Jsou to prvky přechodné, které zaplňují vedlejší podskupiny B. Jejich elektronová konfigurace je ns2(n-1)d1-10. To neplatí u všech prvků. Některé prvky nemají svůj orbital s zaplněný úplně. Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Ag, Pt a Au mají v orbitalu s jenom jeden elektron a Pd tam nemá žádný. Počet valenčních elektronů u d–prvků souhlasí s číslem podskupiny od III.B – VII.B a v VIII.B ještě u Fe, Ru,Os. Pak počet elektronů roste. To znamená, že měď má 11 valenčních elektronů.
Jsou to kovy za normální teploty pevné látky až na Hg, což je kapalina. Hustota těchto prvků je poměrně velká. Vytvářejí kovovou krystalovou mřížku. Taková mřížka je vystavěná z atomů kovů, které jsou vázány velmi pevnými vazbami. Tyto vazby nepovolí ani při nárazu předmětů = jsou kujné. Často valenční elektrony opouští elektronové obaly atomů kovů a volně se pohybují po krystalové mřížce. To způsobuje elektrickou a tepelnou vodivost.
Nachází se většinou v různých oxidačních číslech. Sloučeniny jsou až na výjimky barevné. Různá oxidační čísla jednoho prvku mohou být různě zbarvena. Např.: Cr2+ - modré, Cr3+ - zelené, Cr6+ - žluté; Mn2+ - růžové, Mn3+ - červenohnědé, Mn6+ - zelené, Mn7+ - fialové; Fe2+ - zelené, Fe3+ - žlutohnědé (rezavé). Mají stalá oxidační čísla.
III. B
Skandium - Sc
Skandium se nachází ve Švédských rudách, kde je ho velmi malé množství. Roku 1879 byl izolován oxid, který byl pojmenován skandiová zemina. Kovové skandium bylo připraveno v roce 1937 elektrolýzou taveniny chloridů draselného, lithného a skanditého. 99%ní skandium bylo připraveno až v roce 1960.
Skandium je v přírodě značně rozšířeno. Zřídka však tvoří větší ložiska. Jediným nerostem bohatým na skandium je thorveitit Sc2Si2O7, který se nachází v Norsku. V současné době jsou k dispozici značná množství Sc2O3, který odpadá jako vedlejší produkt při zpracování uranu.
Vzhledem k malému technickému významu se skandium vyrábí jen v omezeném množství. Ačkoli pro skandium byla navržena řada možností, jak jej využít, je stále nahrazováno levnějšími alternativy.
Yttrium - Y
Roku 1794 byla izolována látka, o které se domníval jistý finský chemik, že jde o nový oxid, který byl v roce 1797 pojmenován jako yttriová zemina. Z této látky byl připraven oxid yttritý v roce 1843.
Yttrium se na rozdíl od skandia vyskytuje v přírodě společně s ostatními lanthanoidy. Dále se vyskytuje v minerálech xenotim a gadolinit.
Průmyslový význam yttria se zvýšil až v poslední době. Používá se jako základ luminoforů k vyvolání červné barvy na obrazovkách a granáty Y3Fe5O12 se uplatňují jako mikrovlnné filtry v radarech. Vzhledem k tomu, že má malý neutronový průřez, mohlo by též nalézt uplatnění jako zpomalovač neutronů v jaderných reaktorech.
Lanthan - La
V roce 1839 byl izolován oxid lanthanitý jako nečistota doprovázející dusičnan ceričitý. Kovový lanthan byl v relativně čisté formě získán až mnohem později, v roce 1923, a to elektrolýzou taveniny halogenidů.
Lanthan se také vyskytuje v přírodě společně s ostatními lanthanoidy. Kromě toho také doprovází minerály monazit a bastnaesit.
V kovové formě slouží lanthan v podobě tzv. smíšeného kovu (Mischmetall – směs kovových lanthanoidů s obsahem přibližně 25% La) jako součást kamínků do zapalovačů. Větší význam má jeho oxid používaný jako přísada do vysoce kvalitních optických skel, jímž dodává vysoký index lomu. S některými oxidy tvoří systém, který byl navržen pro použití namísto dražší platiny, jako katalyzátor do automobilů.
Aktinium - Ac
Aktinium bylo identifikováno v uranových minerálech roku 1899. V přírodě se vyskytující izotop 227Ac je zářičem β-. Studium aktinia je znesnadněno intenzivním zářením γ, které vzniká při jeho rozpadu.
Jedna tuna uranu obsahuje 0,2 mg Ac. Jiným zdrojem aktinia je 226Ra, ze kterého se aktinium připravuje ozařováním neutrony v jaderném reaktoru. Bez ohledu na způsob jeho přípravy je vždy k oddělení aktinia nezbytná chromatografie na iontoměničích nebo extrakce. V každém případě se ho však získají jen miligramová množství, a proto nepřichází v úvahu použití aktinia ve velkém měřítku.
IV. B
Titan – Ti
V roce 1791 zkoumal William Gregor magnetický písek pocházející z místní řeky Hellford. Z tohoto písku dostal velmi znečištěný oxid titaničitý. 4 roky nezávisle na to objevil tentýž oxid M. H. Klaproth ve vzorku rudy nazývané rutil a prvek pojmenoval titan.
Titan je 9. nejrozšířenější prvek v zem. kůře (0,63%). Nejdůležitějšími minerály jsou ilmenit (FeTiO3) a rutil (TiO2).
- stříbrolesklý kov s vysokou teplotou tání
- krystalizuje v hexagonální soustavě
- lepší vodič tepla a elektřiny
- mechanické vl. jsou do značné míry závislé na přítomnosti nečistot
V roce 1932 získal Wilhelm Kroll kovový titan redukcí TiCl4 vápníkem a později využil k redukci hořčík a dokonce sodík. Kovový titan má velmi malou hustotu (asi 57% hustoty oceli), a přitom dobrou mechanickou pevnost. Jeho slitiny s malým obsahem Al nebo Sn vykazují ze všech technicky významných kovů nejvyšší hodnotu poměru pevnosti ku hmotnosti. Pro tuto vlastnost se používá k výrobě plynových turbínových motorů. Hlavní použití titanu je stále v leteckém průmyslu, kde slouží jako konstrukční materiál i jako materiál na výrobu motorů. Je též široce využíván na konstrukce v chemickém průmyslu i jako odolný materiál k vý-robě různých námořních zařízení. Světová výroba titanu v současnosti dosahuje 105 tun ročně. Výroba titanu stále spočívá na Krollově metodě, při které se zahřívá buď ilmenit nebo rutil s uhlíkem v proudu chloru. Vzniklý TiCl4 se odděluje frakční destilací od FeCl3 a ostatních nečistot. Poté se redukuje roztaveným hořčíkem v uzavřené atmosféře Ar.
2 FeTiO3 + 7 Cl2 + 6 C ――→ 2 TiCl4 + 2 FeCl3 + 6 CO
TiCl4 + 2 Mg ――→ Ti + 2 MgCl2
Zirkonium – Zr
M. H. Klaproth izoloval ze zirkonu (ZrSiO4) oxid zirkonia ke konci 18. století. V roce 1824 připravil J. J. Berzelius zirkonium ve znečištěné formě.
Zirkonia je v zemské kůře asi 0,016%, což znamená, že je to 4. nejrozšířenější přechodný prvek na zemi. Před ním je pouze Fe, Ti a Mn. Mezi hlavní minerály zirkonia patří zirkon (ZrSiO4) a baddeleyt (ZrO2).
- stříbrolesklý kov s vysokou teplotou tání
- krystalizuje v hexagonální s.
- dobrý vodič tepla a elektřiny
- mech. vl. závisí na nečistotách
Zirkonium se rovněž průmyslově vyrábí Krollovou metodou. Zirkonium má vynikající odolnost proti korozi, a proto se mu dává v určitých chemických zařízeních přednost před jinými odolnými materiály, jakými jsou korozivzdorná ocel, titan a tantal. Používá se též jako přísada do slitinových ocelí. Přídavek zirkonia k niobu propůjčuje slitině supravodivé vlastnosti, které si udržuje i v silném magnetickém poli. Zirkonium slouží hlavně k potahování tyčí z oxidu uraničitého používaných ve vodou chlazených reaktorech.
Hafnium – Hf
V letech 1922 – 1923 prokázali D. Coster a G. von Hevesy, kteří pracovali v Kodani v Bohrově laboratoři, na základě využití Moseleyovy metody rentgenografické spektroskopie přítomnost prvku 72 v norském zirkoniu. Nově objevený prvek dostal název hafnium.
Hafnium hlavně doprovází zirkon a baddeleyt. Obsah hafnia je přibližně 2% obsahu Zr. Nerostů, které by obsahovaly více hafnia než zirkonia, je pouze několik. Mezi ně patří např. alvit.
Fyzikální vlastnosti jsou velmi podobné zirkoniu.
Hafnium je velký zachycovač neutronů. Tato schopnost je 600krát vyšší než Zr. Tato vlastnost se využívá v kontrolních tyčí v reaktorech, jakými jsou vybaveny ponorky na jaderný pohon. Hafnium se vyrábí podobným způsobem jako zirkonium.
V. B
Vanad - V
V roce 1830 N. G. Sefström nalezl v některých švédských železných rudách a pro rozmanité barvy jeho sloučenin mu dal jméno Vanad podle skandinávské bohyně krásy. Dostatečně čistý kov získal redukcí chloridu vodíkem v roce 1867 H. E. Roscoe.
Přestože je vanad v přírodě široce zastoupen, vyskytuje se ve větších množstvích jen zřídka. A tak existuje jen málo bohatších ložisek. Proto se většina vanadu získává jako vedlejší produkt produkt při výrobě nebo zpracování jiných materiálů. Jedním z nejdůležitějších nerostů je polysulfid patronit VS4. Mnohem častěji se však vyskytuje ve formě vanadičnanů. Vanad se též vyskytuje v ropě, zvláště v té, která pochází z Venezuely a Kanady. Zbytky vznikající destilací těchto druhů ropy slouží rovněž jako výchozí surovina k výrobě vanadu.
- stříbrolesklý kov
- typická tělesně centrovaná kubická kovová mřížka
- ve velmi čistém stavu je poměrně měkký a tažný
- má ze všech prvků první přechodné řady nejvyšší teplotu tání
- je posledním prvkem, jehož sloučeniny neprojevují silné oxidační účinky
- odolný vůči korozi, pasivuje se
Význam vanadu jako přísady do oceli spočívá v tom, že s přítomným uhlíkem tvoří V4C3, který tím zjemňuje zrnitou strukturu oceli a dodává jí, zvláště za vysokých teplot, větší odolnost proti opotřebení. Takové oceli nacházejí široké uplatnění při výrobě pružin a nožů vysoké řezné rychlosti.
Významnou sloučeninou vanadu je:
V2O5 -oxid vanadičný
-významný katalyzátor při výrobě kyseliny sírové (SO2 → SO3)
-katalyzuje např. jak oxidaci četných org. l., tak i redukci alkenů, popř. aromatických uhlovodíků vodíkem
Niob – Nb, Tantal - Ta
V dnešní době se můžeme také setkat s označením niobu kolumbium. Výskyt niobu v zemské kůře se dá srovnat s obsahem N, Ga a Li. Kdežto výskyt tantalu se dá srovnávat s As nebo Ge. Oba prvky se v přírodě nevyskytují každý zvlášť, nýbrž vždy spolu. Důležitým nerostem niobu i tantalu je (Fe, Mn)(Nb, Ta)2O6, který, jestliže v něm převažuje obsah niobu, se nazývá kolumbit, v opačném případě tantalit. Nachází se na četných místech, ale nepředstavují bohatá ložiska.
Niob a tantal se vyrábějí v menším měřítku a použité postupy jsou na rozdíl od vanadu různé a složité. Niob slouží k výrobě celé řady korozivzdorných ocelí odolných vůči vysokým teplotám a jeho slitiny se Zr se využívají ke zhotovování drátů používaných v supravodivých magnetech. Tantal, díky své mimořádné odolnosti vůči korozi za normální teploty, se osvědčuje zvláště jako vnitřní nosič levnějších kovů sloužících k výrobě chemických zařízeních. Pro naprostou stálost k tělním tekutinám je tantal ideálním materiálem v chirurgii, kde slouží jako kostní náhrada. Dále se používá na výrobu kondenzátorů, ve kterých působí vrstva oxidu jako účinný izolant. Z tantalu se rovněž zhotovují vlákna anebo nosiče vláken.
- stříbrolesklé kovy s typickou tělesně centrovanou kubickou kovovou mřížkou
- poměrně měkké a tažné (ve velmi čistém stavu), nečistoty jim dodávají tvrdost
- niob a zvláště pak tantal se pasivují
VI. B
Chrom –Cr
V roce 1797 byl získán ze sibiřského minerálu krokoit (PbCrO4) oxid a o rok později byl izolován kov redukcí dřevěným uhlím.
Chrom je v zemské kůře zastoupen v množství srovnatelném s vanadem a chlorem. Jediným významným nerostem je chromit (FeCr2O4). Dalšími méně bohatými zdroji chromu je krokoit a chromový okr (Cr2O3). Chrom se též vyskytuje ve stopách v drahokamech smaragdu a rubínu, kterým dodává příslušnou barvu.
Chrom se vyrábí ve dvou formách:
1) Jako ferrochrom redukcí chromitu koksem v elektrické peci. Ferrochrom se používá jako příměs do korozivzdorných ocelí.
2) Jako kovový chrom redukcí oxidu chromitého. Buď aluminotermicky nebo redukcí křemíkem.
Hlavní upotřebení nachází ve výrobě neželezných slitin. Použití čistého chromu je omezeno jeho nízkou tažností. Jinak se též používá k pochromování. Chroman sodný, který vzniká při výrobě kovového chromu, slouží jako základní surovina k průmyslové přípravě všech důležitých sloučenin.
- stříbrolesklý kov
- v čistém stavu poměrně měkký
- na vzduchu se pasivuje
- snadno se rozpouští v HCl, ve velmi čistém stavu odolává účinkům zředěné H2SO4, kyselina dusičná zředěná i koncentrovaná stejně i lučavka královská jej pasivuje
CrO2 – oxid chromičitý
-používá se v nahrávací technice, je kovově vodivý a antiferomagnetický
Molybden – Mo
Roku 1778 byl připraven oxid a o 3 roky později i samotný kov.
Technicky nejdůležitější molybdenovou rudou je sulfid molybdeničitý. Méně významnými rudami jsou wulfenit a powellit.
Mo se získává buď jako primární nebo jako vedlejší produkt při výrobě mědi. Ferromolybden se používá jako přísada do korozivzdorných ocelí a nožů z rychlořezné oceli. Čistý molybden nachází uplatnění jako katalyzátor v řadě petrochemických procesů a také jako materiál na zhotovování elektrod.
- stříbrolesklý kov
- v čistém stavu poměrně měkký
- na vzduchu se pasivuje
Wolfram – W
V roce 1781 byl izolován oxid z minerálu tungsten (dnes se jmenuje scheelit). Redukcí dřevěným uhlím za vysoké teploty byl izolován samotný kov.
Wolfram se vyskytuje v podobě wolframanů scheelitu (CaWO4) a wolframitu (Fe, Mn) WO4.
Při výrobě wolframu se vychází z „wolframové kyseliny“ (hydratovaný WO3). Kyselina wolframová se pražením převádí na WO3, který se na kovový wolfram redukuje H při 850°C. Polovina vyrobeného wolframu slouží k přípravě karbidu WC, materiálu mimořádně tvrdého a odolného proti opotřebení, který se výborně hodí ke zhotovování obráběcích nožů. Wolfram hraje též důležitou roli ve výrobě řady žáruvzdorných slitin. Nejdůležitější upotřebení však nachází čistý wolfram jako materiál pro žhavící vlákna žárovek.
- stříbrolesklý kov
- v čistém stavu poměrně měkký
- na vzduchu se pasivuje
- nejvyšší teplota tání ze všech prvků – 3380°C
Pro svou vysokou teplotu tání se wolfram nejprve získává v práškové formě. Na kompaktní materiál se převádí lisováním a slinováním za vysokých teplot v atmosféře H2.
VII. B
Mangan – Mn
Roku 1774 dokázal C. W. Scheele, že pyrolusit obsahuje dosud neznámý prvek mangan. Ve velmi čisté formě (asi 99,9%) byl připraven ve třicátých letech tohoto století.
Mangan je prvek na Zemi poměrně rozšířený (12. celkově a 3. mezi přechodnými prvky. Nachází se ve více než 300 různých v přírodě značně rozšířených minerálech. Důležité minerály jsou pyroluzit (MnO2), který je z nich nejrozšířenější, hausmannit (Mn3O4) a rhodochrozit (MnCO3). Tzv. manganové kuličky, které se zvětráváním hornin z půdy, což vyplavuje koloidní částice oxidů manganu, železa a dalších kovů, které se dostávají do moře, kde se shlukují, jsou zdrojem nejen manganu, ale i jiných důl. kovů (např. Ni, Cu a Co), a nachází se v oceánech. Bylo zjištěno, že na oceánském dně je řádově 1012 tun manganových kuliček a každý rok se tam usadí řádově 107 tun. V suchém stavu obvykle obsahují 15 až 30 % Mn, což je méně než spodní hranice využitelnosti rud.
Mangan nachází široké uplatnění především v ocelářství. Mangan je pravidelnou součástí všech ocelí a jeho přídavek k surovému železu zajistil úspěch Bessemerovu procesu. Jako přísada slouží především k odstranění síry a kyslíku. Jinak jako slitinový kov zvyšuje tvrdost oceli. Nejznámější je tvrdá, magnetická Hadfieldova ocel s obsahem okolo 13 % Mn a 1.25 % C. Používá se hlavně tam, kde se vyžaduje odolnost proti nárazu a opotřebení, např. na součásti bagrů, rypadel, kolejových výhybek … .Mangan slouží k výrobě neželezných slitin. Ve slitinách Al a Cu působí jako deoxygenační přísada. Slitina manganin se pro svůj téměř neměřitelný teplotní součinitel odporu využívá v elektrických přístrojích.
- typická kovová struktura
- tvrdý a křehký
- dost reaktivní na kov
- pasivuje se
- schopen rozkládat vodu a uvolňovat z ní vodík
MnO2 – oxid manganičitý
- používá se při výrobě suchých článků
- používá se také při výrobě cihel, kterým dodává řadu odstínů
- slouží jako odbarvovací prostředek při výrobě skla
- pro své oxidační schopnosti slouží k oxidaci anilínu na hydrochinon
KMnO4 – manganistan draselný
- jako oxidační činidlo má rozsáhlé použití v chem. pr.
- např. výroba sacharinu a k. benzoové
- dezinfekční prostředek
Technecium – Tc
Skutečně bylo objeveno v roce 1937 ostřelováním deuterony molybdenu.
Izotop 99Tc je obsažen v produktech rozpadu v jaderném reaktoru. Z tohoto zdroje se běžně izoluje v kilogramových množstvích. Výskyt Tc v přírodě je neměřitelně malý.
Rhenium – Re
Byl objeven 1925 ve vzorku gadolinitu.
Výskyt Re je velice malý. Slouží ke zhotovování vláken hmotnostních spektrometrů, termoelektrických článků, vinutí do odporových pecí také jako katalyzátor hydrogenačních a dehydrogenačních reakcí. V USA se zpracovává na bimetalické katalyzátory s platinou, jež se používají k přípravě bezolovnatého vysokooktanového benzínu.
VIII. B
Zde se to dělí do 3 tzv. trijád. První trijáda Fe, Co a Ni. Druhá trijáda Ru, Rh a Pd. Třetí trijáda Os, Ir a Pt.
Železo – Fe
Jako první objevili železo Chetité asi 3000 let před Kristem.
Fe hraje hlavní roli v přenosu a zásobě kyslíku v organismech.
Fe je značně rozšířeno ve vesmíru. Je hlavní součástí zemské kůry a „sideritických“ meteoritů. Železo je 4. nejrozšířenější prvek. Najdeme ho v hematitu, magnetitu, limonitu, sideritu, pyritu a v mnohých dalších.
Výroba:
První fáze přeměny železné rudy na ocel se odehrává ve vysoké peci. V té se ruda redukuje koksem a písek nebo jíly se převádějí pomocí vápence na strusku. Roztavené železo vytékající z pece se odlévá do forem požadovaného tvaru nebo do ingotů. Takto vyrobené železo není čisté a nazývá se buď „lité železo“ nebo „surové železo“. Obsahuje kolem 4 % uhlíku spolu s proměnlivým obsahem Si, Mn, P a S. Je tvrdé a křehké. K odstranění takovýchto vlastností seto dále zpracovává buď v konvertoru nebo v elektrické peci nebo Siemens-Martinově peci. Takto získaná ocel je pevnější a lépe zpracovatelná než litina.
- lesklé a stříbřitá barva
- nepříliš tvrdé
- typická kovová struktura
- nejreaktivnější z trijády
- koroduje
- nereaguje s koncentrovanou k. sírovou ale se zředěnou
Kobalt – Co
Nerostů obsahující kobalt je známo přes 200. Pouze několik málo nachází technické využití. Mezi ně patří smaltin (CoAs2), kobaltin (CoAsS) a linnéit (Co3S4).
Přibližně 30 % vyrobeného kobaltu slouží na přípravu sloučenin používaných v průmyslu silikátů a barev. V keramice slouží jako bělidlo k optickému vyrovnání žlutého nádechu. Modré pigmenty se používají v nátěrových hmotách a inkoustech. Dalších 30 % se spotřebovává na výrobu žáropevných slitin používaných jako konstrukční materiál na plynové turbíny. Více než 20 % slouží k výrobě slitin magnetických vlastností. Nejznámější je Alnico. Jak název napovídá, jde o slitinu Al, Ni a Co. Pro svoje vlastnosti je vhodným materiálem na permanentní magnety.
- leskle stříbřitý
- ve srovnání s železem je tvrdý
Nikl – Ni
Nikl je sedmým nejrozšířenějším přechodným prvkem. V přírodě se vyskytuje jak ryzí, tak i v rudách. Nejvýznamnější jsou garnierit, limonit a pentlandit. Podružný význam mají dnes arsenidové rudy, jako je nikelin, smaltin a gersdorfit.
Převážná část vyrobeného niklu se spotřebovává na výrobu železných i neželezných slitin, nebo jako přísada do oceli (takováto ocel se používá na výrobu pancéřových desek). Jinak slouží nikl jako součást korozivzdorných ocelí. Známá neželezná slitina Monelův kov (Ni, Cu a stopy Fe a Mn) se používá jako konstrukční materiál na zařízení pro práci s korozivními látkami. Další významná slitina je nichrom (60 % Ni a 40 % Cr) vyznačující se velmi malým součinitelem elektrického odporu. Slitina invar vyniká velmi malým koeficientem tepelné roztažnosti. Další slitina je niklové stříbro (10 – 30 % Ni, 55 – 60 % Cu a zbytek tvoří zinek. Dále sem patří slitiny obsahující až 80 % mědi používané při výrobě stříbrných mincí. Ni slouží také ke galvanickému pokovování. V menším měřítku se nikl používá v akumulátorových baterií a uplatňuje se jako katalyzátor při ztužování tuků.
- stříbrolesklý
- tažný a kujný
- není nijak zvlášť reaktivní
Ruthenium – Ru
Ruthenium je lat. Název z Ruska, protože byl získán z rud nacházejících se v Uralu.
Ruthenium doprovází ostatní platinové kovy. Je to velmi vzácný prvek. Ruthenium se používá ke zvýšení tvrdosti platiny a palladia a jako katalyzátor některých hydrogenací.
Ruthenium je na vzduchu stálé. Dobře se rozpouští v taveninách hydroxidů a ještě lépe v taveninách činidel odštěpující kyslík (např.: Na2O2 …).
Rhodium – Rh
Rhodium objevil W. H. Wollaston a dal mu jméno podle růžové barvy roztoků jeho solí.
Je to mimořádně vzácný prvek. Hlavní využití rhodia je založeno především na jeho katalytických schopnostech. Slouží v automobilech k zneškodňování výfukových plynů a podobě fosfanových komplexů v hydrogenačních reakcích, kde pro svoji vyšší katalytickou účinnost nahrazuje běžnější kobalt.
Rhodium je mimořádně odolné vůči kyselinám včetně lučavky královské. Proto se kovové rhodium nejsnadněji převádí do roztoku tavením s NaHSO4.
Palladium – Pd
Palladium bylo izolováno v roce 1803 při studiu platiny z matečných louhů vzniklých po vysrážení (NH4)2PtCl6. Byl pojmenován podle řecké bohyně moudrosti.
Palladium je poměrně vzácný prvek. Používá se především jako katalyzátor hlavně při hydrogenačních a dehydrogenačních reakcích.
Palladium se v oxidujících kyselinách rozpouští jen zvolna. Rozpouštějí se dobře v taveninách oxidů a peroxidů alkalických kovů.
Osmium – Os
Název osmium získal tento prvek podle charakteristického zápachu jeho oxidu.
Je to poměrně vzácný prvek. Osmium nachází uplatnění při výrobě neobyčejně tvrdých slitin, které slouží např. ke zhotovování otočných nástrojových čepů. Také se používá jako katalyzátor některých hydrogenací.
Osmium je na poměrně stálé. Pouze, je-li velmi jemně rozetřeno, se oxiduje a vydává charakteristický zápach pocházející ze vzniklého oxidu. Působením HNO3 přechází na OsO4, který je velmi toxický.
Iridium – Ir
Prvek byl objeven společně s osmiem a dostal jméno podle řecké bohyně Iris, jejímž znamením byla duha. Iridium má totiž velmi rozmanitě zabarvené sloučeniny.
Je to mimořádně vzácný prvek. Iridium se obvykle získává z přírodního osmiridia nebo iridiosmia. Podobně jako osmium se používá jako součást tvrdých slitin, ze kterých se vyrábí čepy a jiné podobné součástky. Je také součástí elektrod Pt/Ir dlouhé životnosti a svíček pro spalovací motory. Kromě tvrdosti vyniká iridium rovněž chemickou odolností, kterou předčí i platinu, z toho důvodu se někdy používá na výrobu kelímků a jiných zařízení.
Platina – Pt
Je poměrně vzácná. Vyskytuje se buď s ostatními platinovými kovy nebo ryzí. Platina je významným katalyzátorem při oxidaci amoniaku při výrobě kyseliny dusičné, při reformování ropy a při oxidaci škodlivých organických par ve výfukových plynech automobilů. Kromě toho se platina používá v chemickém a sklářském průmyslu, kde slouží jako vnější ochranný plášť chránící zařízení před korozí agresivními látkami a minerály, jakými jsou např. horká kyselina fluorovodíková nebo roztavené sklo. Dále se z ní zhotovují elektrody, kontakty a odporové dráty. Slouží také při výrobě šperků.
Platina se v minerálních kyselinách nerozpouští, ale v lučavce královské se rozpouští. Je dobře rozpustná taveninách oxidů a peroxidů alkalických kovů. Některé prvky jako B, Si, Pb, As, Sb nebo Bi, tvoří s platinou nízkotající eutektika, a proto není vhodné tavit jejich sloučeniny v Pt-kelímcích, neboť přitom dochází k jejich porušení.
I.B
Měď – Cu
Soudí se, že měď mohla být poprvé použita už v roce 5000 př. n. l. Kolem roku 3000 př. n. l., kdy byla objevena schopnost mědi tvořit tvrdé bronzy, začala doba bronzová.
Výskyt mědi se dá srovnat s výskytem zinku. Měď se nejčastěji vyskytuje ve formě sulfidů, oxidů a uhličitanů. Jejími hlavními rudami jsou chalkopyrit (kyz měděný) CuFeS2, chalkozin (leštěnec měděný) Cu2S, kuprit Cu2O a malachit Cu2CO3(OH)2.
K výrobě mědi slouží některé oxidické měďnaté rudy, které se zpracovávají na kov přímou redukcí koksem za vysoké teploty. Hlavní produkce však vychází ze sulfidických rud obsahujících železo, které jsou obvykle chudé na obsah mědi, a proto jejich hutnické využití vyžaduje nejen složitější zpracování, ale zejména hospodárný provoz ve velmi rozměrných zařízeních.
Měď nachází hlavní použití při výrobě elektrických vodičů, v menší míře slouží jako přísada do mincovních slitin, běžných bronzí (vedle mědi obsahují 7 až 10 % Zn), mosazi (Cu-Zn) a speciálních slitin, jako je například Monelova slitina (Ni-Cu).
Měď má načervenalou barvu. Je to měkký kov, ale neobyčejně snadno kujné a tažné. Vyniká také vysokou vodivostí. Krystalizuje s plošně centrovanou kubickou mřížkou. Měď při zahřívání do červeného žáru přechází na oxid měďný. Slučuje se snadno se sírou a halogeny. Vystavíme-li měď účinkům vzduchu, pokryje se zelenou vrstvičkou zásaditého síranu. Je rozpustná v horké koncentrované k. sírové a kromě toho ještě ve zředěné i koncentrované k. dusičné.
Stříbro – Ag
Výskyt stříbra se dá srovnat s výskytem palladia. Stříbro se nachází v přírodě převážně v sulfidických rudách, z nichž největší význam má argenit (leštěnec stříbrný) Ag2S. Protože se snadno ze svých sloučenin vyredukuje, nachází se někdy společně s nimi v ryzí formě. Kromě toho podléhají sulfidické rudy také účinkům soli obsažené ve vodě a přecházejí tak na AgCl.
Většina dnes vyráběného stříbra je vedlejším produktem odpadajícím při zpracovávání neželezných kovů, např. mědi, olova a zinku, neboť tyto kovy pravidelně doprovází. Jedna třetina z veškerého vyrobeného stříbra se spotřebovává pro fotografické účely, zbytek při výrobě ozdobných a užitkových předmětů, v elektrotechnice, ke stříbření zrcadel a v neposlední řadě při výrobě baterií Ag-Zn, Ag-Cd s vysokou kapacitou. Menší část slouží jako materiál k přípravě zubního amalgamu.
Stříbro má bílou barvu. Stejně jako měď je měkké, ale za to velmi tažné a kujné. Stříbro má nejmenší měrný specifický odpor tzn. je to nejlepší vodič. Také krystalizuje s plošně centrovanou kubickou mřížkou. Má velkou afinitu k síře, která se projevuje černáním stříbrných předmětů vystavených účinkům vzduchu obsahujícím její sloučeniny (tvoří se povrchová vrstva Ag2S). Stejně jako měď reaguje s k. sírovou a dusičnou.
FOTOGRAFIE:
Při vzniku fotografie rozlišujeme následující kroky
a) vytvoření povrchové vrstvy citlivé na světlo
b) expozici, při níž vzniká „latentní obraz“
c) vyvolání obrazu za vzniku „negativu“
d) vytvoření trvalého obrazu jeho „ustálením“
e) zhotovení „pozitivu“ z „negativu“
ada) V moderní fotografii představuje na světlo citlivá vrstva „emulzi“ halogenidu stříbrného, kterou se pokrývá vhodný transparentní film nebo jiný nosič. Důležitou podmínkou přitom je, aby se příslušný halogenid stříbrný při vzniku vrstvy vysrážel v malých krystalcích jednotné velikosti neboli „zrnech“, jak se těmto krystalkům běžně říká v praxi. Přitom výběr příslušného halogenidu se řídí požadovanou citlivostí. Pro běžné účely se používá AgBr, jodid stříbrný slouží pro speciální vysoce citlivé filmy, zatímco AgCl se jako součást emulze uplatňuje ve spojení s některými organickými barvivy.
adb) Účinek světla (expozici) si představujeme tak, že nárazem fotonu na částici AgX dojde k excitaci halogenidového iontu a k uvolnění jeho elektronu, ten projde rychle vodivostním pásem až k povrchu zrna, kde vyredukuje atom stříbra. I když jsou oba děje reverzibilní, přesto neprobíhají ve skutečnosti vratně. Příčinou je vylučování stříbra v místech dislokace nebo defektu krystalu, případně na zárodečných centrech, jakými jsou místa obsahující znečištěniny, např. Ag2S, která umožní elektronu snížit svoji energii natolik, že dojde k jeho zachycení. Je přitom samozřejmé, že čím více fotonů dopadá na zrno, tím větší počet elektronů migruje a úměrně tomu se vyredukuje také větší počet atomů Ag. Několik atomů stříbra vyloučených tímto způsobem na zrnu pak vytváří „zárodek“ („skvrnu“), který pro jeho velmi nepatrný rozměr nelze zprvu pozorovat. Protože se však koncentrace zrn směrem dovnitř citlivé vrstvy v závislosti na intenzitě osvitu mění, vzniká okem nepostřehnutelný latentní obraz. Aby se pohlcovalo světlo charakteristické frekvence, a zajistila se tak energie potřebná k excitaci elektronu částice X-, opatřuje se emulze ještě barevným senzibilátorem, který rozšiřuje její citlivost na širokou oblast viditelné části spektra.
adc) Vyvolání latentního obrazu spočívá v působení slabého redukčního činidla, jehož funkcí je selektivně redukovat jen ta zrna, která obsahují zárodky stříbra. To je také důvod, proč se musí při vyvolávání pečlivě dodržovat podmínky jako jsou teplota, koncentrace a doba trvání redukce, kterou je třeba vždy ukončit dříve, než dojde k redukci neosvětlených zrn. Jako „vývojka“ se přitom používá nejčastěji hydrochinon, přičemž redukční proces je názorným příkladem katalyzované reakce probíhají v pevné fázi. Mechanismus, jakým se řídí vyvolání, není do všech podrobností znám. Je však jisté, že úplná redukce zrna na kovové stříbro, vycházející z jediného zárodku představuje 1011 nebo 1010násobné zintezívnění latentního obrazu, což samozřejmě umožňuje neobyčejně zkrátit dobu expozice. I když existují intenzívní výzkumy, jejichž cílem je nalézt alternativní systémy, vysoká citlivost je stále hlavní příčinou toho, že halogenidům stříbrným je dávána přednost před jinými, fotosenzitivními materiály.
add) Po vyvolání se obraz na negativu ustaluje tím, že se z něj odstraní veškerý nezměněný halogenid stříbrný. K tomuto účelu slouží různá komplexotvorná činidla, z nichž nejběžnější je thiosíran sodný. Jeho použití je dáno tím, že reakce probíhá až do úplného rozpuštění AgX, a dále rozpustností vzniklých produktů ve vodě.
ade) Pozitiv, který je převráceným negativem, se zhotoví z negativu jeho prosví-cením a zachycením prošlého světla na fotografickém papíře namísto filmu a opakováním popsaných kroků.
Zlato – Au
Výskyt zlata v přírodě se dá srovnávat s výskytem platiny. V přírodě se vyskytuje roztroušeně a to jak ryzí tak i ve formě telluridů. Vyskytuje se vždy vtroušeno v nerostech, buď v křemeni nebo v pyritu, a to v jak v žilách, tak i v alluviálních rudných ložiscích nebo rýžovištích, kam se dostalo zvětráváním zlatonosných hornin.
Zlato se odjakživa získávalo z říčního písku rýžováním, jehož princip je založen na oddělování zlata od písku na základě jejich rozdílných hmotností. Takové zdroje jsou dnes vyčerpány, takže současný způsob jeho těžby je založen na dolování. Zlato má dvě hlavní uplatnění. Jednak slouží v mezinárodním obchodu k vyrovnávání platební bilance, jednak jako materiál z něhož se zhotovují šperky. Nachází též široké uplatnění v zubním lékařství, v průmyslu elektroniky (materiál na nekorodující kontakty) a v kosmickém výzkumu (jako součást slitin na tvrdé pájky a také k odrážení tepelného záření). Zlato se uplatňuje také ve stavebnictví, kde se používá v podobě fólií tloušťky pouhých 20 pm umístěných na vnitřních stranách oken kanceláří jako tepelná izolace, která v zimě zabraňuje ztrátám tepla a v létě zase odráží nevítané infračervené záření.
Zlato má jednu zvláštnost, kterou se liší od ostatních kovů, a to je elektronegativita. Má největší elektronegativitu ze všech kovů, dokonce větší než vodík. Zlato má žlutou barvu. Zlato je zvláště měkké ale neobyčejně kujné a tažné. 1 gram zlata může být dokonce rozklepán na fólii o ploše cca 1 m2 a tloušťce 230 atomů. Podobně z 1 gramu zlata lze vytáhnout drát dlouhý 165 m o průměru 20 mikrometrů. Stejně jako předcházející kovy krystalizuje zlato s plošně centrovanou kubickou soustavou. Zlato je rozpustné v lučavce královské.
II. B
Zinek – Zn
Obsah zinku je přibližně stejný jako rubidium a o něco větší než měď. V přírodě se vyskytuje ve formě svých sulfidů. Vlivem povětrnostních podmínek docházelo později k vyluhování zinku a k jeho srážení ve formě uhličitanů, křemičitanů nebo fosforečnanů. Méně významné rudy jsou hemimorfit a franklinit.
Zinek lze připravit až 99,99 %ní čistoty. Zinek má široké použití. Nejdůležitější je jako antikorozní povlak, na které se spotřebuje až 40 % produkce. Kromě mosazi (Cu + 20 až 50 % Zn) je zinek převážnou složkou speciálních slitin pro odlévání do kokil a v současné době se převážná část lití pod tlakem provádí právě s těmito slitinami. Zinkové plechy se používají pro pokrývání střech a velká množství zinku se spotřebovávají ve výrobě suchých článků, z nichž nejběžnější typ používá kombinaci uhlík/zinek.
Ve srovnání s jinými kovy má nízkou teplotu tání a varu (to samé platí i pro Cd a Hg). Čerstvě připravený zinek je stříbřitá pevná látka s namodralým leskem. Zinek na vlhkém vzduchu rychle ztrácí lesk, slučuje se s kyslíkem, sírou, fosforem a při zahřívání i s halogeny. Nereaguje s vodíkem, uhlíkem ani dusíkem.
ZnO – oxid zinečnatý
- používá se při výrobě pryže, kde zkracuje dobu vulkanizace
- jako pigment ve výrobě barev má výhodu nad tradiční olovnatou bělobou v tom, že není toxický a barva není ovlivněna přítomností sirných sloučenin
- zlepšuje chem. odolnost skla, a proto se používá na výrobu speciálních skel, glazur a emailů
- v chem. pr. je obvyklým výchozím materiálem pro výrobu dalších sloučenin, z nichž nejdůležitější jsou zinečnatá mýdla, které se požívají jako sušidla nátěrových hmot, stabilizátory plastů a fungicidy
Kadmium – Cd
Obsah kadmia v zemské kůře je srovnatelný s obsahem antimonu. V přírodě se převážně vyskytuje ve formě sulfidů. Nachází se jako greenockit (CdS), ale jeho jediným technicky důležitým zdrojem jsou zinkové rudy s obsahem 0,2 – 0,4 % Cd.
Hlavní použití kadmia je pro tvorbu ochranných povlaků a pravděpodobně by bylo daleko rozsáhlejší, kdyby nebylo spojené s nebezpečím pro životní prostředí. Kadmium se rovněž používá v malých množstvích do slitin a baterií a některé jeho sloučeniny se používají jako stabilizátory, např. k ochraně PVC před degradací působením ultrafialového či tepelného záření.
Mezi kovy má nízkou teplotu tání a varu. Čerstvé kadmium je stříbřitá pevná látka s namodralým leskem. Na vlhkém vzduchu rychle ztrácí lesk, slučuje se s kyslíkem, sírou, fosforem a při zahřívání i s halogeny. Nereaguje stejně jako zinek s vodíkem, uhlíkem a dusíkem.
Rtuť – Hg
Obsah rtuti je skoro stejný jako obsah stříbra. V přírodě se vyskytuje také převážně ve formě sulfidů. Jediná významná ruda rtuti je cinabarit (rumělka, HgS), který se nachází podél pásem dávné vulkanické aktivity.
Rtuť se používá pro extrakci drahých kovů amalgamací. Nejvíce se však používá při výrobě chloru a NaOH. Vzrůstající množství spotřebovává elektrotechnický a elektronický pr., jako např. v pouličních lampách a usměrňovač střídavého proudu. Dále se používá v teploměrech, tlakoměrech a jiných přístrojích. Sloučeniny rtuti mají rozsáhlé využití jako dezinfekční a fungicidní látky. Také se používá se stříbrem ve stomatologii jako amalgam.
Rtuť je jediný kov, který je při normální teplotě kapalný a kromě vzácných plynů je jediným prvkem, jehož páry jsou téměř výhradně jednoatomové. Měrný elektrický odpor kapalné rtuti je na kov výjimečně vysoký a to umožnilo používat rtuť jako elektrický standard.
Slitiny rtuti jsou známy jako amalgámy. Některé amalgámy (např. Na a Zn) jsou důležitá redukční činidla. Nejsnadněji tvoří amalgámy těžké kovy, zatímco lehčí kovy první přechodné řady (s výjimkou Mn a Cu) jsou ve rtuti nerozpustné, proto mohou být k jejímu skladování použity železné nádoby.
Doplněk 1:
Zajímavé sloučeniny:
La(OH)3 – h. lanthanitý – silná zásada, pohlcuje CO2 ze vzduchu, uvolňuje amoniak z amonných solí
CeO2 – o. ceričitý – používá se k výrobě žárových punčošek
TiO2 – o. titaničitý – jako titanová běloba
BaTiO3 – titaničitan barnatý – používá se v ultrazvukových generátorech
CrO3 – o. chromový – základní složka chromových lázní, oxidační činidlo
Cr2O3 – o. chromitý – chromová zeleň
PbCrO4 – chroman olovnatý – výroba barviv, v analytické chemii
K2Cr2O7 – dichroman draselný – silné oxidační činidlo, v analytické chemii
Mn3O4 – o. manganato-manganitý – používá se pro aluminotermickou výrobu čistého manganu
Fe2O3 – o. železitý – používá se jako červená barva (anglická červeň)
Fe3O4 – o. železnato-železitý – materiál na elektrody pro elektrolýzu roztavených chloridů
NiO – o. nikelnatý – výroba barviv a smaltů, barvení skel (na šedo)
FeO(OH) – oxido-hydroxid železitý – protijed při otravě arsenikem
FeCl3 – chlorid železitý – prostředek k zastavování krvácení
Cu2O – o. měďný – barvení skla a smaltů na červeno, k hubení škůdců
CuO – o. měďnatý – barvení skla a smaltů na modro
CuSO4 – síran měďnatý – pro přípravu galvanických lázní, při impregnaci dřeva
AgNO3 – dusičnan stříbrný – výroba fotografických materiálů, dezinfekční č.
AgCl,Br – chlorid, bromid stříbrný – ve fotografickém průmyslu
AuCl3 – chlorid zlatitý – barvení skla a smaltů
ZnS – sulfid zinečnatý – bílá nátěrová barva, na obrazovky
ZnCl2 – chlorid zinečnatý – při výrobě org. barviv, impregnace dřeva
CdS – sulfid kademnatý – kadmiová žluť
HgCl – chlorid rtuťný – v lékařství (oční mast), elektrody
HgS – sulfid rtuťnatý – barvivo
Doplněk 2:
Výroba oceli:
Základem výroby železa zůstává vysoká pec. Největší moderní vysoké pece měří v nístěji průměrně 14 m a produkují denně až 10 000 t železa.
Pec se zaváží směsí rudy (obvykle hematitem), koksu a vápence. Poté se zdola vhání horký vzduch nebo vzduch obsahující topný olej. Tím se spaluje koks a v nejnižší části pece se dosáhne teploty 2 000°C, zatímco na jejím vrcholu je teplota asi 200°C. Za těchto podmínek se ruda redukuje na železo a křemičitá hlušina účinkem vápence přechází na strusku. Roztavené železo a struska se hromadí na dně pece, odkud se odděleně vypouštějí. Takto uvolněný prostor se horem zaplňuje další zavážkou, takže celý proces je nepřetržitý. Pochody, které se odehrávají ve vysoké peci jsou mimořádně složité a dosud nebyly plně objasněny. V žádném případě je nemůžeme popsat jen několika reakcemi. Jedním z faktorů, který děje probíhající v peci komplikuje, je rychlost s jakou dmýchaný vzduch prochází pecí. Průchod vzduchu zabraňuje dosažení rovnováhy v reakci mezi plynnou a pevnou fází.
Redukce rudy probíhá převážně v horní části poblíž vrcholu pece, kde dochází ke styku horkých plynů s klesající zavážkou a také k rozkladu vápence na CaO. Redukce na kovové železo se dokončuje při poněkud vyšších teplotách, při kterých železo taje a přijímá kromě C ještě Si a P. Roztavené železo také rozpouští síru. Její příjem se však podstatně snižuje přítomností manganu, který tvoří MnS a ten se hromadí ve strusce. Z tohoto důvodu musí být struska v odpovídajícím tekutém stavu, ve kterém se udržuje regulací poměru mezi zásadou a kyselinou případným přídavkem písku. Strusky se využívá jako stavební materiál (k výrobě tvárnic, izolaci stěn) a také při výrobě určitých druhů cementů.
Bessemerův způsob zkujňování. Surové železo se tradičně zpracovávalo na svářkové „pudlování“, tj. ručním promícháváním roztaveného železo s hematitem, při kterém se spalovaly jak nadbytečný uhlík, tak i další příměsi. Část svářkového železo se v malém měřítku zpracovávala na ocel nákladnou operací, jako je cementace, popř. kelímkovým procesem. V polovině 19. st. však spotřeba oceli nabyla takového rozsahu, že pudlování nestačilo požadovaná množství nestačila pokrýt. V roce 1856 H. Bessemer patentoval zkujňovací postup nesoucí dodnes jeho jméno. Bessemerování je založeno na spalování uhlíku na příslušný obsah protlačováním vzduchu roztaveným železem v konvertoru. Přítomné alkalické příměsi se přitom odstraňují v podobě strusky, kterou vytvářejí s oxidem křemičitým, který je součástí vyzdívky konvertoru. Obsah síry a okludovaného kyslíku v železe se reguluje přídavkem manganu.
Siemensův-Martinův proces. Tento způsob zkujňování zavedl několik let po Bessemerově procesu sir William Siemens. Oxidace se v tomto případě dosahuje v nístějové peci, která má tu výhodu, že se dá upravit kyselou nebo zásaditou vyzdívkou pro použití různého typu surového železa. Na rozdíl od ostatních způsobů zkujňování má pec vnější vytápění. Siemens-Martinův proces svým hospodárnějším provozem a snadnější regulací složení ocelivytlačil oblíbenější bessemerování.
Zásaditý kyslíkový konvertorový proces. Tento proces byl objeven v roce 1952 v Rakousku. Metoda, která pro malou časovou náročnost patří k nejběžnějším v ocelářském průmyslu, je založena na prohánění proudu čistého kyslíkuvysouvatelnými ocelovými přívodními tryskami, roztaveným surovým železem v peci se zásaditou vyzdívkou. Přítomné nečistoty vytvářejí strusku, která se odstraňuje vylitím, nakloněním konvertoru.
Zkujňování v elektrické peci. Podstatou postupu patentovaného v roce 1878 Siemensem je tavení železa teplem vznikajícím v důsledku el. proudu, které může být buď přímé, kdy proud prochází surovým železem, nebo nepřímé, elektrickým obloukem vytvořeným nad povrchem zpracovávaného železa. Zpracovávaní železa v el. peci v hojné míře využívá při výrobě slitinových a vysoce kvalitních ocelí.
24. červen 2008
16 537×
5965 slov
