CHEMIE

1. CHEMIE http://homen.vsb.cz/~val15 http://rccv.vsb.cz/iTutor

2. Kovy v PSP 88 prvků Růst kovového charakteru Růst kovového charakteru

3. Rozdělení kovů • Lehké: Al, Mg, Ti • Těžké:Cu, Zn, Pb, Ni, Sn, Cr, W • Nízkotavitelné (do 500C):Sn, Pb, Zn • Vysokotavitelné:Cr, Mn, W • Železné:surové železo, ocel, litina • Neželezné:ostatní

4. Výskyt v přírodě • Jako elementární jen kovy ušlechtilé, jejich velká ložiska však už byla většinou vytěžena • Častěji ve sloučeninách • Nerosty pro výrobu kovů:kovové rudy • Zpravidla se jedná o sloučeniny oxidické (oxidy, hydratované nebo podvojné oxidy) nebo sulfidické (často polymetalické) • další sloučeniny:uhličitany, sírany, halogenidy, fosforečnany, aj.

5. Kovy - fyzikální vlastnosti • Neprůhledné • Lesklé • Tvrdost a pevnost • Kujnost, tažnost (Pt, Au, Ag) • Tepelná a elektrická vodivost ( T klesá) • Nejtěsnější uspořádání (hexagonální, kubické) • Teploty tání, varu • Tvorba slitin

6. Nejtěsnější uspořádání koulí v rovině

7. Nejtěsnější uspořádání vrstev kubické plošně centrované hexagonální

8. Dva typy dutin tetraedrické mezery oktaedrické mezery

9. Kubická prostorově centrovaná struktura

10. Přehled krystalových struktur kovů

11. Kovy – chemické vlastnosti •  3/4 prvků v PSP • Kovová vazba (delokalizovaná) • Malé až střední hodnoty elektronegativit • Tvoří kationty Mez+ (vždy kladné ox. č.) • Dle el. potenciálu: neušlechtilé (E< 0), ušlechtilé (E> 0) • Reaktivita ( s  E)

12. Neušlechtilé kovy • Velmi reaktivní • V přírodě jen ve sloučeninách • Rozpouštějí se v HCl, zředěné H2SO4(za studena) za vývoje H2 • Rozpouštějí se také v HNO3, konc. H2SO4(za horka) za vývoje plynů (NO, SO2), ale nikdy se neuvolňuje vodík • Elektrolytická výroba: jen z tavenin • Stabilnější je oxidovaná forma (snadno se oxidují a jsou redukčními činidly • Vytěsňují(redukují)ušlechtilé kovy z roztoku na kov: Fe(s) + 2 Ag+ = 2 Ag(s) + Fe2+ • Velká afinita ke kyslíku: na vzduchu korodují • Některé se pasivují(pokrývají se kompaktní vrstvičkou oxidu):Zn, Al, Mg, Ca, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta

13. Koroze kovů • Chemická (kov + nevodivé prostředí) • Elektrochemická (kov + vodivé prostředí)

14. Fe2O3 Fe3O4 FeO ocel • Chemická koroze vznik okují na oceli

15. voda měď ocel koroze Elektrochemická koroze vznik korozního makročlánku

16. Ochrana proti korozi Katodická ochrana Pokovování Nátěry Smaltování

17. Ušlechtilé kovy • Nerozpouštějí se v HCl, zřeď.H2SO4 • Některé (Cu, Ag, Hg) se rozpouštějí v HNO3, konc. H2SO4 za horka za vývoje plynů (NO, SO2), ale nikdy se neuvolňuje vodík • Ostatní se rozpouštějí jen v lučavce královské (směs HNO3+HCl) nebo za přítomnosti silného oxidačního činidla (Cl2) • Elektrolyticky se mohou vyrábět i z roztoků • Jsou stabilnější v elementárním stavu (redukovaná forma) • Méně reaktivní než neušlechtilé kovy • Mimořádně kujné a tažné (kromě kapalné rtuti)

18. Tvorba slitin • Vznikají jednak mezi kovy, dále mezi kovy a polokovy, resp. kovy a nekovy • Zachovávají si zákl. vlastnosti (el. a tepelná vodivost) • Typ slitiny závisí na: el. konfiguraci, poloměrech a krystalové struktuře výchozích kovů • Vznikají mísením a následným ochlazením roztavených kovů

19. Tvorba slitin • Při tuhnutí směsi roztavených kovů 3 možnosti: • Kovy se nemísí a nereagují spolu - nehomogenní soustava • Kovy se mísí, nereagují spolu - roztok • Kovy se mísí a reagují spolu - intermetalická sloučenina

20. Přehled nejznámějších slitin PÁJKA (Sn+Pb) BRONZ (Cu+Sn, Al, Ni, Mn) ZVONOVINA (Cu+Sn) MOSAZ (Cu+Zn) DURAL (Al+Cu, Mg, Mn)

21. substituční roztoky intersticiální slitiny valenční intermetalické sloučeniny nevalenční Přehled základních typů slitin

22. Struktura základních typů slitin intersticiální substituční hyperstruktura

23. substituční roztoky intersticiální slitiny valenční intermetalické sloučeniny nevalenční Přehled základních typů slitin

24. Intermetalické slitiny • Mají technicky zajímavé vlastnosti: jako pevnost, magnetické vlastnosti, stabilitu za vysokých teplot, supravodivost, atd. • Na druhé straně jsou většinou těžko opracovatelné a křehké • Jsou vyráběny jednak technologií práškové metalurgie nebo konvenčním tavícím procesem • Příklady • SmCo5 – materiál na výrobu silných magnetů • Nb3Sn, Nb3Ti – supravodiče • Ni3Al, TiCr2, TaFeAl, Mg2Si – materiály odolávající vysokým teplotám • Valenční(Li4Pb a Mg3B2): struktura slitiny neodpovídá struktuře výchozích kovů, řídí se zákony chem. slučování. Tvoří je s-prvky a polokovy nebo p- kovy • Nevalenční(NiAs Fe2Ge): jejich společným znakem je složení, které neodpovídá běžným ox. č.. Tvoří je d- prvky a polokovy

25. Kovy – s1 prvky Elektronová konfigurace ns1 np

26. Velmi měkké (dají se krájet i nožem) • Slabá kovová vazba tvořena 1e-: nízké teploty tání, varu, nízkou hustotu (Na, K plavou na vodě, Li i na petroleji) • Na řezu jsou lesklé, lesk rychle ztrácejí reakcí se vzduchem a vodou • Velmi reaktivní: Li<Na<K<Rb<Cs<Fr • Reagují s mnoha složkami atmosféry (O2, H2O i CO2): nutno uchovávat pod inertními kapalinami • Velmi bouřlivě reagují s vodou: vzniká příslušný hydroxid a vodík • Sodík se při reakci s vodou taví, ostatní prvky (výjmaLi se zapalují • Charakteristicky barví plamen Charakteristika skupiny

27. Charakteristika skupiny • Alkalické hydroxidy (louhy):nejsilnější zásady vůbec • Silné elektrolyty: v roztocích, tavenině zcela disociovány (dobře vedou elektrický proud) • Silné redukční činidla, lze jimi vyredukovat téměř všechny ostatní kovy z jejich sloučenin • Připravují se elektrolýzou tavenin svých solí, nejčastěji halogenidů • S vodíkem vznikají iontových hydridů(silné redukční činidla) • Při hoření Li na vzduchu vzniká oxid lithný; při hoření ostatních prvků skupiny se tvoří peroxidy • Sloučeniny alkalických kovů: bezbarvé (pokud není barevný anion) • Všechny sloučeniny jsou dobře rozpustné ve vodě

28. Kovy – s2 prvky Elektronová konfigurace ns2 np

29. Podobnost s s1- prvky (v mírnější podobě) • Neušlechtilé( E -2,9 až -2,3 V) • Silná redukční činidla • Zásadotvorné • Be, Mg – odlišné vlastnosti: kovalentní vazba, ostatní iont. • Reagují snadno, ve sloučeninách ox. č. II • Barví plamen • V přírodě pouze ve sloučeninách (nejrozšířenější Ca, Mg) • Ra – 1. objevený radioaktivní prvek Charakteristika skupiny

30. Charakteristika skupiny • S vodíkem • Reagují za vzniku tuhých hydridů • Hydridy Be, Mg jsou polymerní, ostatní iontové • S kyslíkem • vznikají oxidy, jen BeO je amfoterní, ostatní jsou zásadotvorné • S vodou • Be nereaguje, Mg jen za varu, Ca zvolna za běžných teplot, ostatní bouřlivě za vzniku hydroxidu a H2 • Zásaditost a rozpustnost hydroxidů roste s protonovým číslem • Výroba elektrolýzou roztavených obvykle halogenidů

31. Plamenová zkouška

32. Kovy – p prvky

33. Kovy – d prvky d - prvky

34. Ušlechtilé kovy 11 prvků Cu, Ag, Au, Hg, Ru, Rh, Pd, Re, Os, Ir, Pt

35. Podobnost vlastností prvků v PSP s p d f

36. Kovy – d prvky: vlastnosti • d1-prvky vykazují podobnost s s-prvky: značně neušlechtilé a reaktivní • d10-prvky vykazují podobnost s p-prvky • d2,3,4-prvky se pasivují; snížená reaktivita • d10-prvky(Zn, Cd, Hg) odlišné chování: zcela zaplněny AO • d6,7,8-prvky (VIII.B) největší podobnost v periodách: triády • Acidobazický charakter, elektronegativita souvisí s ox. č.: ox. č. a  X roste kyselost

37. Acidobazické vlastnosti sloučenin manganu

38. Kovy – d prvky: vlastnosti • Menší než s-prvky, na vazbě se podílí více e- z d-AO • Vyšší hustoty, teploty tání a varu, tvrdé • Výjimka:Zn, Cd, Hg (zcela zaplněny AO) • Velká rozmanitost oxidačních č. (Cr, Mn..) • Většina sloučenin je barevných(bezbarvé Cu+, Ag+, Zn2+) • Tvorba komplexních sloučenin, katalytické účinky • V přírodě ve sloučeninách (Ag, Pt, Au aj. ryzí) CuSO45H2O

39. Kovy – d prvky: použití • Ti titanová běloba TiO2 • V legovací přísada do ocelí • Cr pokovování, pigment (chromová zeleň a žluť) • Mn rafinace oceli • Co tvrdší než Fe, pigment (kobaltová modř), slitina pro endoprotézy • Ni pokovení, legování, Cu-Ni (mince), Cu-Ni-Zn (alpaka) • Pd, Pt, Ni katalyzátory • Ag výroba šperků, zrcadel, fotografický materiál

40. Kovy – d prvky: použití • Cu vodiče, slitiny (bronz. zvony, mosaz. dráty a plechy) • Zn pozinkování, katodová ochrana • Cd dobře pohlcuje neutrony (regulační tyče v JE) • Hg kapalný kov (likvidace pomocí Zn), slitiny-amalgámy • Au šperky, barvení skla (rubínová červeň-AuCl3), nejvyšší kujnost a tažnost (1g~3 km drát) • W nejobtížněji tavitelný kov, vlákna žárovek, zapalovací automobilové svíčky • Rh, Irodolávají lučavce královské (HCl+HNO3, 3:1)

41. Kovy – f prvky f - prvky

42. Charakteristika skupiny • Podobné lanthanu, označují se Ln • Prvky 6. periody, zaplňující orbitaly 4f • Energie 4fje než energie 6s, ale než energie 5d • Důsledek: prázdné 5d0(většinou) a zaplněné 4f1-14 • Výjimka u gadoliniaa lutecia: stabilnější je 5d14f 7resp. 4f 14 • Mimořádná horizontální podobnost: stejné uspořádání sféry 6s2a 5d0-1 (neochota elektronů z 4f1-14 podílet se na vazbách a chování) • Chemickévlastnosti všech 14-ti prvků prakticky stejné • Výskyt: směsné minerály monazit (fosforečnan)nebo bastnezit(fluorid-uhličitan)

43. Lanthanidová kontrakce • Jev, kdy se s postupným zvyšováním atomového čísla prvku zmenšuje poloměr následujících atomů • Ve skupině lanthanidů je tento trend zvláště markantní • Pro Lanthan se uvádí atomový poloměr 1,061 Å a poslední Lutecium pouze 0,848 Å • Vysvětlení: elektrony doplňované postupně do orbitalu 4f jsou přitahovány jádrem tím více, čím větší je protonové číslo (s počtem protonů v jádře roste působící přitažlivá síla na elektrony)

44. . Vlastnosti skupiny • Stříbrolesklé, kujné, tažné, velmi neušlechtilé kovy • Lehčí prvky (po europium): nízké teploty tání (cca 800 – 1000°C) • Těžší kovy: teploty tání 1300 – 1650 °C • S  protonovým číslem  tvrdost kovu • Velmi reaktivní, pasivace na vzduchu (vrstvičkou oxidu) • S vodou reagují za vzniku hydroxidů a uvolnění vodíku • S neoxidujícími kyselinami (HCl) reagují za vývoje vodíku • Získávají se ze směsných minerálů: – jako slitiny (ve směsi) elektrolýzou taveniny halogenidů – vyluhováním a následným rozdělením na iontoměničích

45. Použití • Jejich mikropříměsi zlepšují mechanické a fyzikální vlastnosti • V metalurgii:legováníocelí • Výroba tzv. superslitin(letecký a raketový průmysl) • Cer a samarium: složky permanentních magnetů Sloučeniny • Odvozeny od oxidačního čísla III • Většinou jsou výrazně zbarveny • Dobře rozpustné: dusičnany a chloridy • Málo rozpustné: fluoridy, oxidy, hydroxidy, fosforečnany a uhličitany • Oxidy Ln2O3: práškovité, obtížně tavitelné sloučeniny, výroba barevných skel

46. AKTINIDY

47. Charakteristika skupiny • 14 prvků-An za aktiniem a doplňující elektrony do orbitalu 5f • V energeticky výhodnějších případech: upřednostnění 6d1-2 • První 3 prvky Th, Pa, U: konfigurace a chemické vlastnosti podobné d – prvkům 4. – 6. skupiny (Hf, Ta, W) • Výrazně nižší teploty tání • Ostatní prvky: velká horizontální podobnost • Neptunium, plutonium a americium se vlastnostmi velmi podobají uranu • Aktinidy také vykazují tzv. lanthanidovou kontrakci

48. Vlastnosti • Všechny jsou radioaktivní , mnoho izotopů • v přírodě pouze:thorium, protaktinium a uran • Ostatní připraveny uměle a jsou nazývány transurany • Stříbrolesklé, těžké, značně neušlechtilé kovy s velmi zápornými E • Velmi reaktivní, v práškové formě jsou mnohé samozápalné • Pasivace na vzduchu (vrstvou oxidů) • Ve sloučeninách: nejčastěji oxidační stupeň III, tvorba An3+ • Oxidy An2O3 jsou zásadité • Uplatňují se (Th, U, Pu): v jaderné energetice, při aplikaci radionuklidů v různých vědních oborech