Szervetlen kémiaFöldfémek, bórSzervetlen kémiaFöldfémek, 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 kémiaAl és vegyületeiSzervetlen kémiaAl és vegyületei
Alumínium (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
feltárás
1300 ºC
elektrolízis
nátrium[tetrahidroxo-aluminát]
Szervetlen kémiaAl és vegyületeiSzervetlen kémiaAl 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 kémiaAl és vegyületeiSzervetlen kémiaAl 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 korund
Alkáli-alumínium-szilikátok (Al2Si2O7.2H2O) kaolinit vagy porcelánföld
Agyag: CaCO3, Fe2O3 szennyeződésekkel. Mészkővel keverve → portlandcement.
Szervetlen kémiaSzéncsoportSzervetlen kémiaSzéncsoport
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 kémiaSzéncsoportSzervetlen kémiaSzéncsoport
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)
C540
szén nanocső:
hengeres fullerén
C60
Szervetlen kémiaSzén vegyületeiSzervetlen kémiaSzén 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 (CO32-): 6 delokalizált elektron
Szervetlen kémiaSzéncsoport többi elemeSzervetlen kémiaSzéncsoport 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, félvezető
Ón (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)
