Prvky VIII.B skupiny – triáda železa

1. Prvky VIII.B skupiny – triáda železa železo (26Fe) • výskyt: • hematit (krevel) - Fe2O3 • limonit (hnědel) - 2FeO3·3H2O • magnetit (magnetovec) - Fe3O4 • siderit (ocelek) - FeCO3 • pyrit - FeS2 • minerální vody [Fe(HCO3)2] • železo je esenciální prvek, 70% v lidském těle je součástí hemoglobinu a 20-25% se nachází v podobě zásobních bílkovin

2. průmyslová výroba: • pec se zaváží směsí rudy (obvykle hematitem), koksu a vápence • poté se zdola vhání horký vzduch - tím se spaluje koks a v nejnižší části pece se dosáhne teploty 2000°C, zatímco na jejím vrcholu je teplota asi 200°C • ruda se redukuje na železo a křemičitá hlušina účinkem vápence přichází na strusku (v podstatě CaSiO3)

3. redukce nepřímá (redukce CO) - probíhá v rozmezích asi 400 - 1000°C ve vyšší části pece: 3Fe2O3+ CO  2Fe3O4 + CO2Fe3O4 + CO  3FeO + CO2FeO + CO  Fe + CO2

4. redukce přímá (redukce uhlíkem) - probíhá v nižší části pece v asi 1000-1800 °C: • Fe2O3+ 3C  2Fe + 3COFe3O4 + 4C  3Fe + 4COFeO + C  Fe + CO • roztavené železo a struska se hromadí na dně pece, odkud se odděleně vypouštějí   • takto vyredukované železo obsahuje značné množství uhlíku • struska se využívá jako stavební materiál (výroba tvárnic) a také při výrobě určitých druhů cementů

6. vysoká pec

7. Surové železo je buď šedé nebo bílé, v prvním případě obsahuje železo mnohem více křemíku než manganu a má barvu na lomu šedou nebo je poměr obrácený a barva lomu je bílá. • Šedé železo se obvykle přetavuje, aby se zbavilo mechanických nečistot, a pak se používá jako tzv. litina k odlévání železných předmětů. • Dá se dobře obrábět, ale není kujné.

8. Bílé železo se zkujňuje, tedy zušlechťuje, různými způsoby, které je mají zbavit přebytečného uhlíku, fosforu, síry, křemíku a jiných prvků, které železu dodávají křehkosti. • Stane se tak jejich oxidací a podle množství uhlíku, které v materiálu zbude, se získá kujné železo nebo ocel.

9. výroba oceli – kyslíkový konvertor

10. výroba oceli – elektrická oblouková pec

11. tvrdost se zvyšuje kalením - zahřátí oceli a ochlazení ve vodě nebo oleji • fyzikální vlastnosti: • bílý lesklý kov, měkký, kujný, tažný • do teploty 768°C (Curieho teplota) je ferromagnetické

12. chemické vlastnosti: • na suchém vzduchu stálé • na vlhkém vzduchu se pokrývá vrstvou Fe(OH)3 (rezavění) • s kyslíkem reaguje za vzniku Fe2O3 nebo Fe3O4 • snadno se rozpouští ve zředěných kyselinách, vznikají železnaté soli • v oxidujících kyselinách se pasivuje

13. 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

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

15. síran železnatý • bezvodý - bílá látka • s vodou krystaluje jako heptahydrát - zelená skalice FeSO4·7H2O • (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O - Mohrova sůl - látka na vzduchu stálá - význam v analytické chemii

16. 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

17. komplexní sloučeniny: • K4[Fe(CN)6] - hexakyanoželeznatan draselný (žlutá krevní sůl) • připravuje se reakcí: • FeSO4 + 6KCN  K4[Fe(CN)6] + K2SO4 • ve vodě dobře rozpustný, není toxický • reakcí se železitou solí vzniká - tmavě modrá sraženina, berlínská modř: 3K4[Fe(CN)6] + 4FeCl3 Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl

18. FeCl3·6H2O • prostředek k leptání, zvláště důležitá je jeho schopnost leptat měď, čehož se využívá při výrobě tištěných elektrických obvodů • úprava vody slouží jako koagulační činidlo, (vytváří vločky, které sorpcí odstraní z vody rozpuštěné organické i suspendované látky)

19. hydroxid železitý • složení lépe vystihuje vzorec Fe2O3·nH2O • látka má amfoterní charakter • adsorpční vlastnost - čištění vod, v lékařství při otravách As2O3

20. síran železitý • krystaluje v podobě šesti různých hydrátů (12, 10, 9, 7, 6 a 3 H2O) • nejčastěji jako nonahydrát, používá se jako koagulační činidlo, při úpravě pitné vody, ale též při čištění odpadních vod

21. - 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

22. je jedovatý, má oxidační účinky • reakcí s ionty železnatými dává modrou sraženinu, Turnbullova modř: • 3FeSO4 + 2K3[Fe(CN)6]  Fe3[Fe(CN)6]2 + 3K2SO4

23. 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

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

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

26. 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

27. 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)

28. 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

29. 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%

30. 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

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