prvky viii.b skupiny – triáda železa
DESCRIPTION
Prvky VIII.B skupiny – triáda železa. železo ( 26 Fe) 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] - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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
hematit
limonit
magnetit (Bolívie)
siderit (Německo)
pyrit („kočičí zlato“)
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)
• 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
• 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)
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
• 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
• 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
struska
• 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
• 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
• 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
chirurgické nástroje
fyzikální vlastnosti:
• bílý, lesklý, neušlechtilý kov, měkký, kujný, tažný
• 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
• 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
• disulfid železnatý
– může se připravit zahříváním Fe2O3 v atmosféře H2S – zahříváním za přístupu vzduchu vzniká Fe2O3 a SO2
• 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
zelená skalice
• 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
- 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
žlutá krevní sůl
• 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
hexahydrát chloridu železitého
• 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)
• 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
nonahydrát síranu železitého
- 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
• je jedovatá • reakcí s ionty železnatými dává modrou sraženinu,
Turnbullova modř – v analytické chemii
červená krevní sůl
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
• fyzikální vlastnosti:
• lesklý, stříbřitý kov s modrým nádechem • tvrdší než železo, kujný, tažný • feromagnetický - Curieho teplota > 1100 °C • jeden izotop - 60Co
• chemické vlastnosti:
• na vzduchu je za normální teploty stálý • ve zředěných kyselinách se rozpouští obtížně• tvoří komplexní sloučeniny
• 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
• 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)
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
• 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%
• 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
• využití:
• přísada do ocelí (korozivzdorné) • výroba slitin • katalyzátor (hydrogenace) • akumulátorové baterie (Ni/Fe)