Kovy a jejich vlastnosti
- Kovy tvoří 5/6 všech prvků v periodické soustavě prvků
- Rozdělení: kovy nepřechodné, přechodné a vnitřně přechodné
1. Výskyt
- Volné (ryzí) – ušlechtilé kovy Au, Ag, Cu
- Vázané – v oxidech nebo sulfidech (rudy)
Fe3O4 magnetit
FeS2 pyrit
ZnS sfalerit
PbS galenit
SnO2 cínovec
Ag2S argentit
CuFeS2 chalkopyrit
HgS rumělka
– v minerálech
CaSO4.2H2O sádrovec
CaCO3 vápenec (kalcit)
MgCO3 dolomit (magnezit)
2. Výroba kovů (metalurgie = hutnictví)
- 3 základní kroky:
- Zisk a úprava rudy
- Oxidační pražení (u S-II) a redukce
- Úprava surového kovu – rafinace
- Způsoby výroby:
a) Redukční pochody
- Redukovadla: C, CO (pro výrobu Fe, Mn, Sn, Pb, Zn)
H2, hydridy (pro výrobu Mo, W, Ti)
metalotermie = redukce za ↑t méně ušlechtilým kovem
aluminotermie (Al) výroba Cr
magneziotermie (Mg)
kalciotermie (Ca)
b) Termické rozklady – silně exotermické (výroba Hg)
c) Elektrolýza – výroba Li, Na, Ca, Mg, Al
3. Vlastnosti kovů
- Jsou dány charakterem kovové vazby a kovové krystalové struktury
- Kovová vazba: u kovů v pevném stavu
kovová mřížka je tvořena kationty kovu, valenční e– jsou volně
sdílené (delokalizované e–), tzv. elektronový plyn
– Fyzikální vlastnosti
- Kovový lesk
- Vodivost elektrického proudu a tepla
- Kujnost a tažnost
- Pevné 8 kovů = slitiny, volbou kovů a jejich poměrů lze připravit slitiny s předem požadovanými vlastnostmi
bronz – Sn + Cu
mosaz – Zn + Cu
alpaka – Cu + Ni + Zn
antikoro – Fe + Cr + Ni + C
pájka – Sn + Pb
Woodův kov – Sn + Pb + Bi + Cd (tt cca 60°C – podle složení)
– Chemické vlastnosti
- Elektropozitivita (schopnost tvořit kationty) – z chemického hlediska mají nejkovovější charakter alkalické kovy,
oxidačně-redukční schopnosti kovů popisuje Beketovova řada kovů (elektrochemická řada napětí kovů)
Neušlechtilé kovy Ušlechtilé kovy
snadno se oxidují (tvoří kationty) snadno se redukují na kov
Kov je schopen vyredukovat z roztoku soli všechny kovy stojící ležící vpravo od něj!
4. Reakce kovů
a) Redoxní vlastnosti kovů ve vodném prostředí
- Čím více vlevo, tím je kov lepším redukčním činidlem a snáze se oxiduje
- Čím více vpravo, tím se kov lépe redukuje z kationtu na kov
b) Reakce kovů s vodou
- Neušlechtilé kovy s vodou reagují, rychlost reakce klesá v Beketovově řadě zleva doprava (Pb s vodou prakticky nereaguje, rozpustnost zvyšuje přítomnost CO2)
2 Na0 + 2 HI2O → 2 NaIOH + H02↑ obdobně Li, K, Rb, Cs
Ca0 + 2HI2O → CaII(OH)2 + HI2↑ Mg reaguje až po zahřátí
c) Reakce kovů s kyselinami
o Neušlechtilý kov + zředěná kyselina → vzniká sůl + vodík
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Mg + 2HCl → MgCl2 + H2
Ca + H2SO4 → CaSO4 + H2
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
o Neušlechtilý kov + koncentrovaná (oxidující) kyselina → sůl + oxid + voda
Mg + 4 HNO3 → Mg(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
Pb + 4 HNO3 → Pb(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
Obecně:
Při reakci neušlechtilého kovu s oxidující kyselinou sůl a voda a odpovídající oxid, např. z HNO3 vzniká NO nebo NO2 – podle koncentrace kyseliny
S konc. HNO3 nereagují: Fe, Cr, Al – pasivace
S konc. H2SO4 nereaguje Pb – vzniká vrstva nerozpustného PbSO4
o Ušlechtilý kov + zředěná kyselina → nereagují
o Ušlechtilý kov + koncentrovaná (oxidující) kyselina → sůl + oxid + voda
(kromě Au a některých platinových kovů)
Cu + 4 HNO3 → Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
Cu + H2SO4 → CuSO4 + SO2 + H2O
Obecně:
kovy v řadě před vodíkem ho dokážou s kyselin vyredukovat, a proto se v nich rozpouští a přechází na kation,
Kovy za vodíkem se rozpouštějí v tzv. oxidujících kyselinách, ty se rozkládají → uvolňují kyslík → ten převádí kovy na oxidy → ty se rozpouštějí v kyselinách a vzniká sůl + voda
d) Redukce kovu ze sloučeniny méně ušlechtilým kovem (substituce)
Fe + CuSO4(aq) → FeSO4 + Cu
3 Zn + 2 FeCl3(aq) → 3 ZnCl2 + 2Fe
Mg + ZnCl2(aq) → MgCl2 + Zn
Al + NaCl → neprobíhá, Al je ušlechtilejší než Na
Užití: metalotermie (viz redukční pochody)