Transcript Přechodové kovy: Triáda železa

Identifikace vzdělávacího materiálu
VY_52_INOVACE_FrF116
Škola, adresa
Gy a SOŠ Přelouč, Obránců míru 1025
Autor
Ing. Eva Frýdová
Období tvorby VM
Duben 2014
Ročník
kvinta
Předmět
Chemie
Název, anotace
Přechodové kovy: Triáda železa
EU OP VK
Přehled citací a odkazů:
1)
2)
3)
4)
GREENWOOD, N a Alan EARNSHAW. Chemie prvků. 1. vyd. Praha: Informatorium, 1993, s.794-1635. ISBN 80854-2738-9.
REMY, Heinrich. Anorganická chemie. 2.české vydání. Praha: SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1971.
KOVALČÍKOVÁ, Tatiana. Obecná a anorganická chemie: studijní text pro SPŠCH. 3., upr. vyd. Ostrava: Pavel
Klouda, 2004, 118 s. ISBN 80-863-6910-2.
ŠRÁMEK, Vratislav a Ludvík KOSINA. Obecná a anorganická chemie. 2. vyd. Olomouc: Nakladatelství Olomouc,
2000, 262 s. ISBN 80-718-2099-7.
Přehled citací a odkazů: pokračování
5) KLIKORKA, DRSC., Jiří, Prof. Ing. Bohumil HÁJEK, DRSC. a Doc. Ing. Jiří VOTINSKÝ, CSC. Obená a
anorganická chemie. 2. nezměněné vydání. Praha: SNTL- nakladatelství technické literatury, 1989.
Dostupné z: http://www.chesapeake.cz/chemie/download/skripta/vs/obecna_a_anorg_chemie.pdf
6) ALCHEMIST-HP. Iron electrolytic and 1cm3 cube.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San
Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2010 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/ad/Iron_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg/800pxIron_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg
7) LUIS MIGUEL BUGALLO SÁNCHEZ. Mineral Olixisto GDFL101.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia
[online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2005 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/fc/Mineral_Olixisto_GDFL101.jpg/800pxMineral_Olixisto_GDFL101.jpg
8) DENSITY. Magnetit.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia
Foundation, 2005 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8a/Magnetit.jpg/668px-Magnetit.jpg
9) LUIS MIGUEL BUGALLO SÁNCHEZ. Mineral Limonita GDFL120.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia
[online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2005 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2a/Mineral_Limonita_GDFL120.jpg/800pxMineral_Limonita_GDFL120.jpg
10) ROBERT BLAZEK. VysokaPec.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA):
Wikimedia Foundation, 2005 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/38/VysokaPec.jpg
11) YIKRAZUUL. Heme b.svg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia
Foundation, 2010 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/be/Heme_b.svg/543px-Heme_b.svg.png
Přehled citací a odkazů: pokračování
12) ALCHEMIST-HP. Kobalt electrolytic and 1cm3 cube.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San
Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2010 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a8/Kobalt_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg/800px
-Kobalt_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg
13) SAPERAUD. Bristol.blue.glass.arp.750pix.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco
(CA): Wikimedia Foundation, 2005 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Bristol.blue.glass.arp.750pix.jpg
14) MATERIALSCIENTIST. Http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/57/Nickel_chunk.jpg. In:
Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2009 [cit. 2014-0429]. Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7a/Bristol.blue.glass.arp.750pix.jpg
15) BENJAH-BMM27. Nickel(II)-chloride-hexahydrate-photo.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online].
San Francisco (CA): Wikimedia Foundation, 2007 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/da/Nickel%28II%29-chloride-hexahydratephoto.jpg/800px-Nickel%28II%29-chloride-hexahydrate-photo.jpg
16) BENJAH-BMM27. Nickel(II)-sulfate-photo.jpg. In: Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco
(CA): Wikimedia Foundation, 2007 [cit. 2014-04-29]. Dostupné z:
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/21/Nickel%28II%29-sulfate-photo.jpg/800pxNickel%28II%29-sulfate-photo.jpg
Triáda železa
Ing. Eva Frýdová
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• ŽELEZO




Fe = ferrum
Druhý nejrozšířenější kov na Zemi
Významným prvkem pro anorganickou i organickou chemii.
Důležitým biogenním prvkem – podílí se na přenosu kyslíku
VÝSKYT:
- ŽELEZNÁ RUDA = magnetit (oxid železnato železitý = Fe3O4)
- KREVEL (oxid železitý = Fe2O3) = hematiti
- HNĚDEL (Fe2O3 * n H2O)
- OCELEK = sidenit (FeCO3)
- PYRIT (FeS2 = můžeme jej nalézt mezi uhlím
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• ŽELEZO
 Ferromagnetický kov s malou odolností proti korozi – rez Fe2O3
 Patří mezi přechodné prvky s valenčními elektrony v d – orbitalu
 Preferuje následující oxidační čísla: Fe 2+, Fe3+,
Fe 4+ - velmi nestálé sloučeniny
Fe 6+ - velmi silná oxidační činidla, která jsou
nestabilní – nevyužívají se
 Elementární železo nestálé a reaktivní
 Snadno se rozpouští v minerálních kyselinách
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• ŽELEZO = průmyslová výroba
 Surové železo se vyrábí ve vysoké peci
 A to redukcí svých oxidů koksem nebo
oxidem uhelnatým
 Ve vysoké peci probíhá několik dějů:
- v dolní části pece se spaluje koks na
oxid uhličitý díky vhánění předehřátého
vzduchu: C + O2  CO2
- touto exotermickou reakcí se pec v
tavící zóně vyhřívá na teplotu okolo 2 000 °C,
následuje roztavení surového železa a tvorba
strusky
- Struska je vrstva lehkých oxidů a
silikátů – chrání taveninu před zpětnou oxidací
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• ŽELEZO = průmyslová výroba
 Na dně se hromadí roztavené železo, odkud
se vypouští odděleně od strusky.
1) Vhánění předehřátého vzduchu (900 °C)
2) Tavicí zóna (2000 °C)
3) Zóna redukce oxidu železitého (700 – 1200
°C)
4) Zóna redukce oxidu železitého ( 200 – 700
°C)
5) Předehřívací zóna (200 °C)
6) Zavážka (ruda, vápenec, koks)
7) Odpadní plyn
8) Sloupec rudy koksu a vápence
9) Odvod strusky
10) Odběr surového železa
11) Odvod odpadních plynů
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• ŽELEZO = průmyslová výroba
4) 3 Fe2O3 + CO  2Fe2O4 + CO2
Fe3O4 + CO  3FeO + CO2
CaCO3  CaO + CO2
Nepřímá redukce oxidů železa oxidem
uhelnatým = 2/3 vyrobeného železa
3) Redukce vzniklého oxidu železnatého
FeO + CO  Fe (s) + CO2
C + CO2  2 CO
2) Přímá redukce oxidů železa
Fe2O3 + 3C  2 Fe (s) + 3 CO
Celý proces probíhá prakticky nepřetržitě –
horní část stále zavažíme a ve spodní částí se v
intervalech odebírá produkt
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• ŽELEZO = průmyslová výroba
 Surové železo = litina, obsahuje řadu nežádoucích příměsí jako je uhlík C (3 – 5 %),
křemík a fosfor
• ŽELEZO = zpracování železa na ocel
 Surové železo = obsah uhlíku vysoký  snižuje se oxidačními procesy
 Kyslíkem ze vzduchu = Thomasův konvertor
 Profukování kyslíkem = LD konvertor
Nelegovaná ocel = měkká ocel
- měkká a snadno mechanicky zpracovatelná –
tažení, kování, ohýbání
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• OCEL
 Mechanické vlastnosti
 upravit tepelným zpracováním
– kalením = zahřátí do červeného žáru a prudké ochlazení
vodou
– popuštěním = zahřátí na 200 – 300 °C a pomalým chlazením
= výroba drátů, plechů, hřebíků
 Legování oceli
 přídavek definovaných množství jiných kovů za vzniku
slitin
– prvky pro legování oceli: Ni, Cr, V, Mn, W, Co
– vice než 2000 druhů ocelí s přesně definovaným složením a
mechanickými vlastnostmi (pevnost, tvrdost a chemická
odolnost)
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• Sloučeniny železa
 Anorganické sl.
 SLOUČENINY ŽELEZNATÉ Fe2+
– oxid železnatý
– hydroxid železnatý
– síran železnatý = zelená skalice
– Mohrová sůl = hexahydrát síranu amonno - železnatého
 SLOUČENINY ŽELEZITÉ Fe3+
– oxid železitý
– chlorid železitý
– síran železitý
– thiokyanatan železitý
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• Sloučeniny železa
 Organické sl.
 ŠŤAVELANY
– šťavelan železnatý
– šťavelan železitý
 HEMOGLOBIN
– nejdůležitější biogenní prvek, slouží k přenosu kyslíku krví
– v lidském těle se nachází asi 3 – 4 gramy
– organokovová komplexní sloučenina
– transport kyslíku z plic do tělních tkáních
– nositelem hemoglobinu v krvi jsou červené krvinky
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• KOBALT




Co = cobaltum
Feromagnetický tvrdý kov
Využívá se v metalurgii pro zlepšování vlastností slitin
Barvení skla a keramiky, důležitý biologická význam
• Sloučeniny kobaltu
 Sloučeniny anorganické: oxidy, hydroxidy, dusičnany, sírany,
kde kobalt vystupuje s oxidačním číslem 2+, 3+ a 4+
 Sloučeniny organické = šťavelany a octany kobaltnaté
 Biologický význam = je součástí jednoho z nejdůležitějších členů
vitamínů ze skupiny B = B12
Triáda železa: → Fe, Co, Ni
• NIKL




Ni = niccolum
Bílý feromagnetický kujný a tažný kov
Součást slitin – povrchová úprava jiných kovů proti korozi
Vysoká toxicita = využití postupně omezováno
• Sloučeniny niklu
 Sloučeniny anorganické: oxidy, hydroxidy, dusičnany, sírany,
kde nikl vystupuje s oxidačním číslem 2+ (sloučeniny jsou zelené
až modré)
 Sloučeniny organické = šťavelany a octany nikelnaté
Chlorid nikelnatý
Síran nikelnatý
Opakování:
1) Vysvětlete okysličování
krve
2) Vysvětlete biologický
význam kobaltu
3) Vyjmenujte alespoň 5
sloučenin se železem
4) Jmenujte rudy ze kterých
můžeme vyrábět železo
DĚKUJI ZA POZORNOST