Szervetlen kémiaÁtmeneti fémekSzervetlen kémiaÁtmeneti fémek
Vascsoport (triád: Fe, Co, Ni)
• Nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek: nagy sűrűség, magas op, mágnesezhetők,
legszorosabb illeszkedésű fémrács, könnyen alakíthatók (kis keménység), ötvözhetők,
oxidációs szám +2 és +3.
Általános tulajdonságok
• Elektronszerkezet: (n-1)s2 (n-1)p6 (n-1)d1-10 ns1-2 np0
• Szilárd halmazállapotúak, kivéve Hg
• Fémes tulajdonságok: fémrács, áram- és hővezetés, szürkés szín (kivéve Cu, Au)
• A nyílt vegyértékhéj miatt (kivétel Zn, Cd) több oxidációs számmal képezhetnek
vegyületeket. Vegyületeik általában színesek. Az részben betöltött d-pályák miatt szervetlen
ill. szerves ligandumokkal datív kötéssel komplexeket képeznek.
vascsoport
Szervetlen kémiaVas (Fe)Szervetlen kémiaVas (Fe)
Előfordulás
• Föld magját alkotja (Ni-el együtt): szilárd belső mag, folyékony külső mag
• Vegyületei formájában fordul elő a földkéregben (4.8 %, 4. leggyakoribb a földkéregben),
ill. tiszta állapotban a Földre került meteoritokban.
Pirit (FeS2)
Sziderit (FeCO3)
Kalkopirit (CuFeS2)
Hematit (Fe2O3)
Magnetit (Fe3O4)
Limonit (Fe2O3.1.5H2O)
Fizikai tulajdonságok:
• Olvadáspont: 1538 ºC. Lehűtve térben középpontos kockarács: -vas (0.293 nm élhossz.)
1394-912 ºC: -vas – lapon középpontos kockarács
(0.368 nm élhossz) – kisebb sűrűség
912 ºC alatt: -vas – térben középpontos kockarács
(0.290 nm élhossz)
770 ºC: mágnesezhetőség határa
Kémiai tulajdonságok:
• Elektronegativitása: 1.8, általában ionos vegyületeke képez +2 és +3 oxidációs számmal
• Fe2+ vegyületek: zöld szín, többségük nem stabil, levegőn lassan oxidálódnak Fe3+ formává
emiatt redukáló tulajdonságú
• Fe3+ vegyületek: sárga-vörös, természetben ez fordul elő
• Oxigénnel reagál: 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3
• Halogénekkel: FeF3, FeCl3, FeBr3, FeI2 (jód oxidáló hatása a legkisebb, FeI3 instabil)
• Kénnel: FeS (kén is gyenge oxidálószer)
• Vízzel nem reagál, csak ha van benne oldott O2 → rozsda FeO(OH) ill. Fe(OH)3.Fe2O3
• Híg savak H2 fejlődés közben oldják
• Tömény savak (HNO3, H2SO4, H3PO4) passzív védőréteget képeznek a felületen.
Szervetlen kémiaSzervetlen kémia
Nyersvasgyártás:
• Fe2O3/Fe3O4 Fe
• vasérc megfelelő méretre aprítása
• salakképző (mészkő, dolomit) hozzákeverése:
kén eltávolítása CaS-ként (minőséget ront)
• tüzelő/redukáló anyag: koksz v. szénhidrogén
- reakcióhoz, olvadáshoz szükséges hő
- redukálószer, ill. redukáló CO képződik
- adja a vasak széntartalmát
- kb. 1 % kén: el kell távolítani
• levegő (égéshez): fúvószél; forrószél=
égéstermékekkel 1100-1300 ºC-ra felmelegítik
A nagyolvasztó részei:1 – meleg levegő befúvás; 2 – olvasztó zóna;
3 – redukáló zóna 1; 4 – redukáló zóna 2;
5 – előmelegítő zóna; 6 – elegy adagoló;
7 – torokgáz; 8 – elegyoszlop; 9 – salak éssalakcsapoló nyílás; 10 – medence és a nyersvascsapolónyílása; 11 – távozó kohógáz.
redukció
Direkt redukció:
• Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO
• Fe3O4 + 4C = 3Fe + 4CO
• FeO + C = Fe + CO
endoterm, hőt fogyaszt, több tüzelőanyag kell
Szervetlen kémiaSzervetlen kémia
Nyersvasgyártás:
Indirekt redukció:
• 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
• Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
• Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2
• FeO + CO = Fe + CO2
exoterm reakciók, kevesebb tüzelőanyag
kell. CO keletkezése:
• C + O2 = CO2
• CO2 + C = 2CO
• C + H2O = CO + H2
• (CO + H2O = CO2 + H2)
Nyersvas tulajdonságai:
• 3-5 % szén + kisebb mennyiségben egyéb elemek (1.5-4 % Mn, 0.5-1 % Si, kevés P, S
• képlékenyen nem alakítható a magas széntartalom miatt
H2 is képes redukálni:
• 3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O
• Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
• Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O
• Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O
• FeO + H2 = Fe + H2O
magasabb hőmérsékleten redukál mint
a CO, de gyorsabban
Öntöttvas tulajdonságai:
• 2-3.6 % szén + Si, Mn, P, S
• nyersvasból ócskavas hozzáadásával, olvasztással gyártják
• könnyen megmunkálható, korrózióálló, rezgéscsill. (szerszámgépállvány)
• rideg, könnyen törik, acélnál kisebb szilárdságú
C
Szervetlen kémiaSzervetlen kémia
Acél:
• Széntartalom max. 2.11 %
• Könnyen megmunkálható (kovácsolás, hengerlés)
• Acélgyártás: oxidációval a széntartalom lecsökkentése, ötvözetkészítés: keménység,
rugalmasság, hajlékonyság, szilárdság, hőállóság, savállóság, korróziómentesség
- olvadt nyersvasba nagy nyomással oxigént fúvatnak (30 perc)
régebben Siemens-Martin eljárás: rozsdás ócskavassal olvasztották (O rozsdából – 6-8 óra)
- ötvöző anyag oldása az olvadékban: lehűlve szilárd oldat
• Ezután hőkezeléssel mechanikai tulajdonságok módosíthatók
- lágyítás: belső feszültség megszüntetése; pár fokkal 727 ºC alá melegítik, lassan lehűtik
- edzés: keménység növelése; hevítés kb. 1300 ºC-ra, egy ideig ott tartják, majd gyorsan
lehűtik. Ezzel befagyasztják az 1300 ºC-on levő kristályszerkezetet – de belső feszültségek
keletkeznek. Megeresztés: ugyanez kb. 100-700 ºC-on; feszültség csökken, keménység is.
- kérgesítés: kemény kopásálló külső réteg; felületi edzéssel vagy ötvözéssel
helyettesítés beékelődés
Ötvözetek:
• Helyettesítés (szubsztitúció): atomok hasonló méretűek, azonos
rácsban kristályosodnak.
• Beékelődéses (interszticiós): ötvözőfém atomjai kisebbek
Szervetlen kémiaSzervetlen kémia
Szervetlen kémiaSzervetlen kémia
Fontosabb ötvözők:
• C 0.6 % alatt = szerkezeti acélok: szilárdság, szívósság, ellenállás lökésszerű igénybevétellel
szemben
C 0.6 % felett = szerszámacélok: keménység, kopásállóság
• Ni, Mn: szilárdságot növelik, magas hőmérsékleten is (hőálló acél)
• Vanádium (V): keménységet, kifáradással szembeni ellenállást növeli
• Cr, Ni: rozsdamentessé, savállóvá teszi
• Cr, Al, Si: magas hőmérsékleten is korrózióálló (FeCr2O4 réteg van a felületen)
• W: nagyon kemény un. gyorsacélok (forgácsolószerszámokhoz)
• Bór (B, ezred %): acél edzhetőségét növeli
• Nióbium (Nb, század %): acél rugalmasságát növeli
• N, S, P: káros ötvözőanyagok, acélt törékennyé teszik
Vas nem ötvöződik: nemesgázokkal, halogénekkel, s-mező elemeivel, higannyal, kadmiummal,ezüsttel. Nehezen elegyíthető bizmuttal, ólommal, cinkkel.
Szervetlen kémiaSzervetlen kémia
Réz(Cu):
• színesfém, vörös színű (vörösréz)
• vegyértékhéj: 4s1 3d10
• vegyületeiben többnyire +2, esetenként +1 oxidációs számú
• Kémiai aktivitása kicsi: híg savakban nem, oxidáló savakban oldódik
• Nedves levegőn bázisos réz-karbonát (CuCO3) = patina képződik,
mely védi a további korróziótól
• Ötvözetek:
- sárgaréz (Cu + Zn). Hamis arany 80 % réz.
- bronz (Cu + Sn): disztárgyak, szobrok, harang
- újezüst=alpakka (Cu + Ni): pénz, evőkészlet
• Felhasználás (fentieken felül):
- elektromos vezeték
- CuSO4.5H2O (rézgálic): permetezőszer
Minneapolis városháza (Cu tető)
Cink (Zn):
• Vegyértékhéj: 4s2 3d10 → +2 oxidációs szám vegyületeiben
• Felhasználás: korrózióvédelem (horganyzott bádog), galvánelem, ötvözetek
Szervetlen kémiaSzervetlen kémia
Ezüst:
• Természetben elemi állapotban (ritka) és ércásványokban (többnyire szulfidok)
• Vegyértékhéj: 5s1 4d10 → oxidációs száma +1
• Klasszikus előállítás: Ag2S + 2NaCl = 2AgCl + Na2S
2AgCl + 2Hg = 2(AgHg)Cl 2Ag + Hg2Cl2
• Oxidáló savak (salétromsav, tömény kénsav) oldják
• Levegőn oxigénnel nem reagál, csak H2S-el → fekete AgS a felületen
• Hővezető és fényvisszaverő képessége a fémek között a legjobb → tükör
• Felhasználás: ékszerek, étkészletek, egészségügyi műszerek, fertőtlenítő hatás gyógyászat
elektronikai ipar: nyomtatott áramkörök, kapcsolók, Ag-Zn, Ag-Cd gombelemek
hevítés
Szervetlen kémiaSzervetlen kémia
Arany:
• Természetben elemi állapotban és ércásvány formájában is előfordul
• Vegyértékhéj: 6s1 5d10 → oxidációs száma +1 és +3
• Híg/tömény savak nem oldják. Oldja: királyvíz, folyékony Br, Cl, Hg, alkáli-cianid olvadék
• Előállítás: meddő kőzetekből cianidokkal való kioldással lúgos közegben:
4Au + 8NaCN + O2 +2H2O = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH
2Na[Au(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4] + 2Au
• Nem korrodeálódik: ékszer alapanyag és fizetőeszköz (volt)
• Ipari felhasználás: elektromos kontaktus, aranyfüsttel bevont egyirányban átlátszó ablakok
Higany:
• Cseppfolyós, könnyen párolog (mérgező gőzök)
• Természetben ércásvány formájában fordul elő (HgS, vulkáni tevékenység helyein)
• Vegyértékhéj: 6s2 5d10 → oxidációs száma +1 és +2
• Fémeket hidegen oldja: amalgám ötvözetek
• Felhasználás: hőmérő, barométer, higanygőzlámpa
Ag-, Zn-amalgámok: fogtömés
• Hg2Cl2: lineáris molekula Cl-Hg-Hg-Cl
elektrokémiában referenciaelektród
Szerves kémiaFontosabb vegyülettípusokSzerves kémiaFontosabb vegyülettípusok
Szénhidrogének:
• alifás telített (metán, etán, propán, bután, …)
• alifás telítetlen (etén, etin, …)
• aromás (benzol, toluol, naftalin)
Oxovegyületek:
• hidroxivegyületek (metanol, etanol, fenol)
• éterek (dietil-éter)
• aldehidek, ketonok (acetaldehid, aceton)
• karbonsavak (ecetsav)
• észterek
• szénhidrátok
Nitrogéntartalmú vegyületek:
• aminok (metil-amin, anilin)
• aminosavak
• amidok
Műanyagok:
• természetes alapú műanyagok (kaucsuk)
• mesterséges alapú műanyagok (PVC, neylon)
Szerves kémiaAlifás telített szénhidrogénekSzerves kémiaAlifás telített szénhidrogének
Jellemzők:
• Név: alkánok, paraffinok, összegképlet: CnH2n+2
• csak egyszeres () kovalens kötéseket tartalmaznak
- nyílt láncú: nincs elágazás (bután)
- elágazó: izobután
- gyűrűs: cikloalkánok, cikloparaffinok (ciklohexán)
• Apolárisak, vízzel nem, de egymással elegyenek. Szerves oldószerekben oldódnak
• Savakkal, lúgokkal, oxidálószerekkel nem reagálnak. Oxigén jelenlétében hőfelszabadulás
közben elégnek: CnH2n+2 + (1,5n+0,5)O2 = nCO2 + (n+1)H2O
Térszerkezet (konformáció):
• Az atomok igyekeznek minél távolabb elhelyezkedni egymástól: a szemben levő kötések
60º-os (torziós) szöget zárnak be:
