Szervetlen kémia Földfémek, bór
description
Transcript of Szervetlen kémia Földfémek, bór
Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaFöldfémek, bórFöldfémek, bór
Bór (B) és fontosabb vegyületei• Atomrácsos kristályszerkezet, gyémánt után legkeményebb• Természetben vegyületei formájában található, leggyakoribb a bórax, a bórsav Na sója: Na2B4O7•10H2O • Elektromos szigetelő, de jól vezeti a hőt.• Felhasználás: 1) acélötvöző szerként növeli annak keménységét, kopásállóságát, korrózióval szembeni ellenállását 2) bórszálakat űrrepülőgépek gyártásánál, kis súlyuk és nagy szakítószilárdságuk miatt.• Bórax felhasználása: acélgyártásban – csökkenti a vas-oxid olvadáspontját, így az könnyebben eltávolítható az acélból.
III/A. oszlop• Elektronszerkezet: ns2np1
• Vegyérték általában: 3 ill. 1 (Ga, In, Tl); oxidációs szám: +3, +1 (Ga, In, Tl)• B félfém, a többi fém. • Elektronegativitás: 1.5-2.0 (B és Al gyakran képez kovalens kötéseket, a többiek viszont elsősorban ionosat)• Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak
Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaAl és vegyületeiAl és vegyületeiAlumínium (Al)
• Természetben főként bauxitban (AlO(OH)) ill. agyagásványokban
fordul elő, míg a korund tiszta Al2O3 ásvány .
• 3. leggyakoribb elem• levegővel gyorsan reagál, de a felületén összefüggő Al2O3 réteg képződik, mely óvja a további oxidációtól. Eloxálás: e réteg mesterséges vastagítása anódos oxidációval híg savban (foszforsav, kénsav, krómsav, stb.)• Amfoter: oldják híg savak és lúgok, de tömény savak nem 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2
2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H2 + 2NaAl(OH)4
• Szakítószilárdsága kicsi, rosszul önthető• Előállítás: bauxitból
AlO(OH) Al(OH)3 Al2O3 Al
bauxit timföldhidrát timföld tiszta fém
• Felhasználás: vezeték (elektromosság), repülőgépek, vasúti kocsik gyártása.
lúgos
feltárás1300 ºC elektrolízis
nátrium[tetrahidroxo-aluminát]
Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaAl és vegyületeiAl és vegyületei
Al ötvözetek• Magnálium, duralumínium (lásd magnéziumnál)• Csoportosítás: - Alakítható (sajtolható) ötvözetek: nagy szilárdság a cél. A keverékek jellege (koncentrációk!) szilárd oldat. Fő ötvözők: Cu, Mn, Mg Duralumínium (4,5% Cu + 0,5% Mg + 0,6% Mn). Cu-ra túltelített, ezért CuAl2 halmazok keletkeznek. Megfelelő kezeléssel ezek finoman eloszolt kis szemcsék formájában válnak ki, → nagy szakítószilárdság. Al-Cu-Ni ötvözetek: magasabb hőmérsékleten nagy szakítószilárdság. A fenti ötvözetek a Cu miatt nem korrózióállóak. Al-Mg-Si ötvözetek (1% Si, 1% Mg, 0.7%Mn): nagy szilárdságúak, korrózióállóak Al-Mn ötvözetek: kitűnő korrózióállóság, képlékenység, hegeszthetőség. - Önthető ötvözetek: Al öntészeti tulajdonságai nem jók. Eutektikus összetételhez közel álló keverékek, alacsony op. Al-Si ötvözetek (sziluminok, 9-14% Si): jól önthetők, gyenge szakítószilárdságúak. Al-Si-Cu ötvözetek (4% Cu, 2.5 %Si): önthetőség mellett nagy szilárdságúak. Al-Cu-Mg ötvözetek (4% Cu, 1.5 % Mg): önthetők, nagy szilárdságúak, kis Ni-t, hozzáadva magas hőmérsékleten igénybevett alkatrészek (dugattyú).
Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaAl és vegyületeiAl és vegyületei
Alumínium-oxid (Al2O3)• Természetben: korund, rubin (+Cr2O3), zafír (+FeO,Ti2O3)
• Al por hevítve: 4Al + 3O2 = 2Al2O3 (H=-1687 kJ/mol)• Az oxid nagy képződési entalpiájának köszönhetően az Al gyakran alkalmazott redukálószer (aktivási energiagátat a fejlődő hő leküzdi). Fémek (Cr, Mn) előállítása oxidból: 1. fém-oxid + Al por + gyújtókeverék (Al+BaO2) 2. begyújtva Mg szalaggal: 800 ºC 3. 3BaO2 + 4Al = 3Ba + 2Al2O3 reakcióból: 2000 ºC 4. pl. Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr• Felhasználás: csiszolópapír - vas-oxiddal szennyezett korundAlkáli-alumínium-szilikátok (Al2Si2O7
.2H2O) kaolinit vagy porcelánföldAgyag: CaCO3, Fe2O3 szennyeződésekkel. Mészkővel keverve → portlandcement.
Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaSzéncsoportSzéncsoport
Szén (C) módosulatai• Kristályos: gyémánt, grafit, fullerének• Ásványokban (70-10%, amorf): antracit, kőszén, barnaszén, lignit, tőzeg• Mesterséges: faszén, vérszén, csontszén, korom, koksz (szénégetés, száraz lepárlás:~500 ºC-on, O2 kizárásával hevítve)
IV/A. oszlop• Elektronszerkezet: ns2np2
• Vegyérték: C, Si, Ge - 4; Sn, Pb – 2 (ritkábban 4)• C nemfém; Si, Ge félfém; Sn, Pb fém. • Elektronegativitás: 2.5-1.8 (C, Si, Ge kovalens kötések, Sn, Pb inkább ionos)
Felhasználás: - gyémánt (legkeményebb ásvány): ékszeripar, üvegvágás, fúrófejek, vágóélek - grafit: elektródok, olvasztótégelyek (jó vezetőképesség), kenőanyagokban - ásványi szenek, koksz: tüzelés - faszén, vérszén, csontszén: sok apró pórus nagy fajlagos felület → adszorbens - korom: töltőanyag (pl. gumiban)
aktivált szén
molekulák
Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaSzéncsoportSzéncsoport
Fullerének: mesterséges szén módosulatok (XX. sz. vége)• páros számú (60, 72, 84 stb.) szénatomból álló molekulák• Felfedezés: 1985-ben Harold Kroto, Robert Curl, Richard Smalley 1996-ban kémiai Nobel-díj.• A molekulákat kizárólag öt- és hattagú gyűrűk építik fel.• C atom három másik C atomhoz kapcsolódik (1 kettős, 2 egyes kötés). • Az ötszögek száma mindig 12. • A C60 (backminsterfullerén) molekula futball-labda alakú.
Felhasználás: - molekulák könnyű elmozdulása: jó kenési tulajdonságok - 160 atm, 25 ºC-on gyémánttá alakítható: gyémántbevonat - fénnyel besugározva vezetik az elektromosságot: optikai áramkörben - intersticiális C60 Rb-só: 30 K alatt ellenállás nélkül vezeti az áramot (szupravezető) - nanocsövek: nagy szakítószilárdság, jó el. vezetés, kémiai inaktivitás (űrtechnológia)
C540szén nanocső:
hengeres fullerén
C60
Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaSzén vegyületeiSzén vegyületei
Szerves vegyületek: 5 millió
Fontosabb szervetlen vegyületek:• Szén-monoxid (CO): színtelen, szagtalan gáz, szén tökéletlen égésekor Vér hemoglobinja megköti: fejfájás, szédülés, fulladás Szintézisgáz (CO + 3 H2): metanol, műbenzin előállítása • Szén-dioxid (CO2): színtelen szagtalan gáz, égést elfojtja (0.035%) Folyadék: csak 5 barnál nagyobb nyomás alatt Szárazjég: szilárd CO2 (folyékony CO2 párolgása nagy hőelvonásal jár → megfagy) hűtésre használják• Szénsav (H2CO3): instabil, vizes oldata kétbázisú gyenge sav H2CO3 HCO3
- + H+ (H3O+) K1= 4.3.10-7 mol/dm3 HCO3
- CO32- + H+ (H3O+) K2= 5.6.10-11
mol/dm3
• Szénsav sói, a karbonátok stabilak Karbonátion (CO3
2-): 6 delokalizált elektron
Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaSzéncsoport többi elemeSzéncsoport többi eleme
Szilícium (Si)• Föld szilárd kérgének 30 %-a. Kvarc és szilikátok a vulkáni kőzetek 98%-a. • Kvarc (SiO2): hegyikristály, ametiszt, füstkvarc, rózsakvarc
• Si vízzel, savval nem, lúggal reagál: Si + 4OH- = SiO44- + 2H2
• Előállítás kálium-szilikofluoridból: 3K2SiF6 + 4Al = 3Si + KAlF4 + K3AlF6
• Félvezető: vegyértéksáv és vezetési sáv közötti tiltott sáv 1.1 eV széles. Csak magasabb hőmérsékleten vezet. Adalékok segítségével alacsonyabb T-n is. N-típus: adaléknak több elektronja van: vezetési sávban vannak a fölös elektronok P-típus: adaléknak kevesebb elektronja van: vegyértéksávban pozitív lyukak• Alkalmazás az elektronikában, számítástechnikában.
Germánium (Ge): ritka elem, félvezetőÓn (Sn): fehérbádog (ónbevonatú vas), bronz ötvözet (Cu+Sn)Ólom (Pb): csővezetékek (védő PbO2 oxidréteg, híg sav sem oldja), akkumulátor, radioaktív sugárvédelem, ötvözetek (betűfém: Pb + Sb + Sn)