelin - NiAs • průmyslová výroba: • karbonylový způsob - pražením vzniklý oxid nikelnatý redukujeme vodním plynem (CO + H2) • houbovitý nikl pak reaguje při teplotě 50 - 60°C s oxidem uhelnatým

42. vzniká těkavý tetrakarbonyl niklu, který se potom rozloží vedením přes tablety z čistého niklu při teplotě 230°C a uvolněný CO se vrací zpět • nikl vyrobený tímto způsobem dosahuje čistoty asi 99,95%

43. fyzikální vlastnosti: • stříbrobílý, lesklý, kujný, tažný kov • chemické vlastnosti: • ve zředěných kyselinách se rozpouští jen zvolna • odolný vůči působení alkalických hydroxidů • koncentrovaná HNO3 nikl pasivuje

44. využití: • přísada do ocelí (korozivzdorné) • výroba slitin • katalyzátor (hydrogenace) • akumulátorové baterie (Ni/Fe)